瀝青路面抗滑的機(jī)理與長期演化行為研究

本項目圍繞瀝青路面抗滑的機(jī)理與長期演化行為，通過分析路面宏/微觀紋理與抗滑特性進(jìn)行多尺度物理建模，采用理論分析、數(shù)值仿真、宏觀與微觀分析相結(jié)合的方法，揭示全壽命周期內(nèi)瀝青路面的抗滑特性與紋理特征和路表水膜等相互關(guān)系，并進(jìn)一步分析其對行車安全的影響。通過分析不同類型瀝青混凝土的表面紋理特征參數(shù)，開發(fā)了基于降維處理技術(shù)的路表紋理分析模型，通過引入密封效應(yīng)與Stribeck曲線考慮薄層水膜的影響，構(gòu)造可用于評估潮濕路面抗滑勢的理論工具?；谒畡恿W(xué)理論，開發(fā)求解了用于描述路面流體時空運(yùn)動規(guī)律的二維淺水方程組與孔隙率淺水方程組的算法程序。設(shè)計路面加速磨光試驗方法，提出瀝青路面抗滑性能的演化模型。進(jìn)一步，通過對紋理特征、路表水流動規(guī)律與胎/路摩擦的研究，建立路面抗滑行為的物理建模與評價方法，確定影響路面抗滑水平與演變速度的主要影響因素，揭示路表紋理、特征道路線形與路面抗滑行為的相互關(guān)系，為道路的設(shè)計與養(yǎng)護(hù)管理、路面材料選型與道路運(yùn)營管理提供支撐。

路面的持久抗滑能力是確保道路全壽命周期內(nèi)的行車安全的必要條件。這需要深入理解路面的抗滑機(jī)理及抗滑性能在服役期內(nèi)的演化行為，并在路面設(shè)計、建造與運(yùn)營階段采取合適的措施。干燥路面的抗滑能力主要取決于路表宏觀與微觀紋理，潮濕路面的抗滑水平則還與路面水膜厚度關(guān)系密切；路面的水膜厚度與其排水能力關(guān)系密切，后者主要受路表紋理、道路幾何線形及路面透水特性等控制；而瀝青路面的紋理與透水性在服役期間并非定值。本項目旨在研究瀝青路面全壽命周期內(nèi)的抗滑行為，通過對紋理特征、路表水流動規(guī)律與胎/路摩擦的研究，建立路面抗滑行為的物理建模與評價方法，確定影響路面抗滑水平與演變速度的主要影響因素，揭示路表紋理、特征道路線形與路面抗滑行為的相互關(guān)系，為路面的設(shè)計、建造與養(yǎng)護(hù)管理提供理論支撐。

國內(nèi)外研究表明乳化瀝青冷再生路面均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗裂性能，但對其裂紋發(fā)展行為及抗裂機(jī)理缺乏研究。本課題擬從以下幾個方面對其全面研究。首先，基于CT技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)分析乳化瀝青冷再生混合料的顆粒分布、空隙分布和空隙特征，重構(gòu)三維數(shù)值化模型。其次，基于Arcan疲勞試驗和非接觸式數(shù)字圖像相關(guān)法（Digital Image Correlation, DIC）分析乳化瀝青冷再生混合料在不同開裂形態(tài)下的裂紋發(fā)展行為和疲勞壽命；結(jié)合Arcan斷裂驗和疲勞試驗的離散元方法（Discrete Element Method, DEM）模擬，分別得到界面強(qiáng)度和疲勞損傷參數(shù)。最后，通過對乳化瀝青冷再生混合料和熱瀝青混合料疲勞開裂的仿真研究，建立離散元模型，全面分析不同因素對開裂過程和疲勞壽命的影響。并通過與熱瀝青混合料抗裂性能的差異性分析，揭示乳化瀝青冷再生混合料的抗裂機(jī)理。

阻塞的發(fā)生與大尺度環(huán)流背景（急流、行星尺度定常波等）有關(guān)，阻塞生命的發(fā)展和維持與上游渦動強(qiáng)迫（風(fēng)暴路徑）密切相關(guān)。全球和區(qū)域大氣環(huán)流背景的變化必然對阻塞活動產(chǎn)生影響，因此有必要研究阻塞的長期變化和趨勢。本項目將系統(tǒng)分析北半球各個區(qū)域阻塞的長期變化特征，探索阻塞活動與NAO，ENSO，PDO活動的在空間和時間上的關(guān)系，并進(jìn)一步從背景流、行星尺度波和天氣尺度波動等方面探討與阻塞的生命活動有關(guān)的大氣環(huán)流變化對阻塞活動影響的動力學(xué)機(jī)制。其中將著重分析對我國氣候產(chǎn)生影響的烏拉爾山、亞洲大陸阻塞和鄂霍次克海阻塞的長期變化特征和原因。.本項目的研究將系統(tǒng)揭示北半球各個區(qū)域的阻塞，尤其是對我國天氣氣候產(chǎn)生影響的阻塞活動的長期變化特征及其可能原因。為我國災(zāi)害性天氣的預(yù)報提供參考。

提高瀝青路面抗滑性能已成為保證交通安全的關(guān)鍵技術(shù)，輪胎與粗糙表面接觸特性是提高路面抗滑能力的關(guān)鍵。以往研究將路面假設(shè)為摩擦系數(shù)一定的平滑界面，其接觸狀況與實際情況明顯不符。本研究將深入研究細(xì)觀尺度下集料表面紋理和宏觀尺度下粗顆粒空間分布形態(tài)及其與輪胎嚙合程度的多尺度界面接觸特征。研發(fā)高精度（10μm）三維激光紋理測試方法，評價集料表面紋理特征，采用高精度工業(yè)CT掃描技術(shù)評價混合料級配組成及粗骨料形態(tài)與空間分布特性。采用高精度薄膜壓力傳感器探索輪胎與瀝青路面間不同荷載和抗滑狀態(tài)下的接觸面積、接地壓力分布規(guī)律，并設(shè)計輪胎與瀝青路面不同接觸狀態(tài)下的抗滑試驗，探索上述接觸特征下的抗滑效果、規(guī)律及評價指標(biāo)體系。本研究可顯著改善抗滑材料設(shè)計和路面功能養(yǎng)護(hù)設(shè)計等依賴經(jīng)驗的落后現(xiàn)狀，實現(xiàn)科學(xué)設(shè)計瀝青路面抗滑性能，從而降低資源與造價浪費(fèi)，提高路面安全性能。