沥青路面抗滑的机理与长期演化行为研究

本项目围绕沥青路面抗滑的机理与长期演化行为，通过分析路面宏/微观纹理与抗滑特性进行多尺度物理建模，采用理论分析、数值仿真、宏观与微观分析相结合的方法，揭示全寿命周期内沥青路面的抗滑特性与纹理特征和路表水膜等相互关系，并进一步分析其对行车安全的影响。通过分析不同类型沥青混凝土的表面纹理特征参数，开发了基于降维处理技术的路表纹理分析模型，通过引入密封效应与Stribeck曲线考虑薄层水膜的影响，构造可用于评估潮湿路面抗滑势的理论工具。基于水动力学理论，开发求解了用于描述路面流体时空运动规律的二维浅水方程组与孔隙率浅水方程组的算法程序。设计路面加速磨光试验方法，提出沥青路面抗滑性能的演化模型。进一步，通过对纹理特征、路表水流动规律与胎/路摩擦的研究，建立路面抗滑行为的物理建模与评价方法，确定影响路面抗滑水平与演变速度的主要影响因素，揭示路表纹理、特征道路线形与路面抗滑行为的相互关系，为道路的设计与养护管理、路面材料选型与道路运营管理提供支撑。

路面的持久抗滑能力是确保道路全寿命周期内的行车安全的必要条件。这需要深入理解路面的抗滑机理及抗滑性能在服役期内的演化行为，并在路面设计、建造与运营阶段采取合适的措施。干燥路面的抗滑能力主要取决于路表宏观与微观纹理，潮湿路面的抗滑水平则还与路面水膜厚度关系密切；路面的水膜厚度与其排水能力关系密切，后者主要受路表纹理、道路几何线形及路面透水特性等控制；而沥青路面的纹理与透水性在服役期间并非定值。本项目旨在研究沥青路面全寿命周期内的抗滑行为，通过对纹理特征、路表水流动规律与胎/路摩擦的研究，建立路面抗滑行为的物理建模与评价方法，确定影响路面抗滑水平与演变速度的主要影响因素，揭示路表纹理、特征道路线形与路面抗滑行为的相互关系，为路面的设计、建造与养护管理提供理论支撑。

国内外研究表明乳化沥青冷再生路面均表现出优异的抗裂性能，但对其裂纹发展行为及抗裂机理缺乏研究。本课题拟从以下几个方面对其全面研究。首先，基于CT技术和数字图像处理技术分析乳化沥青冷再生混合料的颗粒分布、空隙分布和空隙特征，重构三维数值化模型。其次，基于Arcan疲劳试验和非接触式数字图像相关法（Digital Image Correlation, DIC）分析乳化沥青冷再生混合料在不同开裂形态下的裂纹发展行为和疲劳寿命；结合Arcan断裂验和疲劳试验的离散元方法（Discrete Element Method, DEM）模拟，分别得到界面强度和疲劳损伤参数。最后，通过对乳化沥青冷再生混合料和热沥青混合料疲劳开裂的仿真研究，建立离散元模型，全面分析不同因素对开裂过程和疲劳寿命的影响。并通过与热沥青混合料抗裂性能的差异性分析，揭示乳化沥青冷再生混合料的抗裂机理。

阻塞的发生与大尺度环流背景（急流、行星尺度定常波等）有关，阻塞生命的发展和维持与上游涡动强迫（风暴路径）密切相关。全球和区域大气环流背景的变化必然对阻塞活动产生影响，因此有必要研究阻塞的长期变化和趋势。本项目将系统分析北半球各个区域阻塞的长期变化特征，探索阻塞活动与NAO，ENSO，PDO活动的在空间和时间上的关系，并进一步从背景流、行星尺度波和天气尺度波动等方面探讨与阻塞的生命活动有关的大气环流变化对阻塞活动影响的动力学机制。其中将着重分析对我国气候产生影响的乌拉尔山、亚洲大陆阻塞和鄂霍次克海阻塞的长期变化特征和原因。.本项目的研究将系统揭示北半球各个区域的阻塞，尤其是对我国天气气候产生影响的阻塞活动的长期变化特征及其可能原因。为我国灾害性天气的预报提供参考。

提高沥青路面抗滑性能已成为保证交通安全的关键技术，轮胎与粗糙表面接触特性是提高路面抗滑能力的关键。以往研究将路面假设为摩擦系数一定的平滑界面，其接触状况与实际情况明显不符。本研究将深入研究细观尺度下集料表面纹理和宏观尺度下粗颗粒空间分布形态及其与轮胎啮合程度的多尺度界面接触特征。研发高精度（10μm）三维激光纹理测试方法，评价集料表面纹理特征，采用高精度工业CT扫描技术评价混合料级配组成及粗骨料形态与空间分布特性。采用高精度薄膜压力传感器探索轮胎与沥青路面间不同荷载和抗滑状态下的接触面积、接地压力分布规律，并设计轮胎与沥青路面不同接触状态下的抗滑试验，探索上述接触特征下的抗滑效果、规律及评价指标体系。本研究可显著改善抗滑材料设计和路面功能养护设计等依赖经验的落后现状，实现科学设计沥青路面抗滑性能，从而降低资源与造价浪费，提高路面安全性能。