路表水膜厚度對(duì)路面抗滑性能研究

周 瓊 趙 康

（1南京體育學(xué)院 基建處， 南京 210014；2南京林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院， 南京 210037）

0 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)快速增長(zhǎng)，交通運(yùn)輸行業(yè)急劇發(fā)展，隨之而來(lái)的交通安全問(wèn)題是現(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。交通事故的產(chǎn)生原因紛繁復(fù)雜，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)[1]，惡劣天氣事故頻發(fā)，尤其是雨天車(chē)輛制動(dòng)距離減小，視線受阻等因素，造成了雨天事故數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其余因素。降雨過(guò)后，路面的抗滑性能明顯降低，經(jīng)統(tǒng)計(jì)老舊公路抗滑性能在雨天下降的更為劇烈，事故頻發(fā)。國(guó)內(nèi)學(xué)者[2][3]對(duì)于道路水膜的厚度計(jì)算以及其對(duì)于路面的抗滑影響都做了大量的研究，將水膜厚度的影響因素總結(jié)為降水強(qiáng)度、排水長(zhǎng)度、路面坡度等。

1 理論分析

本文研究路面水膜時(shí)是基于路面的坡面徑流為恒定流。本文中所討論的坡面徑流屬于恒定流。在建立路面水膜厚度 與各個(gè)因素關(guān)系的方程時(shí)，其中包括坡面徑流沿坡面方向上微段液流的連續(xù)性方程，它為建立模型中降雨補(bǔ)給與斷面徑流流量等參數(shù)的關(guān)系具有重要的意義，它也在很大程度上簡(jiǎn)化了路面水膜厚度的基本微分方程，給微分方程的求解帶來(lái)了方便。

現(xiàn)階段筆者已經(jīng)做了大量前期理論推導(dǎo)工作，基于恒定總流連續(xù)性方程建立了坡面徑流的模型[4]，在此基礎(chǔ)上截取隔離段水流，推導(dǎo)了連續(xù)性方程與動(dòng)量方程，以不計(jì)入雨水下滲損失推導(dǎo)了關(guān)于路表水膜厚度的基本微分方程，即：

筆者通過(guò)理論分析得出在本文的研究前提下，水膜的厚度在0～5mm之間，然而這0～5mm的水膜厚度對(duì)于實(shí)際行車(chē)安全有多大影響，其影響規(guī)律如何，徐進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)研究分析。

2 試驗(yàn)研究

在原有理論基礎(chǔ)上，本小結(jié)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)分析研究水膜厚度對(duì)于路面抗滑性能的影響規(guī)律?？够阅苁锹访嬖O(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)，抗滑性能的優(yōu)劣直接決定了車(chē)輛制動(dòng)距離的大小，是評(píng)價(jià)路面形成安全的一個(gè)重要指標(biāo)。

試驗(yàn)使用擺式摩擦儀對(duì)兩塊試塊在不同水膜厚度下的抗滑指標(biāo)擺值進(jìn)行測(cè)試分析。

圖1 試驗(yàn)所用試塊

隨著路表水膜厚度的提升，路面的抗滑性能是持續(xù)降低的。在相同工況下摩擦系數(shù)不同測(cè)點(diǎn)的BPN值也是呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)。從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，水膜呈現(xiàn)的初期對(duì)于抗滑性能的衰減作用非常明顯，摩擦系數(shù)值下降17.7%，當(dāng)水膜厚度逐漸提升，水膜對(duì)于路面抗滑的衰減作用趨于平緩。究其原因，水膜呈現(xiàn)初期是路面狀態(tài)的急劇轉(zhuǎn)變，由干燥狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌睗?，這是摩擦系數(shù)急劇下降的主要原因，隨后路面水膜厚度逐漸增大由潮濕轉(zhuǎn)變?yōu)槌睗駹顟B(tài)，此時(shí)路表的主要變化僅僅在于水膜厚度的增加，此時(shí)水膜厚度增加，摩擦系數(shù)減小，安全系數(shù)降低，但降低的幅度是逐漸平緩的。

表1 不同狀況下摩擦系數(shù)平均值統(tǒng)計(jì)表

圖2 摩擦系數(shù)隨水膜厚度變化的趨勢(shì)圖

3 結(jié)論

本文建立了路表水膜厚度理論方程，根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

（1）隨著路表水膜厚度的增加，路面摩擦系數(shù)存在是逐漸降低的趨勢(shì)。

（2）同種路面類(lèi)型，干燥清潔路面的BPN值最大。濕潤(rùn)路面比潮濕路面相比，摩擦系數(shù)有下降；濕潤(rùn)路面比干燥路面相比，摩擦系數(shù)顯著下降。

（3）路表干燥與否直接影響到路面摩擦性能的改變，而水膜厚度變化時(shí)路表摩擦系數(shù)變化幅度相對(duì)較小。