路表水膜厚度對路面抗滑性能研究

周 瓊 趙 康

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

0 引言

改革開放以來，我國基礎建設快速增長，交通運輸行業急劇發展，隨之而來的交通安全問題是現階段研究的熱點問題。交通事故的產生原因紛繁復雜，根據相關數據[1]，惡劣天氣事故頻發，尤其是雨天車輛制動距離減小，視線受阻等因素，造成了雨天事故數量遠遠超出其余因素。降雨過后，路面的抗滑性能明顯降低，經統計老舊公路抗滑性能在雨天下降的更為劇烈，事故頻發。國內學者[2][3]對于道路水膜的厚度計算以及其對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為降水強度、排水長度、路面坡度等。

1 理論分析

本文研究路面水膜時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 與各個因素關系的方程時，其中包括坡面徑流沿坡面方向上微段液流的連續性方程，它為建立模型中降雨補給與斷面徑流流量等參數的關系具有重要的意義，它也在很大程度上簡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了方便。

現階段筆者已經做了大量前期理論推導工作，基于恒定總流連續性方程建立了坡面徑流的模型[4]，在此基礎上截取隔離段水流，推導了連續性方程與動量方程，以不計入雨水下滲損失推導了關于路表水膜厚度的基本微分方程，即：

筆者通過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的水膜厚度對于實際行車安全有多大影響，其影響規律如何，徐進行室內試驗來研究分析。

2 試驗研究

在原有理論基礎上，本小結進行室內試驗來分析研究水膜厚度對于路面抗滑性能的影響規律。抗滑性能是路面設計的一個重要指標，抗滑性能的優劣直接決定了車輛制動距離的大小，是評價路面形成安全的一個重要指標。

試驗使用擺式摩擦儀對兩塊試塊在不同水膜厚度下的抗滑指標擺值進行測試分析。

圖1 試驗所用試塊

隨著路表水膜厚度的提升，路面的抗滑性能是持續降低的。在相同工況下摩擦系數不同測點的BPN值也是呈現相同的變化趨勢。從測試數據來看，水膜呈現的初期對于抗滑性能的衰減作用非常明顯，摩擦系數值下降17.7%，當水膜厚度逐漸提升，水膜對于路面抗滑的衰減作用趨于平緩。究其原因，水膜呈現初期是路面狀態的急劇轉變，由干燥狀態轉變為潮濕，這是摩擦系數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變為潮濕狀態，此時路表的主要變化僅僅在于水膜厚度的增加，此時水膜厚度增加，摩擦系數減小，安全系數降低，但降低的幅度是逐漸平緩的。

表1 不同狀況下摩擦系數平均值統計表

圖2 摩擦系數隨水膜厚度變化的趨勢圖

3 結論

本文建立了路表水膜厚度理論方程，根據理論計算結果，進行了室內試驗，得出以下結論：

（1）隨著路表水膜厚度的增加，路面摩擦系數存在是逐漸降低的趨勢。

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

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