主动除冰雪路面融雪化冰特性及路用性能研究综述

为了进一步推进路面主动除冰雪技术的发展,综述了国内外路面主动融雪化冰方法的研究进展。首先,介绍了不同类型路面主动除冰雪技术的融雪化冰机理,并基于此将主动除冰雪路面划分为自应力弹性铺装路面、低冰点路面和能量转化型路面3类;然后,分别对3类主动除冰雪路面的路用性能及融雪化冰特性进行了梳理,在路用性能方面主要包括沥青混凝土路面高温性能、低温性能、水稳定性、黏附性能和耐久性等,以及水泥混凝土路面抗拉、压性能等,而在融雪化冰特性方面主要包括路面抗摩擦性能、冰-路界面黏结性能、破冰性能、融雪速率、适用温度范围及长期稳定性等;进而归纳了材料组成、结构类型、外界环境及系统运行条件等对主动除冰雪路面工作性能的影响规律;此外,为了便于主动融雪化冰路面技术选型,从融雪化冰效果、经济成本及节能环保等方面对比分析了不同路面主动除冰雪技术的优缺点;最后建议路面主动除冰雪系统应与冰雪灾害评估系统及冰雪预警系统相结合。     

冰雪路面汽车轮胎的摩擦机理研究

综合介绍了国外对橡胶－冰、橡胶－雪界面间摩擦机理的研究情况，以及改善这种机理所采取的典型方法。提出为保证冰雪覆盖路面上汽车行驶的安全性和操纵稳定性，未来冬季用轮胎的研究应主要包括两个方面，即胎面材料与结构以及汽车稳定性控制系统，特别是应建立相应的力模型和热模型。     

城市道路冰雪路面交通流状态特性研究

在采集冰雪期北方城市主干路交通流数据基础上,采用多元统计中的因子分析法对冰雪期不同路面状态上的交通流状态进行研究,并对因子得分进行聚类分析,将交通流状态分为三类,根据这三类交通流状态在各种路面状态下出现的频率,再次聚类,得到不同路面状态下关于交通流状态的分类。这一结果为中国北方城市冬季交通诱导系统中交通流状态的识别提供了一定的理论基础和依据。     

道路冰雪分类与结构特性研究

冬季道路的表面通常覆盖着多层积雪,重交通量的路段积雪较薄,其厚度一般不足几厘米。积雪状态随着交通量、除雪工作量及气候因素的变化而变化,不同种类的积雪表现出的状态与特点均不同,积雪状态的变化直接影响着路面安全性。根据观测结果将路面积雪分为新雪、雪粉、雪粒、雪板、冰块、冰膜及融雪等7种类型。     

论轮胎与路面间的摩擦

对轮胎与路面间摩擦产生的机理和影响因素进行了分析。其中产生的机理可归纳为轮胎与路面间分子引力的作用、轮胎与路面间的粘着作用、胎面橡胶的弹性变形及路面上小尺寸微凸体的微切削作用四种；影响轮胎与路面间摩擦的主要因素有滑移率，轮胎类型，胎面花纹的类型、密度系数、深度，路面粗糙度，路面污染情况，路面水膜，气候及充气压力等。     

德国不限速高速公路路面平整度评价方法综述

平整度是衡量路面质量、评价行车舒适度的重要指标。德国拥有12.993万km的高速公路，其中约2/3的路段没有速度限制，因此德国交通管理部门对路面的功能性和安全性提出了极高的要求。针对上述课题，首先介绍中国"超级公路"的建设背景和需求，强调德国路面的平整度指标对中国道路建设的重要借鉴意义；然后回顾国内外道路平整度的评价和预测等研究手段与方法，介绍德国基于功率谱密度曲线的平均不平整指数（AUN），分析将功率谱密度曲线转化为高度-波长曲线的优点，叙述考虑人车振动反应的有效平整度指数（LWI），简述加权纵断面评价方法（WLP）的思路和步骤；最后总结德国路面平整度评价体系的发展趋势和对于中国道路平整度研究的借鉴与应用前景。     

路用石料的摩擦特性分析

为了研究石料的微观结构与其摩擦及磨损特性的关系,对几种石料进行了摩擦试验及其相关分析试验。在研究过程中用特制仪器对石料试样进行了摩擦系数测定试验,然后通过薄片分析、形貌分析、电镜分析以及能谱分析,研究石料的微观特征对其摩擦特性的影响。主要结论为:岩浆岩和沉积岩在摩擦特性方面没有明显差异,而由各种石料本身特性决定的不同的磨损模式对石料的摩擦性能有明显影响。     

RCC与金属材料表面的摩擦特性

本研究对ＲＣＣ抖合料与金属材料表面的摩擦特性进行了测定试验，找到了ＲＣＣ拌合料与金属材料表面的摩擦力，附着力及摩擦系随滑移速度、停留时间而变化的依存关系。并从理论上对ＲＣＣ的流变性及摩擦特性作了进一步分析，揭示了ＲＣＣ拌合料流变体外摩擦特性的变化规律，为ＲＣＣ道路铺筑施工和摊铺具的开发提供了试验依据。     

高粘度沥青排水路面研究综述

排水性路面能有效减轻城市噪音与道路积水带来的不便,文章综述了排水性路面的主要优点和主要缺点及其在工程中的应用,阐述了国内外高粘度改性沥青的制备技术,并分析了高粘度改性沥青的发展趋势。     

高速公路冰雪智能监测应用研究

路面结冰严重影响道路运营安全,明确路面结冰状态可以有效预防交通事故的发生。基于压电谐振原理设计了一种道路冰雪智能监测设备,在不同工况下对监测设备进行了标定,分析了设备的精确度,验证了设备的长期工作有效性,并将设备于高速公路实际安装应用。研究结果表明：监测设备可以区分干燥、积水、结冰等路表状态,同时可以测量水层、冰层的厚度;监测设备精度高于96%,具有较好的耐久性、稳定性和长效性,可以满足道路结冰监测工作的需求。     

光纤式结冰传感器探测沥青路面结冰过程

采用光纤式结冰传感器,利用凝冰实验室和高低温试验箱模拟路面结冰环境,测得了不同降水温度和路面温度条件下的路面结冰厚度和结冰完成时间以探测沥青路面的结冰过程.试验研究表明:采用光纤式结冰传感器测得电压-时间曲线主要分为2种类型,与结冰的厚度有关;路面结冰完成时间整体上随着路面温度的降低而减少,2℃以下的雨水温度在约-2℃的路面温度情况下,形成1 mm冰所需要的时间基本不超过10 min,能覆盖沥青路面的构造深度;结冰完成时间整体上随雨水温度增大而上升,4℃雨水在路面温度处于-1～-3℃条件下,形成6 mm以下冰的时间不会超过30 min.     

不同路面状况对路面摩擦系数影响的试验研究

研究人员利用摆式仪测量了不同路面类型(新、旧两种AC-16沥青路面,以及SMA-16和OGFC-13两种沥青路面试块),在不同路面温度(-30～35℃)、不同湿滑情况(干燥、潮湿、湿润、结冰)、不同污染物覆盖(砂粒、泥土),及其组合状况下的摩擦系数,深入分析了不同路面状况对摩擦系数的影响。研究认为:路面温度、水膜、砂粒(泥土)等路面状况的改变,都可能导致路面摩擦系数的显著变化。温度的下降会使干燥路面的摩擦系数随着下降;路面摩擦系数会随着水膜的出现而显著下降;路面湿润条件下,路面出现泥土将使摩擦系数大幅下降;在冰面铺撒适量砂粒能够显著的增加路面摩擦系数。     

智能路面发展与展望

为了促进智能路面的发展,综述了智能路面各项技术的研究进展和发展趋势。首先提出了智能路面的定义,在此基础上明确了智能路面的体系架构,包括路面信息感知获取层、信息集成处理层、综合服务层和能量供给层;重点介绍了智能路面信息采集技术、信息管理与分析技术、能量收集与利用技术、自我调节技术和基于智能路面的车路协同技术等关键技术的发展现状,讨论了智能路面的设计和建造方法;最后提出了智能路面现有研究存在的问题和不足,并对其今后的发展做出展望。研究结果表明：智能路面是由特定的结构材料、感知网络、信息中心、通信网络和能源系统组成,具有多种智能,并且能够为人、车、环境提供服务的道路路面;智能路面的发展将有助于充分发挥道路自身潜力和适应未来的交通工具;在路面信息的采集过程中,传感器在耐久性和实用性等方面存在的技术难题仍需进一步解决;智能路面的各种能量收集和自我调节技术应着重解决低成本和高性能的问题;物联网、大数据、云计算和各种人工智能方法在智能路面的监测和管理过程中具有广阔的应用前景;智能路面作为一种新型的道路路面,其设计和施工可以结合建筑信息模型（BIM）、模块化施工、3D打印和智能压实技术,集合成一套新的建造工艺。     

江西省高速公路冰雪灾害应急对策

为制定江西省高速公路冰雪灾害应急对策,基于高速公路冰雪灾害特点,系统阐述了高速公路冰雪管理目标,并提出了防治冰雪处治策略。     

基于安全车速的北京冬奥会山地道路冰雪路面通行能力研究

复杂山地线形和道路冰雪路面结合条件下的安全车速设置及通行能力保障是交通管理面临的新挑战。针对北京冬奥会延庆赛区复杂山地道路冰雪路面场景,建立了安全车速与道路线形设计及路面附着系数之间的关系,以安全车速为依据得到了不同路面条件下山地道路的通行能力。依据道路平曲线、竖曲线和横断面数据建立了山地道路三维空间模型;分析了车辆在山地道路平纵组合路段的受力情况,构建了车辆安全行驶速度与圆曲线半径、道路超高、纵坡坡度和路面附着系数的关系模型,并分析了基于安全车速模型的道路通行能力。为了验证模型,选取2种常见的冰雪路面状况和2种常用的车辆类型,获得不同条件下山地道路冰雪路面的安全车速。采用VISSIM软件设计了20种仿真场景,结合道路实测数据验证了安全车速模型的对山地道路冰雪路面车辆安全行驶的提升作用。实测与结果表明：相比全程单一限速模型,所建立的安全车速模型在冰膜路面的行程时间缩短了约38%（小汽车）和32%（大客车）,雪板路面的行程时间缩短了约26%（小汽车）和24%（大客车）。山地道路交通流量存在1个自由流到饱和流的相变过程,冰膜路面小汽车下行最大交通量为241辆/h（单向行驶）和231辆/h（双向行驶）,大客车下行最大交通量为227辆/h（单向行驶）和222辆/h（双向行驶）;雪板路面小汽车下行最大交通量为319辆/h（单向行驶）和249辆/h（双向行驶）,大客车下行最大交通量为301辆/h（单向行驶）和236辆/h（双向行驶）。     

面向智能车辆的现役道路设施行驶适应性研究综述

为了总结面向智能车辆的现役道路设施行驶适应性,即现役道路基础设施承载智能车辆行驶的适宜程度,阐述自主智能驾驶定义与驾驶自动化等级分类,在此基础上剖析不同等级间的人机功能差异,并分别从感知层、感知-决策层、决策-控制层探讨与道路设计要素相关联的人机功能差异,通过归纳总结智能车辆与道路几何要素、路面性能及其他道路要素(如道路标线)的相互作用机制研究,从道路工程角度及其他道路要素方面回顾该领域的研究现状,指出存在的问题和未来发展方向。研究结果表明：相比传统车辆,配置高等级自动驾驶系统的智能车辆对现役道路设施行驶适应性最高,主动安全系统次之,而驾驶辅助及有条件自动驾驶系统适应性不足。而目前研究主要问题包括：难以归纳、标定不同驾驶自动化等级间的人机功能差异及其对于道路设计参数的需求设计值;测试道路场景条件过于理想,考虑的驾驶自动化等级单一,试验规模和样本有限;道路几何、路面性能以及道路标志、标线等道路要素与智能车辆间的相互作用机制研究不足,缺乏与不同道路场景相匹配的智能车辆驾驶特征数据的获取手段。因此建议：重视并推动与道路设计要素相关联的关键人机功能差异指标信息共享;联合高保真且可交互的道路场景、高精度感知传感器物理模型、车辆动力学模型及微观交通流模型,利用测试场景自动化生成、极限工况场景搜寻与泛化等技术开展智能驾驶虚拟测试,突破现有研究的深度和广度;探索反映不同等级智能车辆的道路行驶适应性特征指标与评价标准,精准、有效地评估预测复杂道路场景及不利道路条件下的行驶适应性。     

考虑水平摩阻的Pasternak路基基层及路面变形分析

为了分析实际工程中路面结构在各类情况下的变形特性，采用Timoshenko梁模型模拟路面及基层特性，Pasternak地基模型模拟路基特性，考虑路面基层间的水平摩阻、路面和基层梁单元的形心轴向位移、基层材料与路基土的非线性应力-应变关系，根据弹性体的虚功原理列出虚功方程，离散后得到单元切向刚度矩阵，运用有限元方法进行组装并采用迭代法进行求解，得到路面结构在不同参数作用下的变形结果。分析基层厚度，模拟水平制动荷载、水平摩阻系数及其他参数对路面结构变形的影响。计算结果表明：如果不考虑基层作用和水平摩阻，采用线性Winkler地基模型计算所得结果与已有文献的计算结果非常接近，验证了该模型与计算方法的正确性；加厚基层厚度能抑制路面沉降及弯曲变形，路面与基层间的摩阻能减小路面沉降，两者都会增大形心轴向位移，水平摩阻的影响不能忽略；模拟水平制动荷载会引起路面微小的转动并从而引起路面结构的变形；增大地基极限承载力能减小路面沉降，一定程度上能抑制路面的弯曲及轴向变形，但效果不显著；增大基层中的剪切作用能有效减小路面沉降及弯曲变形，基层中最终剪应力的大小对路面形心轴向位移的影响尤为明显。     

环保缓释型主动融冰雪涂层材料研究

为解决目前冬季融冰雪成本高、环保性差的问题,首先基于医学制药中的缓控释思想,确定涂层材料的组成,为使表面能较高的亲水性填料、补强剂与表面能较低的树脂能有效结合,采用偶联剂对组分中的填料和补强剂进行表面改性处理,用高分子纤维素分别制备疏水型与亲水型包衣溶液,对环保型融雪剂进行包衣成膜,研究其微观形貌以评价成膜状况;然后通过融冰雪试验确定涂层溶液的最佳涂刷量,研究涂层的抗黏附性能与缓释持久性,通过分析涂层的微观形貌特征,揭示其缓控释融冰雪机理;最后分别通过研究融冰雪涂层的耐水性、耐磨性和耐腐蚀性分析其耐久性能,通过分别分析融冰雪涂层对植物生长和金属腐蚀的影响以评价其环保性能。研究结果表明：亲水型与疏水型包衣溶液的掺配比例是1：8,环保型主动融冰雪涂层溶液的最佳涂刷量为0.65 kg·m^-2,融冰雪涂层具有良好的缓释持久性和抗黏附性能;在融冰雪过程中,包衣薄膜吸水溶胀,溶解缠绕在包衣薄膜表面的亲水型高分子纤维素,使镶嵌在包衣表面的抗黏剂及致孔剂碎片脱落,在包衣薄膜表面形成孔洞,渗出融雪剂晶体,包衣薄膜成功地发挥缓释作用;水进入包衣膜内后溶解融雪剂,浓度升高,渗透压增大,融雪溶液便渗出包衣薄膜,融化冰雪;环保型主动融冰雪涂层具有良好的经济、环保和耐久性。     

基于热管技术的机场道面融雪性能试验研究

为准确分析基于热管技术的机场道面融雪系统工作性能,综合考虑地热能、机场道面、热管间的传热特性,建立了热管加热融雪道面足尺试验系统;基于长期实测数据对融雪系统的道面融雪性能、温度场分布特性及其影响因素进行了分析;并在此基础上,通过研究融雪系统地下土壤热源热量长期消耗及回补特性探讨了融雪系统的可持续性工作性能。研究结果表明：基于热管技术的机场道面融雪系统可在冬季不改变道面温度分布特性的基础上,自动提高道面温度约15℃,有利于抑制道面结冰并融化道面积雪;在热管道面融雪过程中,当道面无雪率超过40%后,道面融雪过程将进入加速期;减少热管与道面表面的竖直距离,降低相邻热管间的水平间距均可改善热管道面温度分布规律,并有效提高道面融雪效率,而热管直径的变化对道面融雪性能影响相对较弱;随着气温降低,热管道面融雪效率逐渐下降,且当气温低于-9℃时,热管道面融雪性能受到较大限制;积雪经过适当压实作用,可缩短热管道面融雪时间;冬季地下热管的取热作用使得地下土壤温度约降低10℃,而夏季地下土壤温度逐渐恢复,随时间大致呈周期性变化,表明地下土壤可为热管道面融雪系统长期提供热量,持续保障热管道面融雪性能,实现机场道面冬季安全运行。