[发明专利]一种高速公路超高过渡段积水深度分布模型及其构建方法

说明书

本发明公开一种高速公路超高过渡段积水深度分布模型及其构建方法，构建方法包括：确定高速公路超高过渡段初始条件和边界条件，利用圣维南方程，构建曼宁公式的扩散波模型；计算扩散波模型的扩算系数；对扩散波模型划分道路网格；利用扩散波模型的扩算系数计算道路网格单元边界的扩散系数；利用道路网格单元边界的扩散系数计算道路网格间的流量传递、传递系数和相邻网格单元间的传递系数；计算道路网格单元边界中心的积水深度；建立迭代方程；利用迭代方程确定最终的扩散波模型。本发明能够为公路设计阶段的排水不良路段几何线形优化及严重积水路段排水措施提供重要的理论依据。

技术领域

本发明属于公路工程领域，具体涉及一种高速公路超高过渡段积水深度分布模型及其构建方法。

背景技术

高速公路在给人们带来现代交通高效、快捷的全新感受的同时，也以高事故率、惊人的事故伤亡困扰着高速公路的管理者和使用者。随着公路里程的不断增长，公路交通安全状况越来越引起人们的重视，虽然近年来我国采取多项措施保障公路交通安全，但其整体安全状况仍不容乐观。近年来，由于天气原因造成的交通事故持续增加，对交通事故进行统计分析发现，其中降雨造成的交通事故占据较大比例。

路表积水是诱发公路雨天发生交通事故的主要影响因素之一。积水将显著降低轮胎与路面之间的附着系数，使车辆的稳定性下降，当水膜厚度增加到一定程度时，高速车辆还会出现“滑水”现象，进而导致车辆制动失控，转向不灵，诱发侧滑和翻车事故，并极易导致追尾等二次事故发生。积水还会使在公路上行驶的车辆产生溅水和喷雾，降低能见度，造成后车行车困难，增大行车危险性。同时，路表积水还会降低公路的通行能力和服务水平，导致公路运输效率下降。因此，系统、深入地研究公路易积水路段的积水机理和改善措施，具有重大的理论意义与工程应用价值，对提高公路的安全性具有重要的促进作用。

暴雨条件下，雨水散落至公路路面，在线形不良等路段易造成路面排水不畅，使得路面积水严重，车辆轮胎与路面间的摩擦系数降低，车辆易发生侧滑、水漂、刹车不及等交通事故，对高速公路行车安全产生了不利的影响。其中，大量数据表明，高速公路排水不畅路段多分布于超高过渡曲线路段，为积水分布模型的研究指明了方向。鉴于此，建立公路超高过渡段积水深度分布模型是非常必要的。

发明内容

本发明针对暴雨条件下高速公路超高缓和段路面积水状况进行深入研究，提出一种高速公路超高过渡段积水深度分布模型及其构建方法，该方法基于有限元分析，并引入圣维南方程和曼宁公式，构建高速公路超高过渡段积水深度分布模型，能够为公路设计阶段的排水不良路段几何线形优化及严重积水路段排水措施提供重要的理论依据。

本发明采用的技术方案如下：

一种高速公路超高过渡段积水深度分布模型构建方法，包括如下步骤：

S1，确定高速公路超高过渡段初始条件和边界条件，利用圣维南方程，构建曼宁公式的扩散波模型；

S2，计算扩散波模型的扩算系数；

S3，对扩散波模型划分道路网格，以拟划分网格的宽度生成沿道路纵向的网格边界，以拟划分网格的长度生成沿道路横向的网格边界，提取网格单元边界的高程、纵坡和横坡；

S4，利用S2计算的扩散波模型的扩算系数计算道路网格单元边界的扩散系数；

S5，利用道路网格单元边界的扩散系数计算道路网格间的流量传递；

S6，利用道路网格单元边界的扩散系数计算相邻网格单元间的传递系数；

S7，计算道路网格单元边界中心的积水深度；

S8，利用道路网格单元边界的扩散系数、道路网格间的流量传递、相邻网格单元间的传递系数和道路网格单元边界中心的积水深度建立迭代方程；