[发明专利]一种降雨天气高速路面积水状况的三维模拟方法

权利要求书

1.一种降雨天气高速路面积水状况的三维模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：建立被研究路面的三维空间模型φ；

S2：根据

计算所述被研究路面的合成坡度i，其中，i表示合成坡度的最大值，单位是％；ΔB为被研究路面的断面宽度，单位是m；Δl为道路被研究路面的长度，单位是m；为路面纵坡坡度，单位是％，为路面横坡坡度，单位是％；

在计算所述被研究路面的合成坡度i的时候，设置横向坡度为α，纵向坡度为β，对所述被研究路面的三维空间模型使用结构单元拉伸法得到所述被研究路面的四角坐标分别为(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)、(x₄,y₄,z₄)；

根据横向坡度为α的值和纵向坡度为β的值，可以分为以下四种工况：

工况(一)：横向坡度为α的值和纵向坡度为β的值均为0的时候，则合成坡度i＝0；

工况(二)：纵向坡度为β的值为0的时候，此时有：

ΔB＝x₁-x₂，

ΔH＝z₁-z₂，

工况(三)：横向坡度为α的值为0的时候，此时有：

ΔB＝y₁-y₂，

ΔH＝z₁-z₂，

工况(四)：横向坡度为α的值和纵向坡度为β的值均不为0的时候，可以看作在工况(二)的基础上，将模型一侧整体向上提升一个高度，使得所述被研究路面的四角坐标仍在一个平面内，设置设此时抬起高度为ΔH′，则

ΔH′＝Δl×β，

其中，

令Δl＝y₁-y₂，

则L为最大倾角对应截面在模型底面的交线长度；

综上得到所述合成坡度i，

S3：根据所述合成坡度i的值，判断所述被研究路面的类型为零坡还是斜坡；

S4：当所述被研究路面的类型为零坡的时候，即i＝0的时候，根据

得到水膜的厚度h，单位是mm；其中，A和B均为参数，A和B的关系如下：

A＝IB₀，

其中，C为常数，I为降雨量，单位是mm/min；B₀为所述被研究路面的单元路面的长度，单位是m；g为重力加速度，单位是kg*m/s²；

当所述被研究路面的类型为斜坡的时候，即i≠0的时候，根据

得到水膜的厚度h，单位是mm；其中，I为降雨量，单位是mm/min；v为液体的运动粘滞系数；r为该单元路面的坡面上一点到该单元路面中最高点的距离，单位是m；

S5：根据所述水膜的厚度h得到所述被研究路面的积水的三维模型。

2.如权利要求1所述的一种降雨天气高速路面积水状况的三维模拟方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：

在所述被研究路面的空间建立空间直角坐标系，设置路面的方程为φ(x,y,z)；

在空间直角坐标系中将所述被研究路面分割为若干个倾斜的平面，相邻的所述平面连续拼接，得到所述被研究路面的方程φ(x,y,z)为每一个所述平面的集合；

将被研究路面的方程φ(x,y,z)的全部点的集合作为所述被研究路面的三维空间模型。

3.如权利要求1所述的一种降雨天气高速路面积水状况的三维模拟方法，其特征在于，根据所述合成坡度i，所述合成坡度所对应截面与路面交线方向，即为降水汇集在路面后，路面径流的主要流动方向，计算水流在路面流过长度D，则

合成坡度所对应截面与路面夹角为γ，则