[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

说明书

本发明涉及道路工程技术领域，具体公开了一种降雨天气高速路面积水状况的三维模拟方法，通过计算路面积水状态的空间分布；基于模型的积水状况空间模拟系统。本发明建立路面坡度几何模型和基于水力学的理论模型对路面积水特性及影响因素进行分析。本发明针对道路设计中零坡排水不易解决，导致事故频发的问题，给出了道路设计的检测方法。本发明利用模型可以快速的得到积水的三维模拟模型和相应的数值解，能够有效的得到设计路段在不同降雨天气条件下，路面的积水状况比以往经验公式计算得到的解更精确，更便捷。本发明所使用的初始数据源于道路设计资料，易获取，易操作，应用的范围很广泛，可以对多种情况检验。

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，特别涉及一种降雨天气高速路面积水状况的三维模拟方法。

背景技术

降雨引起的路面积水对行车安全有很大影响，尤其对于山区公路超高过渡段，由于排水不畅存在更大的安全隐患，因此，路面积水状态以及对行车安全的影响已引起国内外学者的普遍关注。而路面积水的水膜厚度，是被研究路面积水对行车影响的之间参数。对此国内外学者已经有了很详细且深刻的讨论，得到了多种经验公式和半经验半理论公式。但由于路面积水的复杂性，为了简化计算，路面水膜厚度的理论模型都未考虑路面排水系统的影响，只是建立在降雨稳定的基础上，来得到在某一路面上积水的水膜厚度，其和实际复杂的积水状况有所差异，并不能满足道路安全设计的需求。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种降雨天气高速路面积水状况的三维模拟方法，以解决上述背景技术中所提出的问题。

为此，本发明提供一种降雨天气高速路面积水状况的三维模拟方法，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％；

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，常温下取0.00877cm²/s；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。

进一步，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；