《潮濕山區路面凝冰機理與凝冰環境預測模型研究》是依託中南大學，由但漢成擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：潮濕山區路面凝冰機理與凝冰環境預測模型研究
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：但漢成
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
雲貴川高原潮濕山區路面冬季易於結冰，給交通安全造成了惡劣影響，凝冰問題已成為現階段該地區公路建設和管理必須解決的重大技術難題。針對上述問題，本課題以路面凝冰環境為研究對象，開展一系列室內路面凝冰模擬試驗，模擬形成凝凍的要素(大氣溫度、大氣濕度、路表溫度、風速、降雨以及路面排水)，為路面凝冰形成機理分析提供試驗依據以確定路面凝冰形成的臨界條件。通過室內試驗測試路面凝冰與路面材料的粘附性質、凝冰硬度以及凝冰狀態下的路面摩擦係數，為路面除冰雪技術的選擇以及路面安全預警提供指導。基於凝冰形成機理和室內試驗的分析結果，提出有效的路面凝冰環境預測模型。通過現場試驗測試路面在不同環境下的凝冰速度、凝冰與路面的粘附性質、凝冰硬度以及路面摩擦係數，對比室內試驗結果以及驗證路面凝冰環境預測模型的可靠度，進一步提高預測模型的有效性，為路面凝冰預警系統、路面抗凝冰技術以及融冰雪技術研究提供試驗和理論基礎。
結題摘要
本項目按照研究計畫開展了研究，全面地完成了研究內容，達到了預期考核指標，獲得了以下研究成果： (1) 採用光纖式結冰感測器測試了不同降水溫度和路面溫度條件下的路面結冰厚度和結冰完成時間。試驗表明：路面結冰完成時間整體上隨路面溫度降低而減少，隨雨水溫度增大而上升；2℃以下的雨水溫度在約-2℃路面溫度下，形成1mm冰需要時間不超過10min，4℃雨水在路面溫度處在-1~-3℃條件下，形成6mm以內凍的時間不超過30min。 (2) 測試了不同路面構造深度的路面在不同冰面溫度條件下冰與瀝青路面之間的法向和水平粘附力，並獲得了不同路面構造深度條件下的凝冰粘附強度隨冰溫度的變化規律。試驗結果表明法向和水平粘附強度分別與冰面的溫度之間呈較好的對數曲線關係和線性關係。無論是水平還是法向粘附強度，在相同冰溫度條件下，構造深度大的表面的凝冰粘附強度要大於構造深度小的表面的凝冰粘附強度。 (3) 進行了不同溫度條件下的冰塊單軸無側限抗壓試驗，測試了冰載入過程中的荷載位移及應力應變曲線，計算獲得了-10℃~0℃凍的單軸無側限抗壓強度值，並分析了不同溫度條件下凍的破壞形式及其影響因素。試驗結果表明溫度高於-8℃凍的單軸無側限抗壓強度與冰溫度之間呈較好的線性關係，凍的壓縮模量與冰溫度之間呈較好的指數曲線關係；對於較低溫度的冰壓縮破壞過程屬於剪下延性破壞，破壞後冰主要為條狀；對於較高溫度的冰屬於壓縮延性破壞，破壞後冰主要為小塊細顆粒狀。 (4) 採用擺式摩擦係數測定儀測試了不同溫度和路面狀態下瀝青路面抗滑性能。基於試驗結果，分析了不同濕滑類型路面的抗滑性能變化，討論了路面溫度對乾燥、潮濕、結冰以及霜凍路面抗滑性能的影響，分析了凝冰路面構造深度變化導致的路面抗滑性能變化、積水路面水膜厚度以及行車速度對抗滑測試結果的影響。通過定量的試驗分析，建立了不同路面狀態下路面摩擦係數計算模型，並進行了路面摩擦氣象指數等級劃分。 (5) 在分析影響路面結冰氣象條件因素的基礎上，採用LS-SVM工具箱建立了路面結冰預測模型，並採用收集的氣象數據驗證了預測模型的可靠度。結果表明2小時預測時效內，溫度預測值與實測值之間的相關係數大於93%，最大誤差小於2.2℃，表明模型具有較好的預報水平。 (6) 發表學術論文3篇，其中SCI/EI檢索論文1篇，CSCD源刊論文2篇（錄用待刊）；申請並獲得實用性新型專利1項。
