考虑坡面排水的公路超高缓和段坡度组合设计

摘要

近年来,受厄尔尼诺等气候现象的影响,因路面积水产生的交通事故频发。在公路几何设计中,超高缓和段易形成较小合成坡度,导致路表积水继而影响车辆行车安全。为研究不同坡度组合设计下的超高缓和段排水能力,考虑道路横坡、纵坡和降雨量等因素,利用Matlab Simulink开展可视化仿真模拟。利用有限元方法对道路网格单元间的径流传递特征和径流深度进行分析,引入流体力学中的圣维南方程和曼宁公式,构建了超高缓和段积水深度分布模型。在分析超高缓和段排水能力影响因素的基础上,以道路纵坡、超高横坡和降雨强度为变量设计交叉试验,根据模型确定不同组合下的超高缓和段积水分布状态。以道路网格单元横向径流流速和超高零坡附近的径流深度为评价指标,对不同坡度组合下的路段排水能力进行分析,并提出超高缓和段最佳坡度组合设计。研究结果表明:与道路纵坡相比横坡的设计对超高缓和段路表积水的影响更为显著;在一般暴雨条件下,雨水主要集中在道路边界处,其位置靠近直缓端(缓圆端);当道路纵坡范围为0.3%~0.5%,超高横坡值范围为2%~4%时对超高缓和段道路排水有利。研究结果为超高缓和段坡度组合设计和排水位置选择提供了有效的参考依据。