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《道路表面水膜厚度對(duì)摩擦系數(shù)的影響研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、道路表面水膜厚度對(duì)摩擦系數(shù)的影響研究學(xué)號(hào)：080606122姓名：俞力超（南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院交通土建工程系）摘要：本文主要研究了道路表面水膜厚度的影響因素，水膜對(duì)輪胎與路面接觸的影響。關(guān)鍵詞:降雨；路表水膜厚度;動(dòng)力滑水1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀降雨在公路表面匯集的水流問(wèn)題，屬于水文學(xué)研究的范疇。水文學(xué)中的坡面水流是指，流域在發(fā)生降雨情況下，降雨扣除植物截留、填洼和下滲等損失后，沿坡地地面流動(dòng)的一種水流。坡面水流不受邊坡的約束而沿重力的分量方向流動(dòng)，不僅降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)影響坡面水流，而且坡面特性也影響坡面水流的流態(tài)。降雨在路面上引起的
2、水流運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生截留和填洼，比水文學(xué)中的坡面水流影響因素要少。在水文學(xué)中，坡面水流屬于產(chǎn)匯流理論的一個(gè)分支，它的研究是箍著產(chǎn)匯流理論的發(fā)展而發(fā)展。產(chǎn)匯流理論是在19世紀(jì)以后逐步建立和發(fā)展起來(lái)的，1856年達(dá)西提出的滲流力學(xué)的基本理論——達(dá)西定律，以及1871年圣維南導(dǎo)出的明渠緩變不恒定流的基本微分方程組——圣維南方程組，為研究產(chǎn)匯流理論的地面水流、河道水流、土壤中水流和地下水水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律奠定了理論基礎(chǔ)。此后，坡面流在理論和試驗(yàn)方面都得到了深入的研究和發(fā)展。水文學(xué)中，坡面水流的運(yùn)動(dòng)波特征用圣維南方程組來(lái)描述。對(duì)于二維矩形坡面，在其寬
3、度方向取單位長(zhǎng)度，就可以轉(zhuǎn)化為一維坡面，其運(yùn)動(dòng)波可用下面的圣維南方程組描述:方程組(1-1)沒(méi)有解析解，因此，在坡面流情況下一般總是根據(jù)具體情況對(duì)此進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化，然后求其解析解或者數(shù)值解。簡(jiǎn)化求解上述的方程組，有兩種模型。一種是通過(guò)水文學(xué)途徑得到的集總式運(yùn)動(dòng)波模型。另一種是通過(guò)水力學(xué)途徑得到的分散式運(yùn)動(dòng)波模型。水文學(xué)解法是用水量平衡方程代替圣維南方程組中的第一個(gè)方程，用蓄量方程來(lái)代替第二個(gè)方程。早在1944年，依扎德就根據(jù)規(guī)整的鋪砌坡面上的試驗(yàn)資料，證明上述的近似代替方法是可行的。根據(jù)水量平衡方程和蓄量方程可以解出坡面水流上漲段和
4、退水段的解析解。水力學(xué)解法是對(duì)圣維南方程組無(wú)因次化，引入運(yùn)動(dòng)流數(shù)岸，把偏微分方程組變?yōu)槌Ｎ⒎址匠探M，并且作變量代換，然后將新變量對(duì)應(yīng)的線性微分方程按冪級(jí)數(shù)展開求解，最后得到近似的解析解。由于圣維南方程組沒(méi)有解析解，只能通過(guò)簡(jiǎn)化得到近似的解析解，就有學(xué)者利用數(shù)學(xué)方法得劍方程組的數(shù)值解。坡面流的數(shù)值解包括有限差分解和有限元解，有限差分法和有限元法在坡面流的數(shù)值解方面得到廣泛的應(yīng)用。有限差分法求解坡面水流有兩種方法，一是特征線差分法，就是首先將圣維南方程組轉(zhuǎn)化為特征線方程，然后再用差分法求解；二是直接差分法，這種方法是采用矩形網(wǎng)格直接對(duì)圣
5、維南方程組進(jìn)行顯式或者隱式差分，隱式差分是無(wú)條件穩(wěn)定的，顯式差分時(shí)必須選定矩形網(wǎng)格的尺寸滿足柯朗條件，才能穩(wěn)定求解。坡面流的有限元解是應(yīng)用伽遼金法，把坡面流的定解問(wèn)題寫成對(duì)應(yīng)的積分形式。將原問(wèn)題較復(fù)雜的求解區(qū)域劃分為較規(guī)則的子區(qū)域．然后對(duì)各單元進(jìn)行分析得到單元矩陣，使基本微分方程變成代數(shù)方程，加入求解問(wèn)題的邊界條件，求解總體代數(shù)方程，得到問(wèn)題的解。此外，還可以通過(guò)模擬試驗(yàn)的途徑，研究坡面水流的機(jī)制。國(guó)外從事這方面的試驗(yàn)工作比較早。1946年美國(guó)的伊薩德利用水槽研究了均勻降雨條件下的坡面漫流，得出了可以用假設(shè)的出流與蓄量關(guān)系代替動(dòng)力方
6、程的結(jié)論。1955年日本京都大學(xué)巖恒雄一利用長(zhǎng)24m，寬19．6m的鋁制水稽，研究側(cè)向均勻供水的地表徑流機(jī)制。匈牙利的涅姆斯、蘇聯(lián)齊蒙特和捷克的涅邁茨等對(duì)這方面也做了研究。1971年，美國(guó)的Smith和Woohiser在室內(nèi)研究了滲透地表上的坡面流過(guò)程””，試驗(yàn)所用士槽尺寸為12．1×0．05×I．22m。我國(guó)動(dòng)力水文試驗(yàn)比較少，但也取得了不少成果。水利水電科學(xué)院朱咸等利用室內(nèi)不透水流域模型檢驗(yàn)單位線假定的試驗(yàn)研究，不僅首先由試驗(yàn)證實(shí)了匯流現(xiàn)象的非線性，而且為實(shí)際生產(chǎn)中的非線性改正提供了基本依據(jù)。鐵道科學(xué)院西南研究所的吳學(xué)鵬等通過(guò)不
7、透水表面匯流試驗(yàn)，分析比較了坡面匯流的各種理論和計(jì)算方法。中國(guó)科學(xué)院地理研究所、南京水文水資源研究所、黃河水利委員會(huì)合作進(jìn)行的大型土柱入滲試驗(yàn)，揭示了降雨入滲過(guò)程的若干規(guī)律。西安理工大學(xué)的沈晉等針對(duì)西北黃土地區(qū)的坡面，進(jìn)行了坡面降雨產(chǎn)流試驗(yàn)和模擬研究，通過(guò)試驗(yàn)詳細(xì)觀測(cè)分析了降雨過(guò)程中坡面表層土壤水分運(yùn)動(dòng)產(chǎn)流過(guò)程，研究了黃土坡面的入滲特性和漫流特征。吳彰春等在1995年對(duì)坡面匯流進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過(guò)室內(nèi)模擬的降雨匯流試驗(yàn)，分析了降雨強(qiáng)度、雨型、坡面形狀、坡度和粗糙度等因素對(duì)坡面匯流的影內(nèi)，著重探討了雨強(qiáng)與洪峰流量及匯流時(shí)間的關(guān)系、雨型
8、對(duì)洪峰流量的影響規(guī)律等問(wèn)題，對(duì)坡面匯流的理論研究及小流域的徑流計(jì)算都具有現(xiàn)實(shí)的意義。在我國(guó)北方黃土地區(qū)和南方花崗巖地區(qū)修建公路、鐵路時(shí)，由于線路工程開挖路塹，使天然條件下較為緩’漫的自然侵蝕過(guò)程在很短的時(shí)間內(nèi)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ绦约铀贈(zèng)_刷過(guò)
