路面损坏的预测模型

第十六章路面损坏的预测模型161耐用性能的说明和路面损坏预测耐用性能这个概念如八章所述自二十世纪六十年代以来已成为路面技术中有价值且重要的部分，依据PSI或RSI与期龄或集中轴载的应用相对的好的预测路面性能模型的发展，已成为路面工程师的抗战。自从卡里依瑞克对耐用性能概念发展以来，尽管耐用性能早已形成为精确定义，但在路面领域内，耐用性能这术语用得较笼统。主要原因在于日常生活它含意很普遍。因此，在实际工作者和研究者中，人们已习惯于使用它的替换词如损坏或破坏。需预测的参数和必要条件为估计路网中某些路段的服务年限，就有必要预测标准中已建立的那些量值的变化率。另外，也许还期望能预测某量值组成部分的变化率，如预测路表损坏的开裂部分的变化，以期评价维护需求。图161说明损坏预测模型怎样用来预测已有路面的未来损坏以及在重修年限内的比较方案图161简要说明了路面损坏测怎样应用于评定已有路段未来损干活需维修年限。并且也说明预测模型在维修年限中重建方案中比选中的应用。任何预测模型在HER80中已叙述过的基本必要条件，包括下如几点1充足的数据库2包含影响路面损坏所有重量变量3谨慎选择代表实际情况的预测模型形式4评价模型精度标准163基本预测模型与示例基于以经工作IYHON87MAHONEY90所建议的预测模型分类主要列于表161中。考虑到路网级和项目级的路面管理，预测模型又分为两种基本类型确定型和概率型，确定型模型包括基本反应，结构性能，功能性能和破坏型等。概率模型包括残有曲线，转够概率模型等。表161预测模型的分类模型类型确定型概率型基本反应结构功能破坏残有曲线转移过程模型路面管理系统级别弯沉应力应变等破坏路面条件等PSI安全等等效轴载马尔可夫半马尔可夫国家级州国级地区网级项目级固不同工作目的，可由表161中所列的分解类型归并为四种基本类型如下；1能力学模型，基于基本响应使用参数，如应力，应变，挠度等。2力学经验模型，通过回归方程建立路面响应参数与测待的结构性能或功能性能损坏如弯沉，不平整度关系。3回归模型由观察，或测量所得的结构性能或功能性能损坏的相关变量与其他一个或更多独立变量如路基强度，轴载分布，路面厚度，性质和环境因素以及它们之间的相互作用发生关系。4主观模型应用转移过程模型捕捉经验成为正式的方法，如建立路面损坏预测模型。因为路面工程师不会仅仅应用主要或基本的响应参数所以第一类模型能力学模型还没有得到发展，它们仅仅在与其他模型中的路面破坏或路面性质联系起来才有用处。因此，力学经验，路面损坏模型的建模如设计路面罩层的模型方法得到发展。克劳兹提供了一个很好的例子，他研究了63个柔性路面试验段，把线弹性当作路面材料的一个基本的本构关系QUEIROZ82。计算的响应包括路表挠度，沥青层底部的水平张力，应变和应变能基层上部的垂直压应力和应变。通过回归分析建立这些响应与路面不平整度和开裂联系，人们已做了许多尝试。例如，推演出以下路面不平整度的预测方程参见，图162的方程曲线图162力学经验模型对平整度的预测LOGQI12979223270324OGN161其中QI不平整度1小汽车指标，次KMAGF路面龄期年ST路表类型虚拟变量Q在建路时为0，铺装完路时为1RH重建指标状态在建路时为0，铺装路为1SEN1沥青层底部应变能104KGFCMN累积等效单轴荷载ESAL方程161的相关系数的平方R2）为052，残差的标准误差为011。另外一预测方程包含了开裂参数，如下VEI83。CR87000258HSTLOGN10069HSFIN162其中CR路面开裂面积百分比HST沥青层底部的水平张力KGF/SQCM其相关系数平方R2）为054，残差的标准误差为154。第三种类型直接回归模型，个别应用需要长期数据库的情况。例如25年以上的关于路面的不平整度，表面破坏，交通，挠度和其他因素，数据就用损坏模型的推演中，以下为常规粒料基层路面模型方程曲线如图164RCI59986870LNRCIB）IN（AGE2）AGEAGELNRCIB）AGE（）其中RCI行驶舒适指数0RCIB以前的RCIAGE龄期年AGE4年对方程163，也可以1，2，3，4年该方程的相关系数平方值R2）为084，估计算准误差为038，而考虑了许多变量，如以ESALS表示交通，气候区，土基类型以及他变量，在方程163中发现仅仅只有路面龄期。AGE和RCIB为有意义统计量。它是一种递归回归模型。可能的原因是设计路面时交环境破坏因素放在第一位考虑而将路段结构设计的较厚，而不单是交通需要。图163回归模型进行开裂预测QUEIN83相似地，华盛顿州ACKSON9在长期路面性能数推演出了如下形式的方程。PCRCMAP其中PCR路况定级，0100L100M倾斜系数A路面龄期，以年计P决定典型形状的常量图164方程163的使用性能预测表162提供的例子列举了标准或约定的性能曲线。是在华盛顿州对不同路面设计或类型应用方程164而得到的。捕捉地方工程师及专家的主观经验即第四种类型的方法为路面管理系统发展创造性能模型的极好的手段。而以马尔可夫过程为基础的逐步转移过渡概率技术很适合于目的FENN74,SMITH74,KARN74。在马尔可夫过程中，模型元素如路面的未来状态不仅根据元素的现状，来预估。条件量值定义了元素的状态，对路面来说，条件量值包括不平整度或服务功能，路面条件指数式路表开裂百分率以及滑留数。出于建模的目的，将状态定义在条件量值的在之内。表163表明了应分别用两个条件量值的之彼值可得到九种条件状态。表中数字代表不同的条件状态。例如，条件状态与对应中等开裂和不平整度水平。转移概率矩阵定义了强面的初始条件状态转变为将来某种条件状态的概率。表164是163中九种条件状态的过渡概率矩阵示例。如表164所示，大部分路面从第一年到第二年仍保持在相同的条件状态。例如，根据表164，处于条件状态的路面一年之后仍得持状态的概率为092。过渡概率矩阵的要求之一便是每行值之和必须等于10。正式的访问方法，如戴尔菲法，可用来发展过渡概率矩阵。请求专家尽他们的最大能力来确定路面在时期内从一种条件状态转变为未来其他条件状态的概率。因为马尔可夫过程仅根据现状条件状态预估未来条件状态，所以其他影响路面性能的因素可通过给影响路面耐用特性的联合因素定义过渡矩阵来处理。1路面类型2路面厚度3交通流量或荷载4基层类型或强度5环境和地区影响例如，某一马尔可夫过程的应用使用了两个级别的路表厚度，3个级别的交通量，两个级别的强度。共有232或12种组合TURAY9。因此，此应用需要12个过渡概率矩阵，而且仅限于一种路面类型和环境，过渡概率矩阵经过几项相乘推演便可得到如图165所示的使用性能曲线TURAY91。马尔可夫过程模型具有几个优点，包括以正式化的手段通过捕捉地方工程师的经验直接标定模型，不需任何历史数据资料便可推演路面耐用性能曲线。另外，路面管理系统建立几年之后，仍能通过应用现场采集数据标定模型TURAY92。该方法的不足处在于需对每个影响路面耐用性能的联合因素建立转移概率矩阵。另外，因为只根据现状预估未来状态，所以路面历史就很难包括马尔可夫过程中，阿里兹那运输部利用开裂变化率作为条件状态因素之一。因