《风沙环境高速公路安全预警技术指南编制说明》

《风沙环境高速公路安全预警技术指南》

编制说明

2025年12月

一、工作概况

（一）任务来源

宁夏回族自治区被毛乌素、腾格里及乌兰布和三大沙漠

环绕，荒漠化土地面积占全区总面积的53.68%。银百高速、

乌玛高速等战略性交通干线穿越沙漠区域，风沙环境易导致

能见度急剧下降、路面积沙及车辆行驶稳定性受损，成为重

特大交通事故高发诱因。为破解风沙环境下高速公路安全运

营难题，落实《交通强国发展纲要》“精准防控”要求，依

托宁夏回族自治区重点研发项目“风沙环境高速公路车辆运

行风险识别与智能决策应用研究（2022BEG02017）”的研究

成果，经宁夏标准化协会立项评审会议通过，开展该项标准

的编制工作。

（二）起草单位

本标准项目主要承担单位：宁夏大学。

协作单位：宁夏交投高速公路管理有限责任公司、宁夏

公路助察设计院有限责任公司、东南大学。

（三）主要起草人及分工

主要起草人：王芳、缑永涛、张鑫、杨昊、马永锋、刘

诗筱、金成、王伟、姚爱军、张易辰、杨丁、孙利益、杨熙

卉、马苗苗、李国瑞、王帆、邢冠仰、朱昊、邹宏昊、邓雯、

江宇嘉、王冠华、邢家悦、黄思平、杨鹏、段唯佳、王龙波、

韩林成、李丙花、王项、张辉映、张欢、周心奥、张俊杰、

王义宁、冯文超、冯志刚、安晓梅。

标准起草人员具体分工如下：

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王芳、赵旭东、张鑫、马永锋：负责标准编制工作的全

面指导和统筹审核，审定标准框架结构，审核工作方案，提

出修改意见。

刘诗筱、张易辰、杨昊，负责标准技术体系搭建与核心

技术指标把控，主导风险预警模型构建、试验方案设计及数

据验证工作，协调各起草单位技术对接。

邹宏昊、孙利益负责交通流数据监测、车辆动力学仿真

等技术支持，把控交通运行风险指标计算、预警设施布设等

关键技术内容，参与标准条文技术审核。

马苗苗、杨丁气象数据监测、风沙环境特征分析等技术

支撑，统筹调查与数据监测章节编制，把控环境风险指标阈

值确定等核心技术参数。

周心奥、张俊杰负责资料收集与梳理，重点收集国内外

相关法律法规、标准规范及沙漠公路安全预警研究成果，整

理气象、道路基础数据，为标准编制提供数据支撑。

缑永涛、王伟、姚爱军负责实地调研工作，参与宁夏沙

漠及荒漠化区域高速公路气象监测网络搭建、沙丘分布与移

动数据采集，勘测路基类型、防护设施等道路参数，分析风

沙环境特征与公路运营现状。

朱昊、李国瑞、孙利益负责指标测算与模型构建，参与

CFD数值模拟、车辆动力学仿真及驾驶模拟试验，计算环境、

车辆、运行等各类风险指标阈值，建立风险预警模型。

杨熙卉、王义宁、冯文超、冯志刚、王帆负责条文起草，

主导调查、数据监测、指标体系等章节的编写工作，细化技

3

术要求与操作流程，确保条文表述准确、逻辑清晰。

邢冠仰、朱昊、邹宏昊、邓雯负责条文起草，主导风险

指标与阈值、风险预警分级等章节的编写，明确预警等级划

分标准、复合修正方法及管控处置要求。

江宇嘉、王冠华、邢家悦负责征求意见阶段工作，整理

汇总交通、气象、公路管理等相关部门及行业专家意见，分

析意见合理性并提出采纳方案，修改完善标准文本。

杨鹏、段唯佳、王龙波、韩林成负责送审阶段工作，准

备标准送审材料，参与专家评审会，根据审查意见优化调整

核心技术参数与条文内容，完善编制说明。

李丙花、王项、张辉映、张欢负责试验验证相关工作，

参与积沙状态指标分析、路面附着特性试验及不同车型车辆

稳定性试验，整理试验数据并验证技术指标可靠性。

安晓梅负责标准格式规范与校对，按照GB/T1.1-2020

要求规范标准文本结构与表述，校对条文内容、公式符号及

图表编号，确保标准格式统一、无技术差错。

二、制定标准的必要性和意义

（一）标准制定的必要性

我国是全球荒漠化严重影响的地区，沙漠面积约80.9万

平方千米，约占国土总面积的8.4%，西北内陆地区沙漠分布

广泛，制约了区域社会经济发展。随着“一带一路”倡议与西

部陆海新通道建设的推进，沙漠地区高速公路建设成为交通

网络完善的关键，但风沙灾害对公路运营安全构成严重威胁。

宁夏沙漠地区气候特殊，春季干旱时节风速仅8-10m/s

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即可形成能见度≤1000米的沙尘天气，路面积沙厚度达

3-5mm，而境内高速公路设计车速普遍在100-120km/h，风

沙突发性与高车速的矛盾突出。近年来，连霍高速、宁夏石

嘴山红果子镇路口等多起交通事故均由风沙天气引发，凸显

了风沙环境下高速公路安全防控的紧迫性。

当前，国内外关于高速公路安全的研究虽有一定基础，

但针对沙漠风沙特殊环境的系统性研究成果匮乏，既有研究

多聚焦静态风险评估、事后处置或单一风险因子分析，难以

应对风沙环境的突发性、动态性及多风险耦合特征。国标及

其他省份地方标准中对风沙防护的规定，因气候及风沙环境

差异无法完全适用于宁夏地区。

（二）标准制定的意义

填补宁夏沙漠高速公路安全预警标准空白，为公路防沙

治沙、安全管控提供统一技术依据，解决现有标准适配性不

足的问题。

明确风沙环境下预警指标阈值、设施布设参数及管控策

略，量化风速、能见度、积沙厚度等关键因子对行车安全的

影响，提升防控精准性。

总结乌玛高速等工程实践经验，融合CFD数值模拟、车

辆动力学仿真等先进技术，推动安全管理从“经验驱动”向“数

据驱动”、“被动应对”向“主动防控”转型。

完善西部沙漠地区高速公路安全保障技术体系，强化战

略通道运输保障能力，助力“丝绸之路”经济带交通网络韧性

提升。

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三、主要起草过程

（一）成立起草组、确定分工

宁夏回族自治区重点研发项目“风沙环境高速公路车辆

运行风险识别与智能决策应用研究（2022BEG02017）”项目

任务下达后，宁夏大学联合宁夏交投高速公路管理有限责任

公司、宁夏公路勘察设计院有限责任公司、东南大学等单位

成立标准编制起草组，明确各组员职责，制定详细工作方案，

确保编制工作有序推进。

（二）收集资料与实地调研

收集相关法律法规、政策文件、国家标准、行业规范及

国内外沙漠公路安全预警研究成果，重点梳理GB/T

20480-2017《沙尘天气等级》、JTGC10《公路勘测规范》等

相关标准内容。

开展宁夏沙漠及荒漠化区域高速公路实地调研，在乌玛

高速腾格里沙漠段构建多点位气象监测网络，通过无人机倾

斜摄影技术获取沙丘分布与移动数据，采集道路线形、路基

断面、防护设施等基础参数，全面掌握风沙环境特征与公路

运营现状。

（三）编制标准草案

2024年10月——2025年7月，结合调研数据与项目研

究成果，开展CFD数值模拟、车辆动力学仿真及驾驶模拟

试验，构建风险预警指标体系，确定预警等级划分标准、设

施布设要求及管控处置措施；

2025年10月编写标准讨论稿，聘请区外专家和宁夏行

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业内专家进行内部多次讨论论证，优化调整核心技术参数；

2025年12月，召开标准讨论会，修改后形成标准征求

意见稿，完成编制说明的编写。

四、制定标准的原则和依据，与现行法律、法规、标准

的关系

（一）编制原则

科学性原则：基于长期野外监测、室内试验与数据建模，

融合汽车动力学、交通工程、气象学等多学科理论，结合CFD

数值模拟、机器学习等先进技术，确保预警指标、等级划分

及防控措施的科学性与合理性。

实用性原则：聚焦宁夏风沙环境特点，针对高速公路行

车安全核心风险，提出可操作、可落地的预警技术要求与管

控方案，适配交通管理、运营养护等实际应用场景。

协调性原则：严格遵循国家及行业相关标准规范，符合

《中华人民共和国道路交通安全法》《交通强国发展纲要》

等法律法规要求，与现有国家标准、行业标准保持协调一致。

前瞻性原则：吸纳数据融合、智能预警等先进技术方法，

兼顾现有技术水平与未来智慧交通发展需求，为特殊环境下

交通智能化管控提供支撑。

（二）编制依据

本技术指南为首次起草的宁夏回族自治区团体标准，参

照国内外相关规范和标准，主要采用以下行业及地方标准：

表1国内同类标准统计表

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标准类型

实施时

标准编号标准名称发布单位（所属领

间

域）

国家质量监督检验检2017年

GB/T

《沙尘天气等级》疫总局、中国国家标准12月1国家标准

20480-2017

化管理委员会日

国家市场监督管理总2025年

GB/T

《沙尘天气等级》局、国家标准化管理委12月1国家标准

20480-2025

员会日

《高速公路交通安全管2024年

QX/T729-2024中国气象局行业标准

控天气风险预警等级》6月1日

GA/T《恶劣天气道路交通预中华人民共和国公安2025年

行业标准

2302-2024警系统技术规范》部5月1日

现行有

JTGC10《公路勘测规范》交通运输部行业标准

效

JTG/T《沙漠地区公路设计与2008年

交通运输部行业标准

D31-2008施工指南》实施

2018年

JTG/T《公路设计指标论证技

交通运输部10月1行业标准

3340-2018术指南》

日

DB64/T《风积沙路基填筑（干宁夏回族自治区市场2024年地方标准

1972-2024压法）施工技术规范》监督管理厅实施（宁夏）

DB64/T《沙漠公路勘测设计指宁夏回族自治区市场2024年地方标准

2013-2024南》监督管理厅实施（宁夏）

《公路风积沙防治技术

DB63/T青海省市场监督管理2020年地方标准

规范第1部分：工程

1859.1-2020局实施（青海）

勘察设计》

《公路风积沙防治技术

DB63/T青海省市场监督管理2020年地方标准

规范第2部分：工程

1859.2-2020局实施（青海）

施工技术》

《公路风积沙防治技术

DB63/T青海省市场监督管理2020年地方标准

规范第3部分：工程

1859.3-2020局实施（青海）

质量检验评定》

地方标准

DB15/T《内蒙古地区沙漠公路内蒙古自治区市场监2015年

（内蒙

939-2015勘测设计规范》督管理局实施

古）

同时，依托宁夏回族自治区重点研发项目“风沙环境高

速公路车辆运行风险识别与智能决策应用研究

（2022BEG02017）”的研究成果，结合乌玛高速等工程实践

经验编制。

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（三）与现行法律法规、标准的关系

目前，国内关于高速公路安全的相关标准共计42项，

其中国家标准5项，行业标准12项，地方标准18项，团体

标准7项。但这些标准多集中在通用交通气象预警、公路建

设勘测设计、常规交通安全管控等领域，一方面缺少针对沙

漠风沙特殊环境的专项安全预警技术指导标准，另一方面即

使涉及风险评估，也主要集中在单一风险因子分析或事后处

置，没有形成“调查-监测-预警-防控”全链条的系统性指导，

对于风沙区域交通管理和养护人员而言，相关内容的针对性

和可操作性不强。

需要强调的是，2024年，中国气象局发布《高速公路交

通安全管控天气风险预警等级》（QX/T729-2024），填补了

通用交通气象安全预警的专项规范空白。该标准规定了高速

公路交通安全管控天气风险的预警等级划分、预警指标、发

布流程及防控建议，适用于气象部门、交通管理部门开展高

速公路天气风险预警与管控工作。但该标准未聚焦沙漠风沙

环境的特殊性，对路面积沙、沙丘移动等专属风险因子未细

化，对于宁夏沙漠及荒漠化区域的高速公路安全预警指导仍

存在不足。

本标准弥补了国内同类标准在沙漠区域高速公路安全

预警领域的空白，突破现有标准“单一因子预警、通用化要求”

的局限，构建适配宁夏地域特征的“多因子耦合、全流程覆盖、

差异化管控”技术体系。与宁夏地方标准形成功能互补，共同

完善沙漠公路“建设-运营”全生命周期标准化技术支撑，其特

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色技术既符合宁夏沙漠公路实际运营需求，也为国内其他沙

漠地区提供可借鉴的技术范式。

五、主要条款的说明，主要技术指标、参数、实验验证

的论述

（一）主要条款说明

本标准共包含8个核心章节及3个资料性附录，系统规

定了风沙环境下高速公路行车安全预警的全流程技术要求，

各章节逻辑紧密、层层递进，构建起“调查-监测-指标-预警-

管控”的完整技术体系，同时新增专项条款强化实操性与安全

性。

范围与规范性引用文件：明确标准适用范围为宁夏沙漠

及荒漠化区域高速公路，规范引用7项相关国标、行标及地

方标准，确保技术要求的合规性与地域适配性。

术语和定义：界定14项核心术语，包括风沙环境交通

管控、风积沙、起沙风、积沙厚度等，新增“风沙敏感路段”“预

警响应时效”“分级管控阈值”等关键术语，统一行业认知与技

术表述，避免执行歧义。

调查与数据监测：规定气象、道路调查核心内容，明确

气象数据与交通流数据的采集字段、质量要求、异常数据处

理及同步频率；新增“特殊路段排查”条款，重点识别风口、

桥隧出入口、弯坡衔接段等风沙高发区域，建立路段风险档

案。

指标体系：从环境、道路、车辆、交通运行状态四个维

度构建预警指标体系，涵盖风速、能见度、积沙厚度、道路

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线形、车辆稳定性、交通流特征等关键指标；针对不同路段

类型（平直、弯坡、桥隧）与风沙强度组合，建立差异化指

标权重模型，提升风险评估精准度。

风险指标与阈值：建立扬沙、大风、路面积沙三类环境

风险等级计算模型，结合弯坡路段、桥隧/风口路段等场景进

行复合修正；量化车辆横向滑移、侧翻及复合风险阈值，考

虑路面积沙对附着系数的影响进行修正；构建交通运行风险

评价模型，融合速度偏差、危险跟车比例、换道效应等指标；

新增“风险动态修正”条款，根据实时气象数据与交通流量变

化，确保预警时效性。

风险预警分级与防控设施布设：将风险预警划分为极高、

高、较高、一般四个等级，对应明确不同管控措施与清沙作

业要求；新增“分级响应流程”条款，明确各级预警的启动

条件、信息推送渠道（路侧情报板、导航APP、部门联动平

台）及响应时效（一般风险≤15分钟、极高风险≤3分钟）；

细化预警设施布设原则，补充“设施运维管理”要求，规定气

象仪、轮廓标等设备的定期校准周期与故障应急处置方案，

确保设施持续有效。

附录：提供基于机器学习的模型构建方法、车辆风险指

标计算方法及交通运行风险指标计算方法，新增“分级管控

操作手册”附录，包含各类风险等级下的警力部署、设施启用

清单、驾驶提示模板等实操内容，为标准实施提供直观技术

支撑。

本技术指南在制订期间，采用调研、数值分析、室内外

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试验、现场施工和检测等手段，反复对指南中的内容和指标

进行试验分析和验证，确保准确度、可靠性、稳定性满足实

际应用要求。

（二）主要技术指标、参数、试验验证的论述

本标准以《中华人民共和国道路交通安全法》《交通强

国发展纲要》为根本遵循，结合《公路工程技术标准》《沙

尘天气等级》《沙尘暴天气预警》等法律法规和政策规章文

件内容，运用系统化、闭环式管理原则，梳理整合形成了以

“依法治理和安全原则”为指导，重点突出“安全第一、预防为

主、综合治理”的风沙环境高速公路安全预警技术体系，主要

内容包括调查、数据监测、指标体系、风险阈值、预警分级、

设施布设等核心内容及相关附录。

标准技术指标与参数一方面来源于法律法规和部门规

章，是对相关要求的细化与分解，推动沙漠地区高速公路运

营管理单位做到依法依规防控，并按照规范要求建立相应的

预警机制；另一方面来源于乌玛高速等工程实践经验总结和

专项试验研究成果固化，通过CFD数值模拟、车辆动力学仿

真、野外监测、室内外试验等多种手段，确保指标参数的科

学性与适用性，主要技术指标和参数的试验论证如下所示：

1.风沙环境高速公路积沙厚度指标模拟与确定

本标准关键技术指标积沙厚度参数确定以乌玛高速公

路（G1816）穿越典型风沙地貌区的18公里沙漠路段为工程

依托，针对该区域频繁发生的路面积沙问题，开展系统的风

沙流场与积沙演化规律模拟研究。基于现场地形、气候及风

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沙活动特征，构建高精度数值模型，对不同路基形式、断面

参数及环境条件下的风沙运动过程进行三维数值模拟。模拟

范围涵盖典型路堤、路堑断面，并重点考虑风速（5–20m/s）、

风向夹角（30°–90°）、路基高度（1–5m）、宽度（15

–30m）、边坡比（1:1.5–1:4）以及中央分隔带形式（无、

紧密式、疏透式）等多种工况。通过FLUENT或类似CFD软

件平台，结合离散相模型（DPM）与实测风沙数据校准，再

现风沙流在路基结构周围的运动轨迹、速度场分布及沙粒沉

积过程。

1.1路堤断面对积沙影响分析

路堤对风沙流具有显著扰动作用，形成了典型的“迎风

坡减速区—坡肩加速区—路面过渡区—背风坡涡流区”流场

结构。如图1所示（选取20m/s高风速工况代表），随着风

速增大，路堤迎风坡坡脚风速降幅、坡肩风速升幅均显著增

加。风沙流经过较高路堤时，风速和能量损失大。

图120m/s风速下路堤沿程风速云图

由此可见，风速与积沙强度呈正相关，低风速（5m/s、

10m/s）：沙粒主要在迎风坡坡脚及路面迎风侧沉积。高风

速（20m/s）：沙粒动能显著提升，可越过坡肩，积沙中心

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向背风坡转移，积沙体积分数达0.62，且积沙厚度较15m/s

工况增加约28%。

如图2所示，随着风速从5m/s增至20m/s，路堤各区域

积沙体积分数整体上升，其中路面背风侧积沙增幅达195%。

当风速超过15m/s时，积沙强度进入快速增长阶段，此为积

沙风险防控的临界风速阈值。

图2不同风速下路堤积沙浓度分布图

1.2路堑断面风沙流场模拟及变化规律分析

路堑对风沙流运动同样具有显著扰动作用。积沙演化规

律：低风速（5m/s、10m/s），沙粒主要在背风坡区域沉积，

路面及迎风坡积沙量极少；高风速（20m/s），沙粒动能提

升，运移能力增强，积沙范围向迎风坡及路面中后段扩展，

路面后半段积沙体积分数升至0.52。

路堑积沙呈现“分区差异化”规律。如图3所示，背风

坡区域积沙随风速增大而下降（降幅达39.6%），而路面及

迎风坡区域随风速增大而上升（增幅达550%）。当风速大

于15m/s时，路堑迎风坡一侧路面易形成集中积沙，需重点

14

防控。

图3不同风速下路堑积沙浓度分布

1.3风向夹角对扬沙和路面积沙的影响

风向夹角（主导风向与路线夹角）是决定风沙流与路线

相互作用方式的关键参数。积沙分布特征：如图4所示（30°

夹角代表），当风向夹角减小至30°时，路面积沙重心明显

向上半部分偏移，呈现“上密下疏”的分布特征。

图4风向夹角为30°时路堤积沙分布云图

如图5及图6所示，风向夹角与积沙浓度呈负相关。随

着夹角从90°减小至30°，路堤各关键区域的最大积沙体

积分数持续下降（降幅达58.9%），路堑路面及迎风坡积沙

也显著减少。风向夹角越小，积沙风险越低。

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图5不同风向夹角下路堤积沙浓度分布图

图6不同风向夹角下路堑积沙浓度分布图

1.4道路线形对路面积沙的影响分析

如图1-7至图1-9所示，实验表明，超高形式通过改变

气流输导能力，直接决定积沙位置。背风坡侧超高：积沙最

严重，最大积沙体积分数升至0.68，超出规范临界值，对行

车安全构成严重威胁。迎风坡侧超高：积沙风险显著降低，

较平直路段降低13.5%。

平直路段：积沙风险介于二者之间。

16

图7迎风坡侧超高路堤积沙分布云图

图8背风坡侧超高路堤积沙分布云图

图9不同道路线形条件下路堤积沙浓度分布图

1.5断面参数对路面积沙的影响分析

通过控制变量法，分析路基高度、宽度、边坡比及中央

分隔带形式的影响：路基高度越高，气流翻越时的能量损耗

越大，积沙越严重。高路堤（5m）的积沙体积分数最高（接

近0.60），低路堤（1m）积沙风险最低；路基宽度，路基宽

度变化（15～30m）对风场与积沙影响微弱，积沙体积分数

差异小于5%。路基宽度不是积沙控制的关键参数；路基边

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坡比；积沙程度与边坡比呈正相关。如图10及图11所示，

缓边坡（1:4）能有效降低气流扰动，积沙浓度最低；陡边

坡（1:1.5）积沙最严重；如图1-10及图2-11所示，紧密式

中央分隔带会形成明显的低风速区，导致积沙最严重（体积

分数超0.60）；疏透式中央分隔带可改善通风，积沙较轻。

图10不同边坡比路堤积沙浓度分布图

图11不同边坡比路堑积沙浓度分布图

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图12不同中央分隔带形式路堤积沙浓度分布图

图13不同中央分隔带形式路堑积沙浓度分布图

2.积沙条件下路面附着特性试验与参数确定

为支撑标准中路面附着系数指标的计算，采用“宏观-

静态-微观”多尺度测试方案开展不同积沙厚度下的路面附着

系数衰变的实验和分析：利用连续式横向力摩擦系数测试仪

（SHN-SF）进行宏观动态测试，利用摆式仪进行静态验证，

并结合三维激光扫描仪探究微观纹理机理。建立SFC与附着

系数的关联关系，为后续车辆动力学仿真提供实测数据支撑。

2.1宏观尺度：连续式横向力摩擦系数（SFC）测试

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如图14所示，采用基于“偏摇轮原理”设计的SHN-SF

测试系统。该系统集成了电子控制单元、水膜喷洒系统及环

境监测传感器，能实时计算横向力系数SFC（SFC值与附着系

数呈正相关）。为适应沙粒环境的高磨损特性，测试轮特别

选用ASTM1551E标准光面轮胎，确保了在恶劣工况下数据

的稳定性与可重复性，避免了花纹磨损对测试结果的干扰。

图14连续式横向力摩擦系数测试仪

试验选取中卫市沙漠区域典型公路，涵盖平直、上坡、

下坡及弯道四种特征线形。积沙铺设及测试如图15所示。

为模拟真实且多样的积沙场景，设置全断面积沙（双轮积沙）

和单侧积沙（仅一侧车轮在沙面上）两种工况，并设定精细

的积沙梯度。其中对照组，双轮无积沙，测试基准路面附着

性能；积沙组，积沙覆盖度从路面空隙的25%递增至100%

（填充构造深度），随后增加路表积沙厚度至2mm、4mm，

直至10mm（形成积沙层）。测试速度设定为标准速度50km/h，

以确保数据的横向可比性，并符合国标测试规范。

20

(a)(b)

(c)(d)

图15SFC试验现场图

(a)平直道路铺设；(b)上坡道路铺设；(c)下坡道路铺设；(d)

弯道道路铺设

2.2不同积沙厚度对路面横向力系数的影响

对于不同道路线形处，双测试轮经过不同积沙厚度下的

横向力系数改变情况见表1至3-6所示，曲线关系图如图3-3

所示。

表1平直路段积沙路面横向力系数

厚度（mm)平直1（SFC）平直2（SFC）平直3（SFC）平均值（SFC）

059.5158.4461.3259.76

135.5338.6636.3636.85

237.3338.0136.6537.33

21

436.6736.636.5636.61

638.2038.1837.7738.05

840.9638.7241.1340.27

1042.9844.9645.5644.50

表2上坡路段积沙路面横向力系数

厚度（mm)上坡1（SFC）上坡2（SFC）上坡3（SFC）平均值（SFC）

055.3656.9256.1156.13

134.5633.9735.6334.72

236.8934.1233.6634.89

434.6535.2036.7235.52

637.7435.0736.4236.41

836.9135.8834.9435.91

1038.1137.5137.2737.63

表3下坡路段积沙路面横向力系数

厚度（mm)下坡1（SFC）下坡2（SFC）下坡3（SFC）平均值（SFC）

056.3455.1553.2654.92

135.3635.4935.4435.43

235.331.4934.8233.87

434.2235.1433.2134.19

633.1136.6635.6235.13

836.1836.8937.5436.87

1038.8136.2736.3137.13

表4弯道路段积沙路面横向力系数

22

厚度（mm)弯道1（SFC）弯道2（SFC）弯道3（SFC）平均值（SFC）

049.5149.5247.1348.72

126.8621.7425.524.7

222.6121.1622.0821.95

419.1818.419.0618.88

624.4920.3722.6122.49

826.1323.5624.824.83

1025.7426.4727.9226.71

随着积沙逐渐填充路面纹理，SFC值急剧下降。当沙粒

填满沥青路面空隙并覆盖至2mm厚度时，SFC值降至最低点

（相较于无积沙路面，弯道处下降幅度达61.25%）。此时，

轮胎与粗糙沥青骨料的直接接触被完全隔绝，接触界面完全

转变为不稳定的沙粒层，沙粒的滚动效应发挥到极致，行车

风险达到峰值。

然而，随着积沙厚度继续增加（超过2mm），SFC值呈

现出缓慢回升的趋势。这并非表明路面附着性能的实质性改

善，而是阻力产生机理发生了变化：深厚的积沙层迫使轮胎

在行进中必须压实并推移前方的沙粒，产生了显著的“犁耕

效应”。沙粒间的内摩擦力和挤压阻力成为了车辆行驶阻力

的重要来源，在数值上表现为横向力系数的回升。但必须警

惕的是，此种由松散介质阻力构成的“高数值”与沥青路面

的“高附着”截然不同，它伴随着巨大的滚动阻力和极不稳

定的侧向支撑，车辆在此时更容易发生方向跑偏或陷车。

23

对比不同线形，弯道路段的SFC值最低，风险最大。这

是由于测试车在过弯时受离心力影响，加剧了车轮的侧向滑

移倾向，放大了积沙层的剪切流动效应，使得车辆极易失去

侧向控制。

2.3静态摩擦特性：摆式仪测试验证

《公路路基路面现场测试规程》（JTG3450-2019）[8]

中详细规定了铺砂法、摆式仪以及横向力系数测试系统等设

备的使用方法。结合实际情况，本试验使用BM-Ⅲ型摆式摩

擦系数测定仪（简称摆式仪）以及路面构造深度测定仪来测

定积沙沥青道路表面的摆值和路面构造深度。

在不同道路线形处选取测试点各5处，每处横向间隔1m

选择3个测试点，对测试结果取平均值，路面表面构造深度

测定结果如式（1）所示，测试图如图16所示。测出的路面

构造深度表示缝隙填半和基本覆盖时的铺沙厚度。不同道路

线形下缝隙填半及基本覆盖积沙铺设厚度见表6所示。

1000V31831

TD22（1）

D/4D

式中：

TD——路面表面构造深度（mm）；

V——砂的体积（25cm³）；

D——摊平砂的平均直径（mm）。

表5不同道路线形下缝隙填半及基本覆盖积沙铺设厚度

道路线形缝隙填半（mm）基本覆盖（mm）

平直0.420.84

弯道0.420.83

24

按照规范要求进行仪器调平、调零以及校核滑动长度等

操作摆设摆式仪如图17。在不同道路线形处各选择3个测点

进行测量，根据构造深度将称量好的积沙倒入

30cm*30cm*5cm的框架中，并用刮子、毛刷等将其表面刮平，

取出框架，积沙铺设完毕；按下摆锤释放开关，当摆锤划过

积沙表面达到最高点准备下降时，用手扶住摆锤，读取指针

所指数值并记录于表格；重新铺设积沙达到测试厚度，重复

测量3次，3次摆值中最大值与最小值的差值不得大于3，

如差值大于3，应仔细检查误差由来，调整仪器各部件，直

至符合规定为止；3次测试取平均值作为该测点的摆值BPNT，

并将其换算成标准温度20℃的摆值BPN20。

图17摆式仪仪器布设

积沙厚度分为无积沙、缝隙填半、基本覆盖、2mm、4mm、

6mm、8mm、10mm、12mm，将路面温度为T（℃）时测得

的摆值BPNT按式（2）换算成标准温度20℃的摆值BPN20：

BPN20BPNTBPN（2）

式中：

BPN20——换算成标准温度20℃时的摆值；

25

BPNT——路面温度T时测得的摆值；

△BPN——温度修正值见表7所示：

表7温度修正值

温

0510152025303540

度（℃）

温

度修正

-6-4-3-10+2+3+5+7

值△

BPN

对摆值BPNT进行温度修正，修正后平直路段以及弯坡

路段纵向摩擦平均值见表8所示。

表8积沙路段纵向摩擦力系数

积沙厚BPN平纵向摩积沙厚BPN平纵向摩

弯坡平直弯坡平直

度均值擦系数度均值擦系数

无积沙7676760.766mm110109109.51.095

基本覆

686767.50.6758mm1201181191.19

盖

2mm9397950.9512mm138139138.51.385

4mm768178.50.78510mm129128128.51.285

由表8可知。无积沙路面，纵向摩擦系数为0.76；基本

覆盖路面时，纵向摩擦系数为0.675；路面积沙4mm时，纵

向摩擦系数为0.785；路面积沙6mm时，纵向摩擦系数为1.09；

路面积沙8mm时，纵向摩擦系数为1.19；路面积沙10mm

时，纵向摩擦系数为1.28；路面积沙12mm时，纵向摩擦系

26

数为1.38。随着积沙从无到有，摩擦系数先降后升。值得注

意的是，在积沙厚度达到12mm时，纵向摩擦系数高达1.38。

这一极高数值进一步证实，在深沙环境中，阻碍车辆运动的

主导因素已完全从界面摩擦转变为沙粒层的内部剪切与推

移阻力。尽管数值上看似乎“摩擦力”很大，但这代表的是

车辆“陷车”的高风险，而非行驶过程中的安全性保障。

2.3微观尺度：三维纹理特征与抗滑性能的关联

随着对沥青道路表面三维纹理测试领域的不断深入研

究，诸多精密纹理扫描仪器被研发，如接触式表面轮廓仪、

光度立体三维重构技术、激光扫描技术等，前两种技术由于

受到操作、环境等因素的影响，致使与实际结果产生偏差，

故而本研究采用测量速度快、使用灵活、测量精度高的三维

激光扫描仪获取沥青路面纹理信息。

如图18所示，选用HEXAGON海克斯康的CereScan智

能灵动手持三维扫描仪获取测试表面的坐标信息。如图3-6

所示。

图18智能灵动手持三维扫描仪

选取沙漠环境沥青路段道路进行纹理扫描试验，积沙铺

设范围为30cm×30cm，积沙厚度选取无积沙、路面空隙的

25%、50%、75%、100%，积沙铺设参照摆式仪试验。如图

27

19所示。

(a)(b)(c)

图19铺设示意图

(a)无积沙；(b)50%；(c)100%

2.4积沙条件下三维纹理变化分析

对干燥条件下不同积沙厚度的沥青道路采集到的三维

纹理数据和横向力系数进行分析，借助Origin软件中的

CorrelationPlot相关性分析软件进行分析，相关性分析如图

20所示。

图20干燥积沙沥青路段三维纹理指标和横向力系数的相关性分析

由图3-9可知，横向力系数和三维纹理指标之间，SFC

和体积参数Vvv、特征参数Spd之间存在极强相关性，其相

关系数分别为-0.97、-0.84；与高度参数Sq、特征参数Spc

以及混合参数Sdq、Sdr之间存在较强相关性，其相关系数分

别为0.79、-0.73、0.75和0.74。选取上述相关性较高的参数，

其干燥条件下不同积沙量下的纹理指数如图21所示。

28

图21干燥条件下不同积沙厚度下的纹理参数

由图21可知，当路面由无积沙覆盖到覆盖率达到构造

深度的25%时，Sq降低16.90%，Vvv增加42.79%，Spd增加

55.77%，Spc增加142.95%，Sdq降低42.34%，Sdr降低51.21%；

当路面由无积沙覆盖到覆盖率达到构造深度的100%时，Sq

降低34.42%，Vvv增加144.71%，Spd增加83.50%，Spc增加

180.22%，Sdq降低56.72%，Sdr降低78.26%。Sq表示测量

范围内被测表面高度的均方根，用于表示测试区域的表面纹

理。随着风沙颗粒掺量的逐渐增加，路面空隙不断被积沙颗

粒占据，导致宏观结构减小。谷部的空隙容积Vvv表征负载

面积率p%的谷部的空隙容积，表征物体的润滑能力，数值

越大表示润滑能力越强，随着积沙厚度的增加，构造深度减

小，谷部空隙容积不断增加。Sdq表示区域内所有点斜率的

均方根，Sdr表示相对于定义区域的面积增加，随着厚度的

增加，最低点所处平面不断向峰顶点靠近，界面展开纹理面

29

积变小，扩展面积比变小。峰顶点密度Spd代表单位面积上

的峰值数量，峰顶点算术平均曲线Spc代表区域内峰值顶点

主曲率的算术平均值，随着积沙增加，扫描区域表面颗粒不

断增加，识别出更多峰顶点。

3.车辆稳定性模拟与参数确定

3.1货车在路面积沙条件行车风险预测

正交试验设计：聚焦影响货车弯道横向稳定性的关键因

素，选取路面摩擦系数（0.675、0.79等6个水平）、坡度（±

3%~±6%）、圆曲线半径（360m~480m）、超高（3%~5%）、

载重（5.5t~45t）、速度（70km/h~90km/h）6项因素，采用

极差分析法减少试验次数，探究各因素对LTR、侧向加速度、

制动距离的影响。

风险指标极差分析：

①LTR（侧翻风险）：影响因素优先级为载重>车速>圆曲

线半径>附着系数>超高>坡度，载重为首要影响因素，随载

重、速度增大LTR升高，随附着系数、圆曲线半径、超高增

大LTR降低（详细数据见表9，效应曲线见图22）；

表9货车LTR极差结果分析

圆曲线半径速度

指标分析指标坡度附着系数超高载重（t）

（m）（km/h）

K11.822.941.711.671.421.54

K21.932.471.631.362.092.62

LTR

K32.051.361.531.232.753.79

R182834253842

30

(a)(b)(c)

（d）（e）（f）

图22货车LTR影响因素效应曲线

（a）坡度效应曲线；（b）附着系数效应曲线；（c）圆曲线半径效应曲

线；（d）超高效应曲线；（e）速度效应曲线；（f）载重效应曲线

②侧向加速度：影响优先级为速度>圆曲线半径>载重>

附着系数>超高>坡度，速度为主要因素，随速度、载重增大

而升高，随附着系数、圆曲线半径增大而降低（详细数据见

表10，效应曲线见图23）；

表10货车侧向加速度极差结果分析

圆曲线半径速度

指标分析指标坡度附着系数超高载重（t）

（m）（km/h）

K17.2047.6629.1977.2657.3257.198

侧向加速度K27.2358.3488.2667.4478.2478.31

K37.3748.917.8567.6079.7469.81

31

R243244295238

(a)(b)(c)

（d）（e）（f）

图23货车侧向加速度影响因素效应曲线

（a）坡度效应曲线；（b）附着系数效应曲线；（c）圆曲线半径效

应曲线；（d）超高效应曲线；（e）速度效应曲线；（f）载重效应曲线

③制动距离：影响优先级为速度>附着系数>载重>坡度，

速度影响最大，制动距离与速度呈二次方增长，随附着系数

降低、载重和坡度增大而延长（详细数据见表11，效应曲线

见图24）。

表11货车侧向加速度极差结果分析

圆曲线半径速度

指标分析指标坡度附着系数超高载重（t）

（m）（km/h）

K17.2047.6629.1977.2657.3257.198

K27.2358.3488.2667.4478.2478.31

侧向加速度

K37.3748.917.8567.6079.7469.81

R243244295238

32

(a)(b)(c)

（d）（e）（f）

图24货车侧向加速度影响因素效应曲线

（a）坡度效应曲线；（b）附着系数效应曲线；（c）圆曲线半径效

应曲线；（d）超高效应曲线；（e）速度效应曲线；（f）载重效应曲线

（二）客车风险指标测试试验及分析

正交试验设计：结合客车质心高、载重变化小的特点，

稳定性分析选取坡度、附着系数、圆曲线半径、超高、速度、

质心高度6项影响因素；制动距离分析选取坡度、附着系数、

质心高度、速度4项因素，采用正交试验与极差分析法开展

研究。

风险指标极差分析：

①LTR（侧翻风险）：影响优先级为速度>圆曲线半径>

质心高度>附着系数>超高>坡度，质心高度影响显著，质心

越高LTR越大，速度、圆曲线半径等因素影响规律与货车一

致（详细数据见表12，效应曲线见图25）；

表12客车LTR极差结果分析

指标分析指标坡度附着系数圆曲线半径超高速度质心高度

33

（m）（km/h）（mm）

K12.4834.0743.8572.5722.7682.128

K22.3973.5362.8712.6993.5033.36

LTR

K32.233.1322.6822.7594.1393.92

R162544184936

（a）（b）（c）

（d）（e）（f）

图25客车LTR影响因素效应曲线图

（a）坡度效应曲线；（b）附着系数效应曲线；（c）圆曲线半径效

应曲线；（d）超高效应曲线；（e）速度效应曲线；（f）载重效应曲线

②侧向加速度：影响优先级与LTR一致，速度为首要因

素，质心高度升高会增大侧向加速度（详细数据见表3-20，

效应曲线见图3-30）；

表13客车侧向加速度极差结果分析

圆曲线半径速度质心高度

指标分析指标坡度附着系数超高

（m）（km/h）（mm）

侧向加速K18.3048.0628.8568.2657.3258.698

34

度K28.2358.3488.2668.1478.2478.31

K38.1748.918.1978.079.7468.11

R243244295238

(a)(b)(c)

(d)(e)(f)

图26客车侧向加速度影响因素效应曲线

（a）坡度效应曲线；（b）附着系数效应曲线；（c）圆曲线半径效

应曲线；（d）超高效应曲线；（e）速度效应曲线；（f）载重效应曲线

③制动距离：影响优先级为速度>附着系数>坡度>质心

高度，质心高度影响不显著，速度、附着系数、坡度的影响

规律与货车一致（详细数据见表14，效应曲线见图27）。

表14客车制动距离极差结果分析

指标分析指标坡度附着系数速度（km/h）质心高度（mm）

K180.949140.56381.94893.234

K285.597121.469114.33495.644

制动距离

K392.2594.737149.51497.33

R32889635

35

（a）