什么是水膜效应？

要让道路使用者能够停止或驾驶车辆，车辆轮胎必须抓地。抓地通过在轮胎与路面最上层微粒接触的区域中产生摩擦来实现。如果可用的摩擦不足以抵抗加速度、刹车或转弯操作产生的力，轮胎可能会滑过路面。在干燥条件下，支持大多数正常操作的情况通常会产生表面摩擦，但路面潮湿或被淹没时可用摩擦的程度会降低。

轮胎胎面与压力、路面与几何图形、车速与水面深度等因素影响轮胎与路面的有效横向和纵向摩擦。当失去抓地力或牵引力时，移动车辆要么打滑，要么发生水膜效应，二者都是重大的驾驶危险。水膜效应最不为人知，但也是最危险的情况。

需要检查的潜在问题区域

超高发展区域可能会导致问题，尤其是纵向坡度相对平坦的地区。通往汇合点（如环形交叉口）的道路也可能是问题区域，尤其是因为车辆在高速行驶时刹车。

另一个可能造成问题的区域是上下坡道，其中穿过通行车道、分道角区和坡道的额外路面宽度可能导致流动路径极长。

工作流

开始之前

水膜效应分析的结果是增量地形模型和流线。增量地形模型中的高程是计算水深的高程，这些高程通常非常小，大约几毫米或一英寸的零头，它们均从 0 开始。因此，建议您在使用“水膜效应”之前创建一个新的 DGN，并在路面地形模型中参考。这样一来，DGN 中元素的高程范围将是增量地形模型的高程，别无其他。这意味着主题显示可用于有效地显示水深变化。

如果 DGN 包含其他元素（如路面），则高程范围将为零（最小水深）到路面的最大高程。

“水膜效应”命令会提示您选择路面地形模型。为了避免进行不必要的处理，必须限制此地形模型，使其仅覆盖路面，而不覆盖道路边缘特征，如路缘、人行道、边界等等。

这同样适用于双车道或分车道公路的中线或中央保护区。例如，如果中线对明渠建模，这可能会导致沿其反向产生长流线，使水膜深度高到无法接受。在这种情况下，最好创建两个单独的地形模型，分别用于道路两边。

1. 水膜深度计算。

   该工具提供了两个供选择的公式来计算水膜深度。

   Gallaway

   

   其中

   D 为路面纹理顶部以上的水膜深度 (mm)。

   T 为平均路面纹理深度 (mm)（请参阅“纹理深度”部分）。

   L 为排水径长度 (m)（请参阅“排水径”部分）。

   I 为降雨强度 (mm/h)（请参阅“降雨强度”部分）。

   S 为排水径坡度 (%)（请参阅“排水径”部分）。

2. 道路研究实验室

   

   其中

   d 为流动路径终点的流动深度 (mm)

   l_f 为流动路径的长度 (m)

   I 为降雨强度 (mm/hr)

   S_f 为流动路径的坡度

   请注意，完成分析之后，可以更改用于单条流线的公式。为此，您需要显示包含增量地形模型和流线的三维模型。在此模型中，您可以选择流线并在“属性”对话框中更改其使用的公式。这样做将自动更新增量地形模型。

   坡度

   用于计算水膜深度的坡度可以是流线上的每对点之间的瞬时坡度，也可以是“等面积坡度”，计算如下：

   • 用此面积除以流线长度，然后乘以 2。
     • 由此计算得出等面积三角形的纵坐标 = 等面积纵坐标。
   • 绘制这个新的纵坐标（在流动路径的最高点）并将其连接回分析点。
   • 计算这条线的斜率（等面积坡度）。
   

   （来自 Austroads 道路设计指南第 5A 部分）

   上图显示了包含几个分段的流动路径上的“等面积坡度”。

   报告

   为所选流线提供报告。要创建报告，请执行以下操作：

   • 选择流线。
   • 单击上下文相关菜单中的“创建流线报告 (Create Flow Line Report)”图标。将打开报表浏览器。
   • 展开“土木几何”。
   • 选择 Aquaplaning.xsl。

   此样式表显示相关信息，例如，薄膜深度、坡度、沿流线的距离和高程。