路面摩擦学性能对道路安全和社会经济有着重要的影响，轮胎与路面摩擦的作用机制复杂，是一个广泛的固液多相间的物理化学和力学过程，影响因素众多，在不同尺度下表现出不同的行为特征，缺乏对其机理的研究。 本研究依据纳米摩擦学、表面界面科学、岩石力学等理论基础，结合微宏观表面模拟分析技术，在不同尺度上开展沥青路面摩擦磨损性能仿真及试验研究，对路面摩擦学性能的行为特征、作用、机理和影响因素等进行分析，为沥青路面摩擦磨损性能的性能评估和寿命预测提供了有效的研究手段。 首先采用分子动力学模拟方法，确定了轮胎与路面摩擦接触模型的初始结构——二氧化硅为固定基底和异戊二烯为匀速滑动单链结构。对轮胎与路面间的微观摩擦学性能进行模拟分析。本文主要对摩擦学性能主要参数摩擦系数进行研究，分析速度、温度与摩擦系数之间的关系。模拟结果显示，摩擦系数随着速度的增大而减小，且与温度之间存在峰值关系。轮胎与路面的微观摩擦不仅与表面势能相关还和异戊二烯分子形态有关。 然后使用非接触式光学表面轮廓仪采集不同集料的表面微观构造形貌，计算多种反映表面形貌不同方面特征的参数，通过这些参数检验不同集料间的表面微观构造差异性，并测量不同集料表面的抗滑性能，对集料表面的微观构造特征与抗滑性能的演化进行关联分析，建立集料微观构造特征与抗滑性能的评价模型。 最后使用三角激光扫描技术对沥青路面表面宏观构造进行三维重构，针对现有的路面表面宏观构造特征参数无法表征路面构造的三维分布形态的问题，提出一种新的三维表征方法，能够可视化的展示路面宏观构造的分布密度，并通过计算，准确反映宏观构造随构造深度的变化情况。在路面三维数值模型基础上建立轮胎-路面接触模型，结合数值模拟的方法分析路面集料宏观尺度下的磨损退化规律。 2100433B

良好的路面摩擦学性能是保障行车安全的前提条件，对社会经济有着重要的影响。我国公路发展历程不长，对于路面摩擦学性能演化规律认识不足，缺乏对多种因素不同演化模式的综合分析，通车后路面摩擦学性能随着车辆磨耗衰减很快。因此本研究首先在纳米尺度上解析轮胎和沥青路面的微观构造和表面特性，建立三维单体模型和整体接触模型，从本质上解析胎/路界面物理、化学和热力学特性；然后基于纳米摩擦学原理，考虑轮胎和沥青路面表面构造、荷载和环境的耦合作用，对胎/路界面摩擦磨损性能进行分子动力学模拟分析，从原子、分子尺度揭示界面摩擦、磨损和润滑等摩擦学行为的力学响应特征；最后进行多场耦合作用下沥青路面摩擦磨损性能演化的分子动力学模拟，探索材料微观性能变化与宏观结构损伤间的联系，研究沥青路面摩擦磨损性能演化规律及衰减机理，建立摩擦磨损寿命预测模型。从而为高速公路沥青路面的摩擦磨损性能评估和寿命预测提供有效的研究手段。

本项目通过三年的研究工作，已完成项目计划内容，并取得了一系列研究成果。 本项目从汶川地震收集的山岭隧道震害资料出发，统计分析了汶川地震中山岭隧道的震害资料，提出了山岭隧道抗震风险层次分析模型，深入调查了受损隧道的地质构造情况，研究了跨断层隧道的震害特征，并系统描述了跨断层隧道的震害形态。 通过断层活动与地震耦合作用下隧道—断层体系的灾变机理研究，提出了采用损伤指标和能量指标分析隧道—断层体系的非线性反应，建立起基于损伤指标和能量指标的隧道—断层体系的安全性评价体系。并提出了在隧道断层处设置结构构造的措施。 根据穿越活动断层隧道的地震动力响应特性，分析了不同影响因素下隧道纵向抗震设防长度，数值模拟结合振动台试验，提出了分级量化指标。根据震害调查分析及模拟结果，对断层区隧道的抗震设防进行了分段，根据不同位置制定了不同的对策措施，并且通过现场测试验证，修改完善了设防体系，最终提出了跨断层隧道抗震设防应用性设计参数。 发表学术论文10篇，其中SCI收录2篇，EI收录7篇，部分研究成果发表在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》（SCI收录）、《Disaster Advances》（SCI收录）、《中南大学学报（自然科学版）》(EI收录)、计算力学学报学报(EI收录)、土木工程学报(EI收录)及《现代隧道技术》(EI收录)等国内外期刊上。另外，发表学术专著一部，并获得大连市人民政府资助出版。 2100433B

一般认为洞口段是隧道抗震的薄弱部位，但是5.12汶川地震隧道震害调查发现不少隧道洞身段也发生开裂破坏，甚至倒塌。究其原因，主要是这些隧道穿越地层条件多为断层破碎带。项目以西部高烈度地震区和活动断裂区若干隧道工程为研究对象，从隧道动力学、地震工程学及地质学等学科基础理论出发，结合汶川地震跨断层隧道震害调查资料，采用地震模拟振动台试验和三维数值模拟相结合的研究方法，系统研究地震与活动断层耦合作用下隧道-围岩-断层系统的灾变机理与控制对策。包括引入损伤理论和能量原理建立隧道抗震安全性评价方法；提出隧道采用柔性接头形式穿越活动断层，综合考虑柔性接头的可蠕动性与抗震性耦合技术，实现隧道正常使用阶段的安全性与地震发生时的大变形吸能能力的合理均衡。项目预期将建立隧道安全性评价理论、方法以及灾害控制对策。项目的研究对于深入揭示活动断层区隧道地震破坏机理具有重要意义，为隧道抗震设计提供科学依据。

我国潮湿山区公路路面冬季易形成凝冰，大气水分在凝冰上凝结的水膜使得路表完全丧失摩擦力，路面原有抗滑措施几乎失效，轮胎和路面间摩擦系数迅速降低，尤其在弯道、隧道出入口、长大纵坡等特殊高危路段，容易导致车辆行驶过程中产生滑移，危及行车安全。本项目拟通过室内小型模型试验实测轮胎与凝冰路面间摩擦力分布规律，考虑轮胎路面间非完全接触状态的瞬态耦合作用，求解车辆悬架和路面的不平度引起的车身对轮胎的真实动荷载作用，建立车辆与路面瞬态接触摩擦动力学数值分析模型，研究凝冰路面上车辆滑移时轮胎路面间相互作用受力特性和影响路面抗滑性能的力学响应指标，分析凝冰条件下高危路段沥青路面抗滑力学机理，根据力学分析结果和路面摩擦力实测结果建立路面抗滑性能衰减模型，为提高凝冰路面抗滑性能和我国抗滑沥青路面设计方法修订奠定基础。