1、路面損壞的預測模型16. 1耐用性能的說明和路面損壞預測耐用性能這個概念（如八章所述）自二十世紀六十年代以來已成為路面技術 中有價值且重要的部分，依據PSI或RSI與期齡或集中軸載的應用相對的好的預 測路面性能模型的發展，已成為路面工程師的抗戰。自從卡里一一依瑞克對耐用性能概念發展以來， 盡管耐用性能早已形成為精 確定義，但在路面領域內，耐用性能這術語用得較籠統。主要原因在于日常生活 它含意很普遍。因此，在實際工作者和研究者中，人們已習慣于使用它的替換詞 如損壞或破壞。需預測的參數和必要條件為估計路網中某些路段的服務年限， 就有必要預測標準中已建立的那些量值 的變化率。另外，也許還期望能預測某

2、量值組成部分的變化率，如預測路表損壞的開裂部分的變化，以期評價維護需求。圖16. 1說明損壞預測模型怎樣用來預測已有路面的未來損壞以及在重修年限內的比較方案圖16. 1簡要說明了路面損壞測怎樣應用于評定已有路段未來損干活 需維 修年限。并且也說明預測模型在維修年限中重建方案中比選中的應用。 任何預測 模型在DO Her 80 0 中已敘述過的基本必要條件，包括下如幾點：1充足的數據庫2 包含影響路面損壞所有重量變量3謹慎選擇代表實際情況的預測模型形式4評價模型精度標準16. 3基本預測模型與示例基于以經工作IYHon 87 Mahoney 90所建議的預測模型分類主要列于 表16. 1中。考慮

3、到路網級和項目級的路面管理， 預測模型又分為兩種基本類型： 確定型和概率型，確定型模型包括基本反應，結構性能，功能性能和破壞型等。 概率模型包括殘有曲線，轉夠概率模型等。表16. 1預測模型的分類模型類型概率型路面管理 系統級別基本反應結構功能破壞殘后曲線轉移過程模型彎沉應力應義 4啾壞 咄各面 味件*PSI吸全*效 軸載馬爾 可夫半馬 爾可 夫國家級 州國級地區網級項目級固不同工作目的，可由表16. 1中所列的分解類型歸并為四種基本類型如下；1能力學模型，基于基本響應（使用）參數，如應力，應變，撓度等。2 力學經驗模型，通過回歸方程建立路面響應參數與測待的結構性能或功 能性能損壞（如彎沉，不

4、平整度）關系。3 回歸模型一一由觀察，或測量所得的結構性能或功能性能損壞的相關變 量與其他一個或更多獨立變量如路基強度，軸載分布，路面厚度，性質和環境因素以及它們之間的相互作用發生關系。4 主觀模型一一應用轉移過程模型捕捉經驗成為正式的方法，如建立路面 損壞預測模型。因為路面工程師不會僅僅應用主要或基本的響應參數所以第一類模型一一 能力學模型還沒有得到發展，它們僅僅在與其他模型中的路面破壞或路面性質聯 系起來才有用處。因此，力學經驗，路面損壞模型的建模（如設計路面罩層的模型）方法得到發展。克勞茲提供了一個很好的例子，他研究了 63個柔性路面試驗 段，把線彈性當作路面材料的一個基本的本構關系 Q

5、ueiroz 82。計算的響應 包括路表撓度，瀝青層底部的水平張力，應變和應變能基層上部的垂直壓應力和 應變。通過回歸分析建立這些響應與路面不平整度和開裂聯系，人們已做了許多嘗試。例如，推演出以下路面不平整度的預測方程（參見，圖16. 2的方程曲線）圖16. 2力學經驗模型對平整度的預測Log（QI）=1.297+9.22 X10-3 AGZ+9 .08 - 10 -2 S T-7.03 - 1 0 -2 RH+5.57-10-4SENILogN （161）其中：QI不平整度（1/4小汽車指標，次/ km）AGF 路面齡期（年）ST 一一路表類型虛擬變量（Q在建路時為0）,鋪裝完路時為1）RH

6、 重建指標狀態（在建路時為0,鋪裝路為1）SEN1 瀝青層底部應變能（10-4kgfcm）N 累積等效單軸荷載（ESAL）方程16. 1的相關系數的平方（R2）為0.52 ,殘差的標準誤差為0.11。另外一預測方程包含了開裂參數，如下a vei Q 83。CR=-8.70+0.0258HSTLogN+1.006- 1 0 -9HSFIN （16-2）其中：CR-路面開裂面積百分比HST 瀝青層底部的水平張力（kgf/sqcm）其相關系數平方（R2）為0.54,殘差的標準誤差為15.4。第三種類型一一直接回歸模型，個別應用需要長期數據庫的情況。例如： 25 年以上的關于路面的不平整度，表面破壞，

7、交通，撓度和其他因素，數據就用損 壞模型的推演中口，以下為常規粒料基層路面模型（方程曲線如圖16. 4）RCI=-5.998+6.870 ln（RCI b） 0 . 1 6 2 in （AGEE+ 1）+0.185 - AGE - 0.0 8 4- AGE- ln（RCI b） 0.93 - AGE（ 1 6 - 3 ）其中：RCI行駛舒適指數（01 0 ）RCIb以前的RCIAGE 齡期（年）AGE 4年（對方程16-3,也可以1, 2, 3, 4年）該方程的相關系數平方值（R2）為0.84，估計算準誤差為0.38 ,而考慮了許 多變量，如以ESALSI示交通，氣候區，土基類型以及他變量，在

8、方程 163中發現僅僅只有路面齡期。AGEffi RCIb為有意義統計量。它是一種遞歸回歸模型。 可能的原因是設計路面時交環境破壞因素放在第一位考慮而將路段結構設計的 較厚，而不單是交通需要。圖16. 3回歸模型進行開裂預測（Quein 83）相似地,華盛頓州J ackson 9 在長期路面性能數推演出了如下形式的方程。PCR=C-mPA其中：PCR-路況定級，0-100L 100m 傾斜系數A 路面齡期，以年計p 決定典型形狀的常量圖16. 4方程16. 3的使用性能預測表16. 2提供的例子列舉了標準或約 定的性能曲線。是在華盛頓州對不同路面設計或類型應用方程16. 4而得到的。捕捉地方工

9、程師及專家的主觀經驗即第四種類型的方法為路面管理系統發 展創造性能模型的極好的手段。而以馬爾可夫過程為基礎的逐步轉移過渡概率技 術很適合于目的Fenn 74, Smith 74, karn74 。在馬爾可夫過程中，模型元 素如路面的未來狀態不僅根據元素的現狀，來預估。條件量值定義了元素的狀態，對路面來說，條件量值包括不平整度或服務功 能，路面條件指數式路表開裂百分率以及滑留數。出于建模的目的，將狀態定義在條件量值的在之內。表16. 3表明了應分別用兩個條件量值的之彼值可得到九 種條件狀態。表中數字代表不同的條件狀態。例如，條件狀態與對應中等開裂和不平整度 水平。轉移概率矩陣定義了強面的初始條件

10、狀態轉變為將來某種條件狀態的概 率。表16. 4是16. 3中九種條件狀態的過渡概率矩陣示例。如表 16. 4所示， 大部分路面從第一年到第二年仍保持在相同的條件狀態。例如，根據表 16. 4, 處于條件狀態的路面一年之后仍得持狀態的概率為0.92。過渡概率矩陣的要求之一便是每行值之和必須等于1.0。正式的訪問方法，如戴爾菲法，可用來發展 過渡概率矩陣。請求專家盡他們的最大能力來確定路面在時期內從一種條件狀態 轉變為未來其他條件狀態的概率。因為馬爾可夫過程僅根據現狀條件狀態預估未來條件狀態，所以其他影響路面性能的因素可通過給影響路面耐用特性的聯合因素定義過渡矩陣來處理。1 路面類型2 路面厚度

11、3 交通流量或荷載4 基層類型或強度5 環境和地區影響例如，某一馬爾可夫過程的應用使用了兩個級別的路表厚度，3個級別的交通量，兩個級別的強度。共有 2X3X2或12種組合Turay 9。因此，此應用 需要12個過渡概率矩陣，而且僅限于一種路面類型和環境，過渡概率矩陣經過 幾項相乘推演便可得到如圖16. 5所示的使用Tt能曲線Turay 91 。馬爾可夫過程模型具有幾個優點，包括以正式化的手段通過捕捉地方工程師 的經驗直接標定模型，不需任何歷史數據資料便可推演路面耐用性能曲線。 另外, 路面管理系統建立幾年之后，仍能通過應用現場采集數據標定模型 Turay 92 < 該方法的不足處在于需對每個影響路面耐用性能的聯合因素建立轉移概率矩陣。 另外，因為只根據現狀預估未來狀態，所以路面歷史就很難包括馬爾可夫過程中， 阿里茲那運輸部利用開裂變化率作為條件狀態因素