不良氣象微環(huán)境對機場道面抗滑性能影響分析*

邢小亮 王孝存 張 昱 高立曉 樊兆董

（1.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室 上海201804；2.華設(shè)設(shè)計集團北京民航設(shè)計研究院有限公司 北京 101318；3.民航機場安全與運行工程技術(shù)研究中心 北京 101318；4.山東省交通科學研究院 濟南 250031；5.山東省路域安全與應急保障交通運輸行業(yè)重點實驗室 濟南 250102）

0 引 言

近幾年，瀝青混凝土機場道面和舊水泥混凝土道面加鋪瀝青層在國內(nèi)外各大型民用及軍用機場中得到了廣泛應用[1-2]。瀝青道面抗滑性能受區(qū)域宏觀氣象環(huán)境的作用影響較大，不良氣象環(huán)境造成的道面積水、結(jié)冰、能見度低等狀況，嚴重影響機場區(qū)域交通安全運營[3-4]。惡劣天氣對機場道面與場道飛機、車輛所構(gòu)成微環(huán)境的“滲透”作用是導致道面抗滑性能降低的主要誘因。因此，對不良氣象微環(huán)境作用下的機場道面抗滑性能影響研究是必要的。

國內(nèi)外學者針對機場道面抗滑性能及安全性能方面做了大量的研究。在水泥混凝土道面方面，Ahammed等[4]認為水泥混凝土道面摩擦力對環(huán)境溫度的敏感性較低，通過建立紋理類型、速度等與抗壓強度之間的關(guān)系，提出5種用于預測混凝土路面長期抗滑性能的模型。葛東華等[5]認為機場道面摩擦系數(shù)隨平均紋理深度的增加而非線性增大；摩擦系數(shù)不僅與平均紋理深度有關(guān)，還受表面紋理特征的影響。楊慧等[6]研究了民用和軍用機場水泥混凝土道面紋理深度、特征及工藝對道面摩擦系數(shù)的影響，并提出了相應的處置方法和控制指標。Rado等[7-8]應用頻率普函數(shù)與功率譜函數(shù)對機場道面宏觀紋理構(gòu)造特征與摩擦系數(shù)進行了定性描述。Fernandes等[9]以交通事故數(shù)據(jù)和摩擦系數(shù)為基礎(chǔ)，提出1種基于安全性和抗滑性能的評價方法，并論證了該方法的適用性。趙方冉等[10-11]基于水泥混凝土道面構(gòu)造特征參數(shù)化分析，提出舊道面抗滑性能定量分析模型。由于瀝青混凝土加鋪改造的在民用和軍用機場的廣泛應用，部分學者針對瀝青混凝土道面上進行了相關(guān)研究。EI-Desouky等[12]開發(fā)了1種瀝青混凝土道面在溫度變化下的抗滑性能模型，首次將低于冰點的溫度納入到瀝青道面抗滑模型和校正模型。錢振東等[13]提出基于新型環(huán)氧瀝青混凝土的高性能瀝青混凝土道面，并驗證了荷載作用下與傳統(tǒng)機場瀝青混凝土道面在抵抗結(jié)構(gòu)永久變形能力上的優(yōu)越性。冉武平等[14]基于加速加載試驗論證了環(huán)氧瀝青道面在力學性能、高溫穩(wěn)定性和抗車轍變形能力方面的優(yōu)勢。馬翔等[15]綜合論證了瀝青混凝土與水泥混凝土復合式機場道面結(jié)構(gòu)參數(shù)對荷載應力影響，并提出了復合式機場道面結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中優(yōu)化改進建議。許奕杰等[16]提出自編碼長短時記憶（AE-LSTM）網(wǎng)絡(luò)模型，較好的降低了惡劣氣象條件下機場周界入侵報警系統(tǒng)的誤報率。劉芳等[17]提出了基于性能等級（performance grade，PG）值的瀝青混凝土道面抗老化性能預測模型，認為PG上限溫度值可作為評價瀝青道面抗老化性能指標。凌建明等[18]建立了瀝青混凝土道面平整度指數(shù)（IRI）與累計交通量、IRI-PCI關(guān)系，并提出了能夠準確預測道面剩余使用壽命的PCI預測模型。

綜上可知，在機場道面抗滑性能及安全性研究方面，國內(nèi)外學者較多集中在水泥混凝土道面紋理結(jié)構(gòu)、特征、構(gòu)造深度等對表面抗滑性能影響上，建立了較為完善的道面抗滑性能評價及預測模型。由于瀝青混凝土道面加鋪工藝的推廣和應用，部分學者針對受溫度影響較大的瀝青混凝土道面材料溫變、結(jié)構(gòu)應變、抗老化，以及使用壽命等方面進行了深入研究，而相關(guān)研究主要側(cè)重材料試驗性能和結(jié)構(gòu)變形方面。外部的宏觀氣象環(huán)境直接影響機場道面所處微觀環(huán)境溫度，微環(huán)境的溫變效應作為道面表面抗滑性能衰變的重要因素，間接導致飛機、場道車輛等發(fā)生側(cè)翻、滑移等安全事故。然而，既有綜合不良氣象環(huán)境與瀝青混凝土道面的研究較多關(guān)注的是宏觀惡劣氣象條件的預測預警上，對氣象環(huán)境與機場道面間的作用機理研究深度不夠。尤其是對直接影響機場區(qū)域交通安全的道面抗滑性能的耦合作用及預測研究較少。

鑒于此，筆者首先從微觀角度解析了氣象微環(huán)境對道面表面作用機理。然后根據(jù)道面水成分的形態(tài)變化過程，通過環(huán)境模擬艙室內(nèi)結(jié)冰試驗，研究不同氣象微環(huán)境與道面摩擦系數(shù)間的耦合關(guān)系，并以此建立其對道面抗滑性能影響作用關(guān)系模型，為研究不良氣象條件下的機場道面交通安全運營預警技術(shù)提供可靠依據(jù)。

1 氣象微環(huán)境作用機理分析

涉及機場道面區(qū)域不良氣象環(huán)境條件主要有雨、雪、霧等天氣。外部區(qū)域氣象環(huán)境變化對機場道面的影響，并不是獨立影響人-車-路-環(huán)境系統(tǒng)的某個系統(tǒng)單元，而是對道面接觸局部區(qū)域氣象微環(huán)境與各系統(tǒng)單元產(chǎn)生綜合性的耦合影響作用。摩擦系數(shù)是表征道面表面抗滑性能變化的常用指標，間接反映氣象微環(huán)境對機場道面的使用質(zhì)量的作用影響。

受微環(huán)境溫度影響，水的形態(tài)是1個由氣態(tài)到液態(tài)，并由液態(tài)到結(jié)晶固態(tài)的過程。對應機場道面可歸結(jié)為受微環(huán)境溫度影響道面表面水分子由游離氣態(tài)到流體液態(tài)，直至結(jié)晶，并通過荷載作用形成冰的物理變化過程，見圖1（a）。因此，機場道面氣象微環(huán)境影響分析可根據(jù)水的存在形式分為干燥、水膜、積雪、結(jié)冰4種狀態(tài)，見圖1（b）。

圖1 不同氣象微環(huán)境下機場道面水的存在形式Fig.1 Existence forms of airport pavement water under different meteorological micro environments

機場道面結(jié)冰囊括了水由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，直至結(jié)晶固態(tài)的整個物理過程，其他形態(tài)包含在水成分結(jié)晶并形成冰層的過程中。因此，本文通過室內(nèi)環(huán)境艙模擬結(jié)冰試驗，研究氣象微環(huán)境影響下道面表面摩擦系數(shù)變化，探究不良氣象微環(huán)境對機場道面抗滑性能影響規(guī)律。

2 室內(nèi)環(huán)境模擬試驗

2.1 試驗設(shè)備

本試驗利用山東省交通科學研究院路域環(huán)境氣象災害模擬實驗系統(tǒng)（見圖2），通過調(diào)整環(huán)境模擬艙狀態(tài)參數(shù)展開結(jié)冰對機場道面抗滑性能室內(nèi)試驗研究。該系統(tǒng)可通過控制系統(tǒng)調(diào)整環(huán)境艙內(nèi)溫度對冰、雪、雨、霧等多種惡劣交通氣象環(huán)境進行多參數(shù)耦合作用環(huán)境實驗模擬，溫度調(diào)節(jié)范圍為-30～60℃。

圖2 路域環(huán)境模擬實驗系統(tǒng)Fig.2 Road domain environment simulation experiment system

試驗主要采用T2GO便攜式連續(xù)摩擦系數(shù)測定儀測試路面的摩擦系數(shù)，見圖3（a）。該設(shè)備能有效地模擬車輪剎車的真實過程，可連續(xù)采集路面的摩擦系數(shù)、環(huán)境溫度和濕度等參數(shù)。試驗過程中通過維薩拉遙感道面狀態(tài)傳感器DSC111監(jiān)測冰層、水膜厚度，見圖3（b）。設(shè)備可分別檢測水和冰的狀態(tài)，檢測厚度范圍為0～99 mm，檢測精度為0.01 mm。

圖3 試驗設(shè)備Fig.3 Test equipment

2.2 試驗設(shè)計

根據(jù)研究需求及道面結(jié)冰過程中水分的存在形式，將道面分為雪泥道面、積雪道面、結(jié)冰道面3種。其中雪泥狀態(tài)道面又分為薄冰+水混合道面和厚冰+水混合道面。根據(jù)冰層有無完全掩蓋路表的宏觀紋理，又將結(jié)冰道面細分為薄冰道面和厚冰道面。

路表的特征會直接影響輪胎與路面之間摩擦力的產(chǎn)生機理，因此在環(huán)境艙內(nèi)模擬冬季惡劣天氣條件下真實的路表狀態(tài)，然后測定路面的摩擦系數(shù)并研究其衰變的規(guī)律。

1）試驗方法。將環(huán)境艙內(nèi)的試驗路段沿寬度方向分為3段，每段寬度為1 m，長度為7 m。首先在每段路面上選取3個測試點（間距2 m），在常溫下測定測試點的構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)，然后模擬降雪和結(jié)冰現(xiàn)象，依次開展試驗。

在摩擦系數(shù)測試過程中，先用擺式摩擦系數(shù)測定儀測試路面的摩擦系數(shù)，每個測試位置平行測定3點；然后用T2GO測試路面的摩擦系數(shù)，要保證擺式儀的測試位置位于T2GO的車輪軌跡上。

2）試驗設(shè)置。選擇冰層厚度、積雪厚度、水膜厚度和路表溫度作為試驗的控制因素。結(jié)合機場區(qū)域氣候變化及實際情況，確定結(jié)冰路面的溫度控制范圍為0～-15℃，其中，0～-10℃的溫度梯度為1℃，-10～-15℃之間在-13℃和-15℃這2個溫度下進行實驗；冰水混合物路面的溫度控制在-6℃，以保證在測試過程中冰面盡可能少的融化；積雪路面的溫度控制范圍為-5，-10，-15℃；雪泥路面的測試溫度控制在-6℃；冰面積雪路面的測試溫度為-5，-10，-15℃。試驗控制因素匯總見表1。

表1 試驗控制因素Tab.1 Control factors of the test

3 結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.1 干燥道面

通過調(diào)整試驗環(huán)境艙內(nèi)溫度變化，得到干燥路面狀態(tài)下道面溫度與摩擦系數(shù)變化信息，見圖4和表2。

表2 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計Tab.2 Test data statistics

圖4 干燥狀態(tài)道面摩擦系數(shù)隨環(huán)境溫度變化Fig.4 Variation of friction coefficient of dry pavement with ambient temperature

由試驗結(jié)果分析可知，當?shù)烂姹砻鏌o冰層或水膜覆蓋時，道面摩擦系數(shù)隨所處微環(huán)境溫度變化不大；摩擦系數(shù)維持在0.58～0.72范圍。此時，機場道面抗滑性能和行駛狀況較好，飛機及各種場道作業(yè)車輛在道面能夠正常運行，不易發(fā)生滑移、側(cè)翻等極易引發(fā)機場區(qū)域交通安全事故的隱患。同時，此道面狀態(tài)可作為后續(xù)各種不利氣象微環(huán)境道面技術(shù)狀況的比對工況。

3.2 雪泥道面

機場道面的雪泥狀態(tài)表示表面水成分不僅包含冰層和水膜2種形態(tài)，同時存在少量厚度的未融化的浮雪。因此，根據(jù)道面水成分的存在形態(tài)及厚度分為薄冰+水混合和厚冰+水混合道面，該狀態(tài)下不僅具有道面結(jié)冰特征，且在冰層上方覆蓋雪層和部分融化的水分形成的水膜，見圖5。

圖5 雪泥道面Fig.5 Snow-mud pavement

試驗過程中，將環(huán)境溫度依次設(shè)為-15，-10，-5，0℃，實時監(jiān)測水膜、冰層、積雪厚度，并進行摩擦系數(shù)的測定。同時檢測路表溫度，當路表溫度每上升1℃，測試1次摩擦系數(shù)。導出維薩拉中對水膜、積雪和冰層的監(jiān)測數(shù)據(jù)。在剔除異常數(shù)據(jù)后，分析得到三者與摩擦系數(shù)關(guān)系，見圖6（a）；由于試驗溫度的降低，表面的浮雪基本融化，此時表面僅存在冰層和水膜2種狀態(tài)。在剔除試驗異常數(shù)據(jù)后，得到厚冰+水混合道面水膜和冰層厚度與摩擦系數(shù)變化，見圖6（b）。

圖6 雪泥道面厚度與摩擦系數(shù)變化Fig.6 Variation of thickness and friction coefficient of snow-mud pavement

由數(shù)據(jù)分析可知，薄冰+水混合機場道面隨水膜、冰層、積雪厚度的增加摩擦系數(shù)均呈下降趨勢，摩擦系數(shù)集中在0.31左右，這說明薄冰+水混合道面狀態(tài)對行駛穩(wěn)定性影響較大。其中，冰層厚度由0.18 cm降到0.02 cm時，道面摩擦系數(shù)由0.2上升至0.64，此時道面抗滑性能狀況明顯改善，車輛行駛穩(wěn)定性提升；厚冰+冰水混合道面摩擦系數(shù)均值在0.16以下，并隨冰層厚度的增加逐漸降低。冰層厚度的增加對摩擦系數(shù)的衰變影響比較明顯，此狀態(tài)下厚冰+水混合道面上行駛穩(wěn)定性和安全性較薄冰+水道面更差，極易出現(xiàn)打滑或側(cè)翻的危險，跑道、停機坪等道面上車輛或飛機輪轂與接觸面附著力較小，不宜機場區(qū)域機動設(shè)施正常營運。

3.3 積雪道面

將環(huán)境艙內(nèi)的溫度設(shè)為-25℃進行溫度控制，當艙內(nèi)溫度低于-22℃時開始降雪。將環(huán)境艙內(nèi)的溫度依次設(shè)為-15，-10，-5℃進行摩擦系數(shù)測定。當?shù)烂娉霈F(xiàn)積雪，見圖7，且在無荷載作用下道面積雪融化完成，積雪層厚度穩(wěn)定時，調(diào)整環(huán)境艙內(nèi)溫度參數(shù)梯度，分別測定不同積雪厚度對摩擦系數(shù)的影響。

圖7 積雪道面Fig.7 Snow pavement

通過分析測得實驗數(shù)據(jù)，可以得到道面積雪厚度與摩擦系數(shù)關(guān)系，見圖8。

圖8 積雪厚度與摩擦系數(shù)變化Fig.8 Variation of snow thickness and friction coefficient

從二者變化規(guī)律可知，積雪狀態(tài)道面的摩擦系數(shù)均值在0.43左右，厚度增加造成摩擦系數(shù)出現(xiàn)整體下降趨勢，且在積雪厚度達到0.6 cm左右時，道面摩擦系數(shù)由0.46驟降至0.37。分析其原因可能是由于試驗過程荷載作用，部分積雪逐漸被壓實，表面形成較為光滑的結(jié)構(gòu)面，導致道面的摩擦系數(shù)驟降。結(jié)合前述試驗分析結(jié)果可知，積雪道面雖然仍不滿足基本使用表面抗滑性能要求，但其道面的摩擦系數(shù)要優(yōu)于雪泥狀態(tài)道面。

3.4 結(jié)冰道面

根據(jù)實驗過程冰層厚度變化規(guī)律，為分析冰層厚度對道面摩擦系數(shù)的影響作用，將結(jié)冰道面分為薄冰和厚冰道面分別進行研究。薄冰是指冰層沒有完全掩蓋路表的宏觀紋理，輪胎橡膠依然可以嵌入路表；厚冰是指整個路面的原有紋理完全被冰層掩蓋，路面紋理不再發(fā)揮作用，薄冰和厚冰并無具體的數(shù)值分界線。

1）薄冰道面。在環(huán)境艙內(nèi)溫度達到-10℃進行覆冰操作，實時監(jiān)測水膜和冰層厚度，并進行摩擦系數(shù)的測定，當路表摩擦系數(shù)明顯下降或者冰層厚度增加到道面構(gòu)造深度的1/2時停止覆冰（厚度在0.01 cm左右）。然后，將環(huán)境溫度設(shè)為-15℃，當路表溫度下降到-15℃后停止控溫，測定路表摩擦系數(shù)；將環(huán)境溫度依次設(shè)為-10，-5，0℃，同時檢測路表溫度和摩擦系數(shù)變化，得到薄冰道面路表溫度與摩擦系數(shù)關(guān)系，見圖9。

圖9 薄冰道面摩擦系數(shù)變化規(guī)律Fig.9 Variation of friction coefficient of thin ice pavement

由試驗數(shù)據(jù)分析可知，薄冰道面在0～-4℃區(qū)間內(nèi)摩擦系數(shù)呈下降趨勢。當溫度繼續(xù)下降，在-4～-10℃內(nèi)摩擦系數(shù)呈逐漸增加的規(guī)律變化。摩擦系數(shù)均值在0.214左右，這表明車輛在薄冰道面上整體的行駛穩(wěn)定性能較差，道面摩擦系數(shù)隨溫度的不斷降低呈先下降后上升的規(guī)律變化。

2）厚冰道面。通過調(diào)節(jié)環(huán)境艙內(nèi)溫度，路表水膜逐漸凝結(jié)成冰使路表冰層厚度繼續(xù)增加，由于艙內(nèi)溫度的降低是緩慢有序變化，厚冰道面表面出現(xiàn)少量冰面融化現(xiàn)象，產(chǎn)生少量水膜。因此，分析時應同時考慮水膜厚度的影響。為檢驗測得的冰層和水膜厚度是否有異常值存在，通過厚冰道面水膜和冰層厚度箱型圖進行判斷，見圖10。

圖10 冰層、水膜厚度箱型圖Fig.10 Box diagram of ice sheet and water film thickness

由箱型圖可以看出試驗數(shù)據(jù)均值與中位數(shù)的關(guān)系，且厚冰道面水膜厚度觀測值中均無大于1.5倍四分位距的異常值存在，可利用其對試驗數(shù)據(jù)進一步分析。由數(shù)據(jù)分析得到厚冰層道面冰層厚度、水膜厚度與路表摩擦系數(shù)之間變化規(guī)律，見圖11。

圖11 厚冰道面摩擦系數(shù)變化Fig.11 Variation of friction coefficient of thick ice pavement

由試驗結(jié)果可知，厚冰道面摩擦系數(shù)范圍在0.09～0.15，道面飛機及場道車輛行駛穩(wěn)定性和安全性較差。厚冰道面的摩擦系數(shù)受冰層和水膜厚度的共同影響分別呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律，其中摩擦系數(shù)與冰層厚度呈負相關(guān)趨勢，與水膜厚度呈正相關(guān)關(guān)系。這與厚冰道面表面水分的存在狀態(tài)變化規(guī)律相同。當冰層厚度達到一定數(shù)值時，表面冰層受微環(huán)境影響部分融化，水膜厚度逐漸升高；冰層受溫度影響，相應的厚度也逐漸增加。此狀態(tài)下，道面使用狀況較差，道面的抗滑性能極低。

綜合室內(nèi)環(huán)境模擬試驗數(shù)據(jù)，得到機場道面結(jié)冰關(guān)鍵控制因子，匯總見表3。

表3 機場道面結(jié)冰關(guān)鍵控制因子Tab.3 Key control factors of airport pavement icing

基于室內(nèi)試驗結(jié)果分析可知，機場道面表面水形態(tài)決定道面表面抗滑性能。道面的摩擦系數(shù)受氣象微環(huán)境的影響較大，其中，厚冰狀態(tài)道面抗滑性能最差；厚冰+水、薄冰+水、薄冰道面雖較厚冰道面抗滑性能有所提升，但仍不能滿足機場區(qū)域各種設(shè)施的安全正常運營；積雪道面摩擦系數(shù)在0.37～0.46間，從數(shù)據(jù)上體現(xiàn)出該道面使用狀態(tài)接近正常使用要求，但存在摩擦系數(shù)在某時間點呈現(xiàn)驟降的狀態(tài)，這與道面積雪受荷載作用壓實形成光滑道面有關(guān)，因此積雪道面在雪層積累過程中，應根據(jù)實時道面表面使用狀態(tài)擇機選擇分析機場區(qū)域正常交通。

4 不良微環(huán)境下機場道面抗滑性能分析

綜合室內(nèi)環(huán)境艙模擬試驗結(jié)果中不同氣象微環(huán)境與機場道面摩擦系數(shù)間的變化規(guī)律，通過多元非線性回歸分析，建立不良氣象環(huán)境條件下機場道面抗滑性能與各特征因子之間的函數(shù)關(guān)系，提出水膜、積雪、結(jié)冰厚度與機場道面表面抗滑性能預測關(guān)系模型。為不良氣象環(huán)境下的機場道面預警技術(shù)研究提供理論支撐。

4.1 結(jié)冰與道面抗滑性能

根據(jù)薄冰道面表面抗滑性能與微環(huán)境溫度相關(guān)的變化規(guī)律，采用不同的函數(shù)進行擬合。由擬合結(jié)果分析，最終選擇采用GaussAmp函數(shù)關(guān)系對二者間關(guān)系進行非線形曲線擬合，擬合后的溫度與抗滑性能變化見圖12（a）。同理，根據(jù)厚冰道面摩擦系數(shù)與水膜、冰層厚度變化規(guī)律，采用Poly多項式函數(shù)對三者間關(guān)系進行非線性曲面擬合，擬合后的水膜、冰層厚度與抗滑性能變化見圖12（b）。

圖12 結(jié)冰道面參數(shù)與抗滑性能擬合Fig.12 Fitting of icing pavement parameters and skid resistance

擬合后結(jié)冰道面控制因子與道面抗滑性能間的關(guān)系模型見式（1）。

得到x溫度與薄冰道面摩擦系數(shù)f薄冰的擬合優(yōu)度R2為0.95。厚冰道面摩擦系數(shù)f厚冰與水膜厚度x水膜、冰層厚度y冰層的擬合優(yōu)度R2為0.98。二者擬合過程均滿足收斂要求，擬合優(yōu)度較好。取顯著性水平為0.05情況下，經(jīng)參數(shù)T檢驗和擬合方程F檢驗輸出結(jié)果P值均小于0.05，這表明該函數(shù)關(guān)系模型具有統(tǒng)計學意義且擬合程度較好，可作為結(jié)冰道面抗滑性能預測分析。

4.2 水膜與道面抗滑性能

由前述分析，不良氣象微環(huán)境條件導致的機場道面表面水膜有2種存在形式：薄冰+水混合道面和厚冰+水混合道面

1）薄冰+水混合道面。由于薄冰+水混合道面控制自變量大于2，結(jié)合雪泥道面試驗所得數(shù)據(jù)變化規(guī)律，確定利用多項式函數(shù)擬合雪泥道面與抗滑性能關(guān)系模型。利用麥夸特法（Levenberg-Marquardt）和通用全局優(yōu)化法分別對3個控制因子與摩擦系數(shù)進行polyfit函數(shù)擬合，擬合曲線見圖13。

圖13 薄冰+水混合道面抗滑性能擬合曲線Fig.13 Fitting curve of skid resistance of thin ice&water mixed pavement

得到的三者結(jié)構(gòu)層厚度與摩擦系數(shù)非線性曲線擬合函數(shù)方程為

擬合結(jié)果顯示擬合函數(shù)自變量與因變量相關(guān)系數(shù)達0.94，擬合優(yōu)度R2為0.88，擬合過程均滿足收斂要求，擬合優(yōu)度較好，且模型參數(shù)和整體顯著性水平為0.05條件下，輸出結(jié)果p＜0.05，符合統(tǒng)計學要求。

2）厚冰+水混合道面。為探究厚冰+水混合道面摩擦系數(shù)與水膜厚度和冰層厚度之間耦合關(guān)系，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)變化規(guī)律，經(jīng)論證分析后最終選取Logistic函數(shù)對其進行擬合，擬合結(jié)果見圖14。

圖14 厚冰+水混合道面控制因子與抗滑性能擬合曲面Fig.14 Fitting surface between control factor and skid resistance of thick ice&water mixed pavement

得到擬合關(guān)系方程為

模型擬合優(yōu)度R2為0.85，顯示擬合效果良好，且顯著性檢驗結(jié)果具有統(tǒng)計學意義。因此，2個擬合關(guān)系模型可作為不良氣象微環(huán)境與道面抗滑性能預測依據(jù)。

4.3 積雪與道面抗滑性能

同理，在剔除異常試驗數(shù)據(jù)后，利用Logistic回歸分析擬合可得到積雪厚度與摩擦系數(shù)間的擬合曲線，見圖15。

圖15 積雪道面與抗滑性能擬合曲線Fig.15 Fitting curve of snow pavement and skid resistance

得到的擬合關(guān)系模型為

經(jīng)檢驗，該模型在顯著性水平為0.05，模型參數(shù)和整體顯著性檢驗結(jié)果p＜0.05，參數(shù)影響顯著，具有統(tǒng)計學意義。同時，擬合分析結(jié)果顯示擬合優(yōu)度為R2=0.83，擬合結(jié)果良好，可用于分析機場積雪厚度與道面抗滑性能指標耦合作用分析。

5 結(jié)束語

1）從機場道面表面水的存在形式入手，分析了不良氣象微環(huán)境對道面的作用機理。道面的結(jié)冰狀態(tài)囊括了水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的整個物理變化過程，其他形態(tài)水的存在形式均已包含在道面水成分結(jié)晶并形成冰層的過程中，為后續(xù)展開室內(nèi)結(jié)冰試驗提供理論依據(jù)。

2）道面表面摩擦系數(shù)受氣象微環(huán)境的影響較大。與普通干燥道面相比，厚冰狀態(tài)下道面抗滑性能最差；厚冰+水、薄冰+水、薄冰道面亦不滿足機場場道飛機、車輛等的安全運營；積雪道面應根據(jù)實時道面表面使用狀態(tài)擇機選擇分析機場區(qū)域正常交通。

3）通過多元非線性回歸分析建立不同氣象微環(huán)境條件下機場道面抗滑性能與相應特征因子之間的函數(shù)關(guān)系，提出水膜、積雪、結(jié)冰厚度與機場道面表面抗滑性能預測關(guān)系模型，為不良氣象條件下的機場道面表面特性抗滑性能預測及短臨預警技術(shù)等研究奠定重要的理論分析基礎(chǔ)。

本文進行室內(nèi)不良氣象微環(huán)境模擬試驗時，主要考慮溫度變化因素引起的水成分液態(tài)和固態(tài)形式對道面抗滑性能衰變影響機理進行研究，而水的氣體存在形式（霧、霾等）對能見度的影響也是造成機場區(qū)域安全運營的重要因素，后續(xù)研究中將通過室內(nèi)能見度模擬試驗展開霧霾天氣對機場區(qū)域交通安全運行影響機理展開進一步分析。