CN114065455A - 一种高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法 - Google Patents

一种高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法，具体为：将高寒地区的沥青路面的每一条车道分为若干段，在每一段路面上选择若干个监测点并监测层间抗剪值；如果所有的监测点的层间抗剪值均小于预设的极值，则认定沥青路面为非网络结构型，评价该条沥青路面的可靠性；否则构建网络结构单元；根据网络结构单元之间的关系绘制可靠性框图；根据可靠性框图和GERT网络结构特征，将可靠性框图转化为沥青路面路网；并计算高寒地区的沥青路面的可靠性。本发明可以精准预测内部结构损伤累积的沥青路面的寿命。

Description

一种高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法
技术领域
本发明属于沥青道路技术领域。
背景技术
高寒地区由于受气候环境和地质恶劣环境的影响，沥青路面结构不仅受行车载荷的影响，同时还会受到气候条件的影响，导致沥青路面在使用过程中会逐渐出现结构性损坏。从而会造成该地区的沥青路面结构与一般的路面结构工作环境不太一致。沥青路面作为公路路面的主要结构形式，由于在设计、施工或使用过程中存在大量的不确定性因素，其可靠性问题尤为突出，尤其是高寒地区天气会导致其可靠性的影响因素更加多样化。
在沥青路面可靠性增长研究过程中，除了路面结构的可靠性增长外，路面的网络结构也是影响可靠性的关键因素。结合高寒地区沥青路面的网络结构特征以及道路结构性质，研究路面网络结构可靠性也是专家学者们关注的热点问题。对于体系可靠度的相关研究主要是：首先，具有两个或者两个以上相关路网单元的结构体系的可靠度研究；另外就是具有两个或者两个以上相关路网单元的失效模式的结构可靠度研究。但是，目前对于沥青路面结构体系可靠度的研究相对较少，也仅有少量的文献考虑体系间串联、并联关系的研究。但是目前沥青路面长期处于恶劣环境和行车载荷的作用下，其路面结构体系的可靠性也会随着时间的增加而逐年变化，所以考虑其受到应力冲击时的性能退化迫在眉睫。目前的研究对于高寒地区沥青路面的建设提供了宝贵的经验，但是很少有结合高寒地区沥青路面的实际增长数据或者实验数据的定量分析，那么就无法得知高寒地区的沥青路面在受到应力冲击时，沥青路面长期处于恶劣环境和行车载荷的作用下，其路面结构体系的可靠性随着时间的增加会发生什么变化。
发明内容
发明目的：为了解决上述现有技术存在问题，本发明提供了一种高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法。
技术方案：本发明提供了一种高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法，具体包括如下步骤：
步骤1：将高寒地区的沥青路面的每一条车道分为若干段，在每一段上选择若干个监测点，检测每一个监测点的层间抗剪值；
步骤2：如果所有的监测点的层间抗剪值均小于预设的极值，则认定该高寒地区的沥青路面为非网络结构的沥青路面，并直接评价该条沥青路面的可靠性；
否则认定该高寒地区的沥青路面为网络结构的沥青路面；如果某条车道上的所有的检测点的层间抗剪值均小于预设的极值，则将该条车道作为一个网络结构单元；否则将该条车道中层间抗剪值大于等于预设的极值的监测点作为极值点，将该条车道的起点和终点也作为极值点，按照行驶方向的顺序将所有的极值点存储在集合n中；将集合n中相邻两个极值点之间的路面作为一个网络结构单元；
步骤3：根据网络结构单元之间的关系绘制可靠性框图：按照车道数量和结构，将属于同一条车道的网络结构单元串联，不属于同一条车道的网络结构单元并联；
步骤4：根据可靠性框图和GERT网络结构特征，将可靠性框图转化为沥青路面路网NR-GERT；
步骤5：根据NR-GERT计算高寒地区的沥青路面的可靠性。
进一步的，所述步骤2中直接评价非网络结构的沥青路面的可靠性方法为：检测计算非网络结构的沥青路面的抗力R和载荷效应
Figure 106766DEST_PATH_IMAGE002
，根据如下公式计算非网络结构的沥青路面的可靠性：
Figure 861095DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 519479DEST_PATH_IMAGE006
为可靠性概率，z为R和
Figure 574022DEST_PATH_IMAGE007
组成的联合函数，
Figure 941550DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 340432DEST_PATH_IMAGE011
为z的标准差，
Figure 412293DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 196710DEST_PATH_IMAGE015
是
Figure 63035DEST_PATH_IMAGE007
的标准差，
Figure 182169DEST_PATH_IMAGE017
是R的标准差；
Figure 57721DEST_PATH_IMAGE019
为z的均值，
Figure 962223DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 999450DEST_PATH_IMAGE023
为R的均值，
Figure 369995DEST_PATH_IMAGE025
为
Figure 783659DEST_PATH_IMAGE007
的均值。
进一步的，所述步骤4具体为：设置表征整个沥青路面失效状态的节点，设置表征整个沥青路面正常工作状态的节点，为每个网络结构单元的失效状态设置一个节点，根据状态的转移采用连接线连接各个节点，从而构建NR-GERT网络。
进一步的，所述步骤5具体为：
步骤5.1：计算整个NR-GERT网络的等价传递函数：
在NR-GERT网络中将串联的节点组成的结构作为串联结构，一个串联结构的等价传递函数为该串联结构中每个等价传递函数的乘积；
在NR-GERT网络中将并联的支路组成的结构作为并联结构，并联结构的等价传递函数为并联结构中每条支路的等价传递函数之和，所述支路为若干个节点串联组成的支路或者为单个节点构成的支路；
针对NR-GERT网络中自环结构，该自环结构的概率等价传递函数为：
Figure 542667DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 672166DEST_PATH_IMAGE029
表示NR-GERT网络中某个节点由该节点自身的状态到该节点自身状态的等价传递函数，
Figure 641259DEST_PATH_IMAGE031
表示NR-GERT网络由某个节点自身的状态到整个NR-GERT网络失效的等价传递函数，所述该某个节点为NR-GERT网络中除整个沥青路面失效状态节点以外的节点；
步骤5.2：根据整个NR-GERT网络的等价传递函数，计算整个NR-GERT网络的平均寿命，寿命的标准差以及寿命方差；将该NR-GERT网络的平均寿命，寿命的标准差和寿命方差作为高寒地区沥青路面的平均寿命，寿命的标准差以及寿命方差。
有益效果：本发明通过路面抗剪实验监测数据，将沥青路面分解为按可靠性框图连接的结构单元，再把可靠性框图转化为基于可靠性逻辑的GERT网络，最终通过沥青路面结构单元参数分布和应力冲击时间分布，可以精准预测内部结构损伤累积的沥青路面的寿命可靠性。
附图说明
图1为本发明流程图；
图２为沥青路面串联型可靠性框图示意图；
图３为沥青路面并联型可靠性框图示意图；
图４为沥青路面混联型可靠性框图示意图；
图５为NR-GERT基本结构单元图；
图６为NR-GERT网络串联结构图；
图７为NR-GERT网络并联结构图；
图８（a）为NR-GERT网络自环结构图；
图８（b）为多次自环结构分析图；
图９为实施例采集的各个车道的弯沉数据图；
图10为实施例中高寒地区高速公路的可靠性框图；
图11为根据实施例中的可靠性框图建立的NR-GERT网络图。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
如图1所示，为使高寒地区沥青路面的设计和施工更加趋于合理、完善，更好反映路面结构的实际状况，降低理论与实际的不吻合程度，本实施例提供一种高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法，该方法具体为：
步骤1：根据一定的原则划分沥青路面的网络结构单元，分析各网络结构单元可靠性之间的相互影响关系，并通过路面现场监测数据收集各网络结构单元可靠性的相关参数：将高寒地区的沥青路面的每一条车道分为若干段，在每一段上选择若干个监测点，检测每一个监测点的层间抗剪值和弯沉数据；如果所有的监测点的层间抗剪值均小于预设的极值，则认定该高寒地区的沥青路面为非网络结构的沥青路面，并直接评价该条沥青路面的可靠性；
否则认定该高寒地区的沥青路面为网络结构的沥青路面，如果某条车道上的所有的检测点的层间抗剪值均小于预设的极值，则将该条车道作为一个网络结构单元；否则将该条车道中层间抗剪值大于等于预设的极值的监测点作为极值点，将该条车道的起点和终点也作为极值点，按照行驶方向的顺序将所有的极值点存储在集合n中；将集合n中相邻两个极值点之间的路面作为一个网络结构单元。
步骤2：对于非网络结构的沥青路面可靠性评价依据如下“1.沥青路面可靠度的计算方法”直接进行计算，对于具有结构网络特征的路面可靠性评价，首先要根据网络结构单元之间的关系绘制可靠性框图。
步骤3：对沥青路面路网NR-GERT网络模型的解析：根据可靠性框图和GERT网络结构特征，将可靠性框图转化为NR-GERT网络，并研究和分析NR-GERT网络的基本性质及其求解，根据可靠性框图绘制NR-GERT网络能够更加清晰每个节点之间的转移，和一个节点的状态转移对其他节点的影响。
步骤4：通过构建的NR-GERT网络和结构单元可靠性参数（弯沉数据）计算路网的寿命特征。
1. 沥青路面可靠度的计算方法
在路面结构可靠性分析计算和结构可靠性设计问题中，度量可靠度的指标有三个：可靠性概率
Figure 733980DEST_PATH_IMAGE033
，失效概率
Figure 206550DEST_PATH_IMAGE035
和可靠性指标
Figure 477256DEST_PATH_IMAGE037
，只要知道其中一个量，另外两个就可以求得。道路可靠度的分析和计算方法有很多种，本实施例采用以下方法来进行计算：
在单条沥青路面结构中，假设R为路面系统的抗力，
Figure 933645DEST_PATH_IMAGE038
为载荷效应，相关研究与分析表明：这两个变量的概率分布呈正态分布或者对数正态分布。
设R和
Figure 564478DEST_PATH_IMAGE038
均服从正态分布，且相互独立，则
Figure 344084DEST_PATH_IMAGE038
的概率密度函数为：
Figure 159593DEST_PATH_IMAGE040
（1）
其中，
Figure 447486DEST_PATH_IMAGE041
是
Figure 426550DEST_PATH_IMAGE038
的标准差，
Figure 545816DEST_PATH_IMAGE042
是
Figure 188019DEST_PATH_IMAGE038
的均值，
Figure 291104DEST_PATH_IMAGE044
为指数分布，S为
Figure 217734DEST_PATH_IMAGE038
的取值。
Figure DEST_PATH_IMAGE046_5A
的概率密度函数为：
Figure 532784DEST_PATH_IMAGE048
（2）
其中，
Figure 80309DEST_PATH_IMAGE049
是R的标准差，
Figure 562368DEST_PATH_IMAGE050
是R的均值，r为R的取值。
功能函数是R和
Figure 604274DEST_PATH_IMAGE051
两个随机变量组成的联合函数
Figure 478558DEST_PATH_IMAGE053
，由概率论可知Z也是服从正态分布的随机变量，其均值和标准差分别为
Figure 703560DEST_PATH_IMAGE054
和
Figure 781238DEST_PATH_IMAGE056
，结构可靠度的表达式为：
Figure 876101DEST_PATH_IMAGE058
（3）
2.沥青路面路网可靠度的计算
2. 1沥青路面路网可靠性框图
可靠性框图(Reliability Block Diagram，RBD)可以为拓扑结构及逻辑关系提供一种直观的图形化表达方式。在沥青路面可靠性框图中，一般会有串联、并联和混联三种。
（1）串联
在沥青路面网络中，最简单的一种是路面的串联关系。在路网的串联关系中，也就是道路网络只有由多个基本道路单元组成的串联道路，因此只要有任何一个或者同时几个基本道路单元失效，则最终此道路网络系统就会失效。其串联型可靠性框图示意图如图2所示。本实施例中将属于同一条车道的网络结构单元进行串联。
（2）并联
在沥青路面网络中，一般会有同向三车道、同向四车道的道路结构，这就构成了道路网络的并联关系。道路网络并联系统也是一种含冗余的系统，即道路处于正常运行状体时所有的车道都是正常的，但是完成道路畅通并不需要全部的车道都正常工作，只要有一个车道正常就能保证系统正常。其并联型可靠性框图示意图如图3所示。
（3）混联
在沥青路面网络中，会出现随着交通流量的不同，同向车道数量在某个地区会发生变化，可能由原来的同向两车道变为同向三车道，这就是道路网络的混联关系。混联结构是由串联结构和并联结构混合联接的，它可以简化为若干个串联和并联支路，因此混联结构可以按照串联和并联的失效机理进行计算。图4是由串联的两个网络结构单元a，b和并联网络结构单元c，d组成的简单混联网络，只有当a，b，c或a，b，d或两者都畅通时，此混联结构才是一个畅通的混联道路网络。
2.2沥青路面路网NR-GERT网络模型构建
沥青路面路网NR-GERT网络模型由节点、箭线和状态转化流三个要素组成：用于表示某个网络结构单元处于某种状态的节点；箭线用于表示运行状态的迁移；网络中状态转换关系的定量化描述，NR-GERT基本结构单元如图5所示，图中
Figure 90045DEST_PATH_IMAGE060
表示结构单元由状态节点i到状态节点j的状态转移；
Figure 949679DEST_PATH_IMAGE062
表示状态转移的发生概率；
Figure 249073DEST_PATH_IMAGE064
表示状态转移时间。路网可靠性试验NR-GERT对路网系统进行可靠性评估是建立在对沥青路面寿命分布信息已知的基础上，因此事先需要对其进行可靠性试验（主要是由对沥青路面层间剪切性能的实验获得，一般是层间抗剪强度的现场检测）。
在基于失效选择机制的沥青路面路网可靠性NR-GERT网络模型中，受到的应力冲击到达时间间隔
Figure 226257DEST_PATH_IMAGE064
服从某种概率为f(x)的概率分布，则状态转化有向弧(ij)的矩母函数为
Figure 12816DEST_PATH_IMAGE066
。此时的s为任意实数。
设等价传递函数为
Figure 354936DEST_PATH_IMAGE068
，等价概率
Figure 203943DEST_PATH_IMAGE070
就是等价传递函数
Figure 873565DEST_PATH_IMAGE068
在s=0处的数值，即
Figure 389997DEST_PATH_IMAGE072
，等价矩母函数
Figure 106280DEST_PATH_IMAGE074
。
由矩母函数的基本性质，即矩母函数的n阶导数在s=0处的数值就是随机变量的原点矩，因此有NR-GERT网络的平均寿命E(t)，寿命方V(t)差，寿命标准差
Figure 177005DEST_PATH_IMAGE076
为：
Figure 886204DEST_PATH_IMAGE078
（4）
Figure 929246DEST_PATH_IMAGE080
（5）
Figure 941064DEST_PATH_IMAGE082
（6）
Figure 390762DEST_PATH_IMAGE084
（7）
3. NR-GERT网络模型模型性质与求解
GERT随机网络是一种网络中所有节点的输入逻辑均为“异或型”，输出逻辑均为概率性的特殊的随机网络，易于用数学方法进行求解，可利用“信号流图”理论来计算GERT网络中各节点的传递关系，信号流图的拓扑等价特性是其求解的基础。对具有等价传递函数
Figure 513439DEST_PATH_IMAGE086
的系统可靠性评价GERT网络求解其总体的等价传递函数
Figure 676567DEST_PATH_IMAGE088
（也既得到本实施例中NR-GERT网络模型的等价传递函数）。当系统可靠性评价GERT网络中各项活动（状态转移）的周期均为相互独立随机变量时，等价传递函数具有如下特征。
（1）串联结构
如图6所示，节点i表示整个NR-GERT网络模型正常工作的状态，节点j表示整个NR-GERT网络模型失效的状态，节点k表示某个网络结构单元失效；在图6中i与k串联，k与j串联；则节点i与节点k之间的等价传递函数
Figure 983921DEST_PATH_IMAGE090
，
Figure 294816DEST_PATH_IMAGE092
表示相应状态转移的发生概率，
Figure 96550DEST_PATH_IMAGE094
为相应的矩母函数；节点k与节点j之间的等价传递函数为
Figure 442081DEST_PATH_IMAGE096
，
Figure 153292DEST_PATH_IMAGE098
表示相应状态转移的发生概率，
Figure 951483DEST_PATH_IMAGE100
为相应的矩母函数；整个图6的等价传递函数为
Figure 353646DEST_PATH_IMAGE102
。
（2）并联结构
如图7所示的并联结构，
Figure 678317DEST_PATH_IMAGE104
表示节点i通过节点a（表征某个网络结构单元失效的节点）到节点j的概率，
Figure 609364DEST_PATH_IMAGE106
为相应的等价传递函数，
Figure 629272DEST_PATH_IMAGE108
表示节点i通过节点b（表征某个网络结构单元失效的节点）到节点j的概率，
Figure 320279DEST_PATH_IMAGE110
为相应的等价函数；则整个并联结构的等价传递函数为：
Figure 233877DEST_PATH_IMAGE112
。
（3）自环结构
如图8（a），图8（b）所示，自环结构的GERT网络由一个正概率引向其他节点的活动和一个反馈到自身节点的活动构成，其等价传递函数为
Figure 70246DEST_PATH_IMAGE113
，
Figure 403882DEST_PATH_IMAGE115
表示NR-GERT网络中节点i由该节点自身的状态到该节点自身状态的等价传递函数，
Figure 928273DEST_PATH_IMAGE117
表示节点i到节点j的等价传递函；图8（a）中
Figure 978269DEST_PATH_IMAGE119
，
Figure 939534DEST_PATH_IMAGE121
均表示相应状态转移的发生概率；应用到具体实施例中，此时的节点i可以为表征整个NR-GERT网络失效的节点，也可以为表征某个网络结构单元失效的节点。
混联结构是一种可分解为串联、并联结构的连接方式，由于串联系统中只要有一个结构单元失效就会导致本车道道路失效，因此混联结构的系统工作状态主要取决于并联支路的条数，其建模方法与并联结构相似。
本发明的一个实施例：
高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法：
本实施例选择的区域为典型的大陆性干旱气候，冬天长而且寒冷，夏季短而炎热，年温差一般在40°C以上，极大的温差是造成沥青路面稳定性降低的重要原因。本文以高寒地区某高速公路3标某路段（K1350+000~K1352+000）为例，此为同向两车道路段，考虑到失效模式对道路可靠性的影响，首先对该路段进行网络结构单元构建，再构造路网模型。
根据图9的弯沉变化数据，可以看出在超车道和行车道都出现了一个极值数据，把各弯沉数据进行统计检验后发现，超车道划分结构单元的位置在K1351+100、行车道划分网络结构单元的位置在K1350+600，其它路段的实测层间抗剪值波动不大，可以当作一个网络结构单元来进行处理。此车道的网络结构单元系统如图10所示。
根据上述网络结构特征，在图10中将行车道A作为网络结构单元A，行车道B作为网络结构单元B，超车道C作为网络结构单元C，超车道D作为网络结构单元D，形成了A、B、C、D四个网络结构单元的串联、并联混合型的结构网络。为了计算路段K1350+000~K1352+000的结构可靠性，假设各网络结构单元受到的冲击应力均相同，但运行状态相互独立，结合单网络结构单元的可靠性试验结果，首先对A、B、C、D四个网络结构单元的弯沉数据进行获取，并通过蒙特卡罗模拟得到网络结构单元的基本信息，如表1所示网络结构单元的基本信息包括寿命分布，冲击时间间隔和状态转移概率：
表1
网络结构单元 寿命分布 冲击间隔时间 转移概率
行车道A
Figure 324248DEST_PATH_IMAGE123
Figure 606324DEST_PATH_IMAGE125
 0.055556
行车道B
Figure 55367DEST_PATH_IMAGE127
Figure 420489DEST_PATH_IMAGE129
 0.050000
超车道C
Figure 262806DEST_PATH_IMAGE131
Figure 82994DEST_PATH_IMAGE133
 0.058824
超车道D
Figure 622429DEST_PATH_IMAGE135
Figure 830556DEST_PATH_IMAGE137
 0.045455
Figure 471753DEST_PATH_IMAGE139
和
Figure 312277DEST_PATH_IMAGE141
均表示指数分布。
下面，根据高速公路路面系统可靠性框图，建立沥青路面路网可靠性NR-GERT网络模型，如图11所示。
在图11中，节点0是一个虚拟节点，表示此沥青路面开始接受测试，节点E表示此道路处于失效状态。节点1表示网络结构单元A、B、C、D都处于正常工作状态，箭线（11）表示网络结构单元A、网络结构单元B、网络结构单元C和网络结构单元D都没有发生失效，一直正常通车直到下一次测试时刻，此时道路网络系统保持正常工作的时间的为
Figure 50425DEST_PATH_IMAGE143
，冲击应力下没有发生失效的概率为
Figure 570400DEST_PATH_IMAGE145
；箭线（1E）表示网络结构单元A、网络结构单元B、网络结构单元C和网络结构单元D同时失效，概率为
Figure 26789DEST_PATH_IMAGE147
，此时系统状态由正常转移为失效；节点2表示网络结构单元A失效，但是网络结构单元B、C和D处于正常工作状态，此时系统取决于网络结构单元C和D的状态，活动f、g分别表示仅有网络结构单元C失效和仅有网络结构单元D失效的状态，活动h表示网络结构单元C和网络结构单元D同时失效的状态，箭线（2E）表示沥青路面在应力冲击下系统状态由正常转移为失效（网络结构单元A、C和D同时失效）；节点3表示网络结构单元B失效，但是网络结构单元A、C和D处于正常工作状态，此时系统取决于网络结构单元C和D的状态，活动i、j分别表示仅有网络结构单元C失效和仅有网络结构单元D失效的状态，活动k表示网络结构单元C和网络结构单元D同时失效的状态，箭线（3E）表示沥青路面在应力冲击下系统状态由正常转移为失效（网络结构单元B、C和D同时失效）；节点4表示网络结构单元C失效，但是网络结构单元A、B和D处于正常工作状态，此时系统取决于网络结构单元A和B的状态，活动l、m分别表示仅有网络结构单元A失效和仅有网络结构单元B失效的状态，活动n表示网络结构单元A和网络结构单元B同时失效的状态，箭线（4E）表示沥青路面在应力冲击下系统状态由正常转移为失效（网络结构单元C、A和B同时失效）；节点5表示网络结构单元D失效，但是网络结构单元A、B和C处于正常工作状态，此时系统取决于网络结构单元A和B的状态，活动o、p分别表示仅有网络结构单元A失效和仅有网络结构单元B失效的状态，活动q表示网络结构单元A和网络结构单元B同时失效的状态，箭线（5E）表示沥青路面在应力冲击下系统状态由正常转移为失效（网络结构单元D、A和B同时失效）。
依据网络结构，NR-GERT网络模型中的参数（包括各个状态的转移概率以及分布参数）如表2所示：
表2
活动 概率 分布参数 活动 概率 分布参数
(1,1) 0.9996
Figure 906889DEST_PATH_IMAGE149
 (3,E)-k 0.0001 0
(1,E)-a 7.43E-06 0 (4,E)-l 0.0030 0
(1,2)-b 0.0474 0 (4,E)-m 0.0027 0
(1,3)-c 0.0530 0 (4,E)-n 0.0002 0
(1,4)-d 0.0504 0 (5,E)-o 0.0023 0
(1,5)-e 0.0384 0 (5,E)-p 0.0020 0
(2,E)-f 0.0030 0 (5,E)-q 0.0001 0
(2,E)-g 0.0023 0 (2,2) 0.9946
Figure 765124DEST_PATH_IMAGE151
(2,E)-h 0.0001 0 (3,3) 0.9952
Figure 924841DEST_PATH_IMAGE153
(3,E)-i 0.0027 0 (4,4) 0.9941
Figure 868526DEST_PATH_IMAGE155
(3,E)-j 0.0020 0 (5,5) 0.9956
Figure 850519DEST_PATH_IMAGE157
因此，从节点0到节点E的等价传递函数为：
Figure 969785DEST_PATH_IMAGE159
Figure 159458DEST_PATH_IMAGE161
表示图11中从1到 E，且标有字母a的箭头所表示的等价传递函数。
根据等价传递函数为
Figure 246232DEST_PATH_IMAGE163
，由此可以求得此沥青路面路网的平均寿命和寿命的标准差：
Figure 546763DEST_PATH_IMAGE165
根据高寒地区沥青路面网络结构的平均故障率及其平均使用寿命来看，沥青路面的平均使用寿命大概是15年，本报告通过某高速公路3标某路段（K1350+000~K1352+000）为例验证了在此次数据试验下该沥青路面的平均寿命是16.39年，与设计要求基本一致，验证了本模型在计算具有网络型结构的沥青路面可靠度方面具有一定的优势，同时本报告考虑了时间间隔应力冲击的情况。同时，从计算的沥青路面的标准差可以看出，其寿命的标准差并不大，说明高寒地区沥青路面的可靠性程度与设计要求比较接近，符合工程规范。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (4)

1.一种高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1：将高寒地区的沥青路面的每一条车道分为若干段，在每一段上选择若干个监测点，检测每一个监测点的层间抗剪值；
步骤2：如果所有的监测点的层间抗剪值均小于预设的极值，则认定该高寒地区的沥青路面为非网络结构的沥青路面，并直接评价该条沥青路面的可靠性；
否则认定该高寒地区的沥青路面为网络结构的沥青路面；如果某条车道上的所有的检测点的层间抗剪值均小于预设的极值，则将该条车道作为一个网络结构单元；否则将该条车道中层间抗剪值大于等于预设的极值的监测点作为极值点，将该条车道的起点和终点也作为极值点，按照行驶方向的顺序将所有的极值点存储在集合n中；将集合n中相邻两个极值点之间的路面作为一个网络结构单元；
步骤3：根据网络结构单元之间的关系绘制可靠性框图：按照车道数量和结构，将属于同一条车道的网络结构单元串联，不属于同一条车道的网络结构单元并联；
步骤4：根据可靠性框图和GERT网络结构特征，将可靠性框图转化为沥青路面路网NR-GERT；
步骤5：根据NR-GERT计算高寒地区的沥青路面的可靠性。
2.根据权利要求1所述的一种高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤2中直接评价非网络结构的沥青路面的可靠性方法为：检测计算非网络结构的沥青路面的抗力R和载荷效应
Figure 494396DEST_PATH_IMAGE002
，根据如下公式计算非网络结构的沥青路面的可靠性：
Figure 263375DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 498048DEST_PATH_IMAGE006
为可靠性概率，z为R和
Figure 856348DEST_PATH_IMAGE007
组成的联合函数，
Figure 984710DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 629318DEST_PATH_IMAGE011
为z的标准差，
Figure 961073DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 716539DEST_PATH_IMAGE015
是
Figure 935293DEST_PATH_IMAGE007
的标准差，
Figure 750803DEST_PATH_IMAGE017
是R的标准差；
Figure 569854DEST_PATH_IMAGE019
为z的均值，
Figure 129011DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 231965DEST_PATH_IMAGE023
为R的均值，
Figure 828163DEST_PATH_IMAGE025
为
Figure 259144DEST_PATH_IMAGE007
的均值。
3.根据权利要求1所述的一种高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤4具体为：设置表征整个沥青路面失效状态的节点，设置表征整个沥青路面正常工作状态的节点，为每个网络结构单元的失效状态设置一个节点，根据状态的转移采用连接线连接各个节点，从而构建NR-GERT网络。
4.根据权利要求3所述的一种高寒地区沥青路面网络结构可靠性评价方法，其特征在于，所述步骤5具体为：
步骤5.1：计算整个NR-GERT网络的等价传递函数：
在NR-GERT网络中将串联的节点组成的结构作为串联结构，一个串联结构的等价传递函数为该串联结构中每个等价传递函数的乘积；
在NR-GERT网络中将并联的支路组成的结构作为并联结构，并联结构的等价传递函数为并联结构中每条支路的等价传递函数之和，所述支路为若干个节点串联组成的支路或者为单个节点构成的支路；
针对NR-GERT网络中自环结构，该自环结构的等价传递函数为：
Figure 268599DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 835847DEST_PATH_IMAGE029
表示NR-GERT网络中某个节点由该节点自身的状态到该节点自身状态的等价传递函数，
Figure 602945DEST_PATH_IMAGE031
表示NR-GERT网络由某个节点自身的状态到整个NR-GERT网络失效的等价传递函数，所述该某个节点为NR-GERT网络中除整个沥青路面失效状态节点以外的节点；
步骤5.2：根据整个NR-GERT网络的等价传递函数，计算整个NR-GERT网络的平均寿命，寿命的标准差以及寿命方差；将该NR-GERT网络的平均寿命，寿命的标准差和寿命方差作为高寒地区沥青路面的平均寿命，寿命的标准差以及寿命方差。
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张娜: "基于MHB碎石化技术的沥青碎石封层试验研究", 《全国优秀硕士论文》 *

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