本文分析了城市快速路瓶颈处交通流的运行特征,探究了换道行为对瓶颈处交通流失效的影响,并据此建立了考虑换道行为的瓶颈处交通流失效概率预测模型。基于移动瓶颈模型分析了换道车辆对目标车道车辆运行的影响。认为当换道车辆速度小于目标车道车辆的运行速度时,换道车辆换至目标车道后将成为慢行车,形成移动瓶颈,影响目标车道其他车辆的通行。通过全速度差模型对简化后的换道行为进行了仿真分析。研究发现,存在换道慢行车时,前后车速度差较大,扰动变化剧烈,交通流运行状态更加不稳定。模型仿真表明换道行为是导致道路瓶颈处交通流由稳定状态向不稳定状态转换的重要影响因素。通过突变理论证明,交通流通过道路瓶颈时的运行状态可以利用尖点型突变模型描述,即交通流通过道路瓶颈时发生的速度“大幅度下降”并非偶然现象。它是当交通流处于不稳定状态时,状态变量随控制变量变化产生的一种必然结果,即瓶颈处交通流速度的变化具有突变性。如果将瓶颈路段交通流考虑为车辆组成的队列,那么可把车辆运行速度在队列中的变化视作不连续的速度变化过程,即车辆在车队中的速度变化具有非连续性。根据上述对换道行为和瓶颈处交通流运行特征的分析,建立了基于车辆换道行为的瓶颈处交通流失效概率预测模型。该模型由瓶颈队列形成模型和基于马尔科夫链的速度转移模型组成。模型通过设置不同的期望速度分布引入了车辆换道行为,证明了队列中换道车辆的运行速度转移也具有马尔可夫性,将该失效概率预测模型的适用范围由单车道扩展为了双车道。基于VISSIM仿真数据验证表明该模型可以较好地处理交通流的随机性和车辆间的异质性,可应用于城市快速路中的双车道瓶颈。模型通过理论计算解释了瓶颈处交通流失效的突变性:当路段中流量小于临界值时,失效概率随交通量的增加增长缓慢;超过临界值时,随着流量的增加,失效概率显著增长。研究同时表明,换道行为增加了路段中车辆速度的异质性,导致交通流更快地转变为不稳定状态,增大了瓶颈队列的形成概率,继而增加了失效现象的发生概率。本文研究成果可帮助交通管理决策者更好地理解交通流失效现象,为更合理地提高城市快速路通行能力提供理论依据。