快速有效的道路排水设计是保证降雨条件下路面行车安全和提升道路服务水平的重要环节。当降雨强度超过沥青路面排水能力时,在路表面或面层内部会形成超渗流,超渗流包括路面的汇流过程与面层内部的渗流过程。形成于路表的汇流导致路面出现积水,降低路面行车安全;形成于路面内部的渗流会冲刷、侵蚀路面材料,破坏道路结构承载力与耐久性。为深入探究沥青路面超渗流行为对行车安全与道路结构排水的影响,本文基于水动力学、渗流力学、弹性力学理论,通过现场观测试验、室内物理实验,并结合有限元数值模型、理论计算分析等方法,利用细观数字图像处理、数值模型动网格等技术,从宏、细观角度分别研究自然降雨条件下密级配沥青混凝土路面与多孔排水性沥青路面中的超渗流行为。首先,建立基于二维浅水方程的水动力路面汇流模型,并结合实际道路对水动力路面汇流模型进行验证,从宏观角度分析路面几何线形对路面汇流时空分布的影响;同时从细观角度建立路面局部流场模型,分析路面行车道径流深度变化特征。其次,在满足基本路用性能的前提下,开展不同空隙率条件下的多孔排水性沥青混合料排水试验。利用自行设计的渗水实验装置,获取多孔排水性沥青混合料内部渗流规律,借助图像处理技术识别多孔排水性沥青混合料内部细观特征;在宏观上建立有限元模型获取空隙衰减条件下的路面空隙水压力分布。最后,综合宏、细观分析结果,考虑滑水临界径流深度与轮迹线径流深度差,结合宏观流场与局部胎前压强分布评价行车安全。同时推导得出多孔排水性沥青路面内部渗水过程的径流深度、排水时间等指标。结合实际工程经验,根据不同路段特点提出针对性的排水优化与路面养护措施。结果表明:1)路面径流深度与流速是表征沥青路面汇流场的重要指标。对于传统密级配沥青混凝土路面,道路线形变化是影响路面汇流分布的显著因素之一。路面径流深度随路宽与降雨强度的变化可用幂函数进行量化;相比于纵坡,横坡对路面径流深的影响更为显著;受线形变化影响,超高过渡段处路面径流最大深度区域出现在零坡度下游与道路内侧,且潜在积水区域范围受路面宽度影响显著。2)对于多孔排水性沥青路面,空隙的空间特征决定了沥青混合料内部的渗水能力。宏观上,空隙的连通性是影响多孔排水性沥青路面排水能力的首要因素,本文提出可以利用滞留水量从侧面评定内部空隙的宏观连通性。细观上,连通空隙的截面等效直径与弯曲度是影响排水流量与排水时间的重要因素,空隙中渗流的充满度受空隙水压力影响,与路面行车荷载密不可分。3)行车安全方面,在获得沥青路面流场的基础上,除了滑水临界径流深度,本文提出将车道内不同轮迹线处的径流深度差作为评价雨天行车安全的重要指标之一,同时需考虑不同行驶速度下的胎面动水压力,综合评估雨天行车安全。当多孔排水性沥青路面空隙堵塞到一定程度时,其路面表面同样会出现积水。可利用数学公式进行量化,获得了排水性沥青路面表层饱和时的极限降雨强度等指标。4)保持排水畅通是保障沥青路面服役性能稳定耐久的重要条件之一。针对传统密级配沥青路面集中排水方式,纵坡值的增加和路缘石的拦阻作用导致路面径流纵向流速加快。在较大的纵坡条件下,相对密集的布设排水口并不能达到预期的排水效果。本文提出针对改扩建而导致的路面加宽特点,可采用边分带排水。多孔排水性沥青路面应根据排水等级的设计要求,量化路表及内部积水深度,确定相应的排水设计计算方法,把握合理的养护时机。