近年来随着我国社会经济的快速发展,小汽车出行比重不断攀升,而交通基础设施的供给相对滞后,供需矛盾持续扩大,由此引发城市交通拥堵问题日益严重,交通拥堵问题已成为世界各大城市亟待解决的热点问题。城市快速路是城市道路网的主骨架,是城市交通的主动脉,但是近年来交通拥堵问题日益突出,严重影响了快速路交通效率的发挥。论文以城市快速路系统交通拥堵的主要起因——匝道合流区瓶颈为研究对象,利用广州市快速路系统的交通调查数据,深入研究了快速路匝道合流区瓶颈拥堵的产生、扩散和消散过程中的交通流特性及其内在机理,具体研究工作及结论如下：首先,基于大量的交通实测数据,研究了快速路匝道合流区在拥堵产生、扩散和消散全过程的交通流时变特性,即快速路交通流参数：流量、速度和密度随时间的变化特性,以及交通流参数相互关系特性,从中总结出了快速路拥堵过程中交通流变化的一般规律；并基于交通流特性分析提出了快速路交通流状态转换时刻的确定方法,可以应用于快速路瓶颈拥堵发生和消散的检测。其次,立足于快速路匝道合流区内部的交通运行环境,通过大量的微观观测数据,研究了合流区内的车辆运行特征,包括：主线车流速度、加速车道速、汇入间隙及其与速度的关系、合流点分布、主线外侧车道车头时距分布等,总结出了合流区内的交通运行一般规律,并基于此提出了合流区加速车道匝道车辆汇入模型和行驶距离模型,使主线流量和合流点分布两个变量之间建立起了联系；并从速度和流量两个方面对合流区的拥堵特性进行了数据分析,回归建立了导致合流区拥堵发生的临界主线、匝道流量曲线,为理论建模做好准备。最后,从定性和定量两个方面深入研究了快速路匝道合流区的拥堵发生和扩散机理。定性方面,认为匝道车辆的换道和换道对主线后续车流的减速影响是拥堵发生的根本原因,并利用跟驰理论和交通波理论分析了减速扰动在处于跟驰状态下的车队中的传播方式和过程,得出合流区通行能力降低的一般规律；定量方面,以跟驰理论和交通波理论为基础,假设加、减速波速发型师定相等的前提下,建立了匝道车辆以较低速度汇入主线车道后造成的速度扰动传播模型,制定了传播过程中交通流发生拥堵的条件,从而算出在一定的主线流量水平下,交通流保持稳定的最大可接受匝道汇入流量,由此绘制出导致拥堵发生的匝道—主线临界流量曲线,发现曲线方程为二次函数,与实际观测结果吻合。通过本文研究,深入理解了快速路匝道合流区瓶颈的交通运行特性和交通流特性并总结出一般性规律,构建了一个可以准确描述快速路合流区汇入车辆扰动传播及拥堵的模型,使拥堵发生和主线、匝道流量之间建立起了直接联系,为缓解城市快速路交通拥堵问题提供技术支持；同时对于促进智能技术在交通运输领域的应用与实施具有重要的理论意义和实用价值。