近年来,随着高速公路技术的快速发展,高速公路系统规模越来越庞大,车流量越来越大,结构层次越来越复杂,外部和内部环境越来越不确定;交通拥挤、交通延误以及交通事故频繁发生,这些现象都是高速公路系统脆性发生的主要表现,它们时刻影响着高速公路系统的正常运行。因此,为了预防和控制高速公路系统脆性的发生,提升高速公路系统的安全性和可靠性,对于研究高速公路系统的脆性具有十分重要的意义。首先,本文通过对比复杂系统和高速公路系统之间的共同特征,将复杂系统脆性特性引入高速公路系统,在总结了国内外复杂系统脆性和高速公路系统脆性研究发展现状及所取得的成果的基础之上,给出了高速公路系统脆性的定义和特点,并对高速公路系统脆性的客观存在性进行了分析。结合高速公路系统脆性激发的条件,描述了高速公路系统脆性发生的过程。其次,通过分析和提取高速公路系统脆性因子,建立了包括高速公路系统脆性风险、脆性结构、脆性事件和脆性因子的四层结构模型;运用AHP方法对其脆性结构模型进行了研究;按照高速公路系统与其脆性事件之间的脆性关联关系,建立了高速公路系统脆性关联模型,运用可拓云理论、熵理论、突变级数法和集对分析理论对其关联模型进行了探究,找出了使得高速公路系统脆性发生的子系统、脆性事件和脆性因子。然后,通过对适应性Agent图的顶点控制论模型进行改进,建立了高速公路系统的脆性模型及求解算法,用脆性综合风险熵函数来表示系统的脆性行为特性,反映整个高速公路系统的脆性状态。最后,以某一高速公路系统为例,运用适应性Agent图模型模拟研究了高速公路系统脆性发生的过程,对高速公路系统脆性度进行了相关分析,结果表明:高速公路系统中某一节点的崩溃会导致整个高速公路系统无序程度增加直至系统崩溃。对高速公路系统的各子系统进行脆性预防和控制优化处理,可以降低高速公路系统的脆性风险,提升高速公路系统的安全性与可靠性。此模型较好地模拟了高速公路系统脆性发生的过程,同时也揭示了高速公路系统脆性发生的根本原因。