城市交通网络是一个城市系统能够存在并发挥作用的载体。自古以来,一个城市的繁荣发展往往离不开其优越的地理条件以及便利的交通设施。随着现代城市化的发展以及人民生活条件的改善,城市车辆保有量大幅增加,交通拥堵现象越来越严重。交通拥堵不仅会造成居民出行时间增加,带来巨大的经济损失,同时也会造成环境污染甚至交通事故的发生。如何改善交通系统的性能,从而保证城市功能的正常运行,是急需解决的问题。城市交通系统是一个典型的复杂系统,主要表现在动力学、拓扑结构、演化过程的复杂性,交通系统运行的不确定性以及交通网络的多层次性等多个方面。针对城市交通系统,可采用复杂系统的研究方法对其进行理论研究。复杂网络理论是研究复杂系统的理论,而城市交通网络是一个典型的复杂网络。通过采用复杂网络的理论方法,可从宏观上研究城市交通网络内部功能运行的机理,进而规划城市道路,缓解和避免交通拥堵。本文构建了一双层城市交通网络模型,并在此基础上,分别就复杂城市交通网络上的交通配流、Braess悖论现象以及级联失效现象三个方面进行了研究,主要研究工作如下:(1)根据双层城市交通网络的特点,对连续平均用户平衡配流算法进行改进,减少算法运行时间。通过对不同规模的网络采用连续平均法和改进算法进行用户平衡配流,表明改进算法能有效的减少运行时间。(2)尝试采用智能算法求解用户平衡模型。针对双层城市交通网络,对入侵杂草智能算法进行了改进,并采用改进算法求解用户平衡配流模型,通过与连续平均法进行对比,表明新算法的可行性。(3)研究复杂城市交通网络上的Braess悖论现象。针对含有多个O-D对的复杂城市交通网络,找出造成Braess悖论现象的路段,并计算其对交通总性能的影响,进而给出合理的城市道路规划策略。(4)采用不同方式选取部分路段,分别提高其通行能力,进而分析不同路段通行能力对交通性能的影响,并找出对系统性能影响较大的路段。(5)针对传统级联失效模型中存在的一些问题,构建一新的级联失效模型。分别在较为拥堵和极为拥堵的城市交通网络上,采用两种级联失效模型进行仿真,仿真结果表明,新模型更具有合理性。(6)令路段具有一定的恢复能力,分析路段恢复能力对级联失效现象的影响。对级联失效模型进行的仿真研究表明一定的路段恢复能力能有效的减小甚至避免级联失效现象。