随着我国公路交通量逐年上升,社会对高速公路的通行能力提出了更高的要求,我国现有大量双向四、六车道高速公路难以满足日益增长的交通需求,需要新建或改扩建为更多车道高速公路。当车道数为双向十车道及以上时,不宜设置整体式断面,宜采用内、外幅分离的复合式断面布置形式,但我国对复合式断面布置形式和关键指标缺乏研究,在设计标准中也是空白。需对复合式断面高速公路交通组织和关键指标进行研究,对我国多车道高速公路的建设和安全运营具有重要意义。通过收集、查阅国内外复合式断面高速公路的相关研究文献与工程实例,明确了复合式断面高速公路的定义与典型断面形式,提出了复合式断面高速公路的特征要素。通过分析复合式断面高速公路交通组织的目的,提出了复合式断面高速公路主要交通组织方式（客货分离与主辅分离）的特征与优势。结合车辆类型与车辆特性,研究确定了客货分离复合式断面高速公路上客车、货车的分类方法。基于车辆特征参数和驾驶人心生理特性,运用汽车动力学、交通工程等理论,研究确定了复合式断面高速公路横断面各组成部分宽度值。对复合式断面内外侧车道连接方式展开研究,对于整体式断面,通过分析同向分隔带开口的位置的影响因素,运用车道变换理论研究了同向分隔带开口与互通式立交的净距值,类比加减速车道设置方式提出了同向分隔带开口最小长度值;对于分离式断面,通过对转换匝道的定义与分类,并类比互通式立交匝道研究了转换匝道设计速度、横断面布置等关键指标。运用交通仿真技术与交通冲突技术对转换匝道与互通式立交的净距进行了仿真模拟研究,确定交通冲突率为交通冲突严重程度的评价指标,对交通冲突数据进行加权修正后,分析净距、转换匝道类型与交通冲突率的关系,并在交通冲突严重程度可接受范围内确定了合理的净距值。通过与车道变换理论的研究结果进行对比分析,最终研究提出了同向分隔带开口、直连式转换匝道、半直连式转换匝道与互通式立交的最小净距推荐值。