西南山區(qū)有砟軌道高速鐵路沉降預(yù)測數(shù)學(xué)模型
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《西南山區(qū)有砟軌道高速鐵路沉降預(yù)測數(shù)學(xué)模型》概述了預(yù)測理論研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,以西南山區(qū)有砟軌道高速鐵路為例,系統(tǒng)介紹了沉降預(yù)測模型的基本原理,以及各種沉降預(yù)測模型在工程實踐中的應(yīng)用。 《西南山區(qū)有砟軌道高速鐵路沉降預(yù)測數(shù)學(xué)模型》適合高等院校路基工程、巖土工程專業(yè)的本科生、研究生學(xué)習(xí)參考,也可供高速鐵路建設(shè)工程技術(shù)人員和管理人員參考。
鐵路是國民經(jīng)濟的大動脈,在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重大的作用。而高速鐵路具有運能大、速度快、能耗省、污染小、占地少、安全性高、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點。世界上把新線設(shè)計速度達到250km/h以上、既有線改造速度達到200km/h的鐵路統(tǒng)一定義為高速鐵路。高速鐵路是現(xiàn)代化鐵路的重要標(biāo)志,集中體現(xiàn)了當(dāng)代高新技術(shù)的發(fā)展成果,代表著當(dāng)今世界鐵路的發(fā)展方向。我國已成為世界上高速鐵路發(fā)展快、系統(tǒng)技術(shù)全、集成能力強、運營里程長、運營速度、在建規(guī)模的國家。近年來,鐵路部門還緊密圍繞高速鐵路建設(shè)運營和技術(shù)裝備現(xiàn)代化,深化關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新,擴大技術(shù)創(chuàng)新成果,完善鐵路技術(shù)創(chuàng)新體系,搞好技術(shù)成果的運用,開展鐵路主要技術(shù)政策和技術(shù)規(guī)程的修訂工作,以形成具有我國鐵路特色的高速鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。 高速鐵路對軌道的平順性提出了更高的要求,而路基是鐵路線路工程的一個重要組成部分,是承受軌道結(jié)構(gòu)重量和列車荷載的基礎(chǔ),它也是線路工程中薄弱、不穩(wěn)定的環(huán)節(jié)。路基幾何尺寸的不平順,自然會引起軌道的幾何不平順,因此需要軌下基礎(chǔ)有較高的穩(wěn)定性和較小的永久變形,以確保列車高速、安全、平穩(wěn)運行。由于軟土特殊的工程性質(zhì)和高速鐵路路基的特點,在一般情況下,多數(shù)路段地基的強度與穩(wěn)定性的處理難度都不大,不成為控制因素;給工程帶來的主要難題是沉降變形及其各種處理措施條件下的固結(jié)問題,所以路基沉降變形問題是高速鐵路設(shè)計中所要考慮的主控因素。 目前,計算沉降量與時間關(guān)系的方法有兩大類。類為根據(jù)固結(jié)理論,結(jié)合各種土的本構(gòu)模型,計算沉降量的各種有限元法;第二類為根據(jù)實測資料推算沉降量與時間關(guān)系的預(yù)測方法。 隨著工程實踐與科研工作的深入開展,類方法得到很大發(fā)展,相關(guān)人員提出了各種計算地基沉降的理論與方法。在這些方法中,有基于某些基本假設(shè)的理論公式,也有基于實測資料統(tǒng)計形成的經(jīng)驗公式。從學(xué)科發(fā)展的角度來說,采用嚴(yán)密的理論假設(shè)并通過先進的計算方法(如有限元程序等)來推算地基沉降的探索是我們應(yīng)努力的方向,但要使這些新的理論研究達到推廣應(yīng)用的程度,還需要一個較長的過程。 類方法由于其分析方法是建立在小土樣試驗得到的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系基礎(chǔ)上的,這種試驗在應(yīng)力水平、加載速率、邊界條件等方面,都和實際工程有很大差別,而且計算參數(shù)較多,一般又需通過三軸試驗確定,而有些單位還不具備做三軸試驗的條件,且不同的單位做出來的結(jié)果有較大的差別,加之壓縮、固結(jié)理論自身的缺陷性,導(dǎo)致沉降計算得不準(zhǔn)確性和地區(qū)差異性。相對而言,第二類方法以實測資料為依據(jù),估算地基沉降的平均趨勢,是一種實用價值比較高的方法。 重慶至萬州鐵路(也稱渝萬鐵路客運專線)是西南山區(qū)條有砟軌道高速鐵路,設(shè)計速度為250km/h。設(shè)計要求一般地段工后沉降不大于10cm,過渡段不大于5cm,年沉降速率不大于3cm。其路基分布為谷地相呈集窩狀,地基處理形式有高壓旋噴樁、多向攪拌樁、換填、CFG樁、螺桿樁,下臥地層多為軟質(zhì)巖泥巖、泥質(zhì)砂巖,受地下水影響容易軟化和風(fēng)化,橋隧及橋路、路隧過渡段多,沉降變形控制分析離散性大,不易進行綜合性評價。如何確定相應(yīng)的沉降變形評估參數(shù),建立適用的分析模型,在施工過程中更為精確地對路基變形進行評估分析和控制,實現(xiàn)運營安全質(zhì)量與效益,是該線建設(shè)的關(guān)鍵控制技術(shù)之一。 本書是在總結(jié)西南山區(qū)有砟軌道高速鐵路沉降預(yù)測數(shù)學(xué)模型研究的基礎(chǔ)上,經(jīng)過修改、補充、整理而成,以渝萬鐵路客運專線為例,對高速鐵路有砟軌道路基的沉降預(yù)測模型進行了系統(tǒng)的介紹,以期推動沉降預(yù)測技術(shù)的發(fā)展,有助于西南山區(qū)有砟軌道高速鐵路線下工程沉降變形分析和評估工作。本書既有理論模型,又有實證分析,可作為高速鐵路建設(shè)技術(shù)人員和高等院校相關(guān)專業(yè)本科生、研究生的參考用書。 參加課題研究的還有高玉明、陳林、畢立棟、繞雄、王作鈺、張橋、蔣樹平、李開蘭等,他們?yōu)楸緯耐瓿商峁┝嗽S多研究成果和實踐經(jīng)驗。參加編寫的還有王吳天、鄭亞輝、齊華等,在此一并表示衷心的感謝。 在資料的收集、調(diào)研和寫作過程中,作者得到了中鐵第四勘測設(shè)計院集團有限公司、渝萬鐵路有限公司、西南交通大學(xué)等單位有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、專家和學(xué)者的大力支持和熱忱幫助,謹(jǐn)向他們表示誠摯的謝意。 書中參閱了許多國內(nèi)外著作、學(xué)術(shù)論文等文獻資料,在此謹(jǐn)向文獻的作者表示由衷的感謝。 由于作者水平有限,不妥之處敬請批評指正。 收起全部
1 緒論1.1 沉降預(yù)測模型研究現(xiàn)狀1.2 沉降預(yù)測模型分類1.3 沉降預(yù)測模型選擇2 雙曲線模型2.1 基本原理2.2 實際應(yīng)用3 三點模型3.1 基本原理3.2 實際應(yīng)用4 拋物線模型4.1 基本原理4.2 實際應(yīng)用5 指數(shù)曲線模型5.1 基本原理5.2 實際應(yīng)用6 沉降速率模型6.1 基本原理6.2 實際應(yīng)用7 星野模型7.1 基本原理7.2 實際應(yīng)用8 Asaoka模型8.1 基本原理8.2 實際應(yīng)用9 泊松曲線模型9.1 基本原理9.2 實際應(yīng)用10 灰色理論預(yù)測模型10.1 基本原理10.2 實際應(yīng)用11 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)11.1 基本原理11.2 實際應(yīng)用12 ARMA模型12.1 基本原理12.2 實際應(yīng)用13 皮爾曲線模型13.1 基本原理13.2 實際應(yīng)用14 Sloboda模型14.1 基本原理14.2 實際應(yīng)用15 朗格繆爾模型15.1 基本原理15.2 實際應(yīng)用16 Boltzmann模型16.1 基本原理16.2 實際應(yīng)用17 Gompertz模型17.1 基本原理17.2 實際應(yīng)用18 Kalman濾波模型18.1 基本原理18.2 實際應(yīng)用19 冪指函數(shù)模型19.1 基本原理19.2 實際應(yīng)用20 對數(shù)曲線模型20.1 基本原理20.2 實際應(yīng)用21 Richards模型21.1 基本原理21.2 實際應(yīng)用22 移動算數(shù)平均預(yù)測模型22.1 基本原理22.2 實際應(yīng)用23 Weibull曲線模型23.1 基本原理23.2 實際應(yīng)用參考文獻