重复列车荷载作用下季节性冻土区桥墩-基础场地振动特性及长期变形分析

基于高速列车运行引起的轨道-桥梁-桥墩-季节性冻土区场地的地面振动和沉降问题, 选取哈大高速铁路铁岭至四平段某桥墩及周围基础场地为测试段, 对实测数据从时域和频域两方面进行分析, 研究了桥墩及周围不同场地的振动特性, 结果表明:桥墩和基础场地的振动特性存在很大的差异, 基础场地对振动有放大效应, 且不同基础场地对振动的放大效果也明显不同。结合实测概况建立了桥墩-基础场地有限元数值模型, 分析桥墩及基础场地在不同季节的振动传播特性, 以及基础场地土体内部的应力分布情况, 并利用累积塑性应变模型对重复列车荷载作用下季节性冻土区基础场地的沉降变形进行分析, 发现场地振动加速度峰值随与桥墩距离R的增大而衰减, 且在冻结季的振动衰减速度明显小于非冻结季的; 基础场地地表的累积沉降在距桥墩R=0.5 m处最大, 且随着列车荷载作用次数的增加而增加, 最后逐步趋于稳定。     

基于遗传优化神经网络的高速公路路基沉降量预测

控制路基沉降是公路工程中的一个关键技术问题,而路基沉降与其影响因素之间存在着线性、非线性关系。当输入自变量较多时,用传统神经网络建模容易出现过拟合现象,导致网络模型预测精度较低。针对此问题,本文用遗传算法对神经网络模型的权值和阈值进行优化,同时讨论遗传参数的设定对输出结果的影响。通过对成南高速的实测数据进行仿真,试验结果表明:优化后的BP神经网络具有较高的预测精度,预测效果明显优于传统神经网络模型的输出结果,该预测方法可作为高速公路路基长期沉降预测的一种有效辅助手段。     

BP神经网络算法考虑激活函数后对强震路基塌陷变形预测研究

当前强震后铁路路基变形预测中,相关算法未能考虑激活函数的非线性属性,造成非线性变形特征数据提取不完整,且其特征数据存在偏差,陷入局部最优解。文章提出BP神经网络算法考虑激活函数后对强震路基塌陷变形预测方法,采用双极S因子补偿ReLU非线性激活函数,优化BP神经网络算法,解决非线性路基变形特征数提取问题。利用数据标准化归一方法,对已修正提取的全部变形特征数据进行偏差数据归一,得到路基变形特征数据集合,结合强震后路基变形连接权值计算路基变形预测值,完成强震路基塌陷变形预测。结合实测结果,在matlab下进行预测实验,结果表明所提混合方法可以有效地对水平地震作用下铁路路基塌陷变形程度进行预测,且预测值在误差允许范围内,为铁路的安全运行以及实时维护提供重要依据。     

总体最小二乘在沉降监测数据中的应用研究

总体最小二乘估计方法顾及系数矩阵和观测向量误差,具有最小二乘估计方法无法对系数矩阵进行改正的独特优势,在数据处理中具有广泛的应用.基于此,对目前总体最小二乘估计中的参数求解方法和精度提升方法进行了阐述,之后采用路基沉降工程实例,对最小二乘和总体最小二乘预测精度进行比较分析.实验结果表明,总体最小二乘算法的精度更高.     

缩短核磁共振测定冻土未冻水含量实验时间的方法

为利用核磁共振(NMR)技术更快地测试得到冻土中未冻水的含量, 首先对传统的单试样测试方法进行了分析, 探究了其实验时间过长的原因. 然后, 基于传热学中的集总参数法, 研究了小体积试样在空气中以自然对流传热为冷却方式的温度变化特征. 根据试样温度与时间的对应关系, 提出了多试样连续测试法. 最后, 以一种黏土为例, 分别利用多试样连续测试法和单试样测试法测量了土样冻结过程中NMR信号强度随温度变化的关系. 实验结果表明: 二者的测量结果非常接近, 但连续测试法耗费的时间非常少. 综合比较两种利用NMR技术所耗费的时间和实验结果的精确程度, 多试样连续测试法是可行的.     

基于SPH方法的非饱和多孔介质相变耦合研究

在考虑相变的热能平衡方程和非饱和水分迁移质量控制方程的基础上,建立温度场-水分场的耦合模型,并采用一种无网格粒子算法（SPH）进行数值求解。其中,耦合方程中考虑了水流传热以及温度势对水流的直接驱动,在不考虑相变的情况下,该耦合模型可退化为常温下的水-热耦合模型,故可用于模拟冻融循环的相关问题。从求解热能平衡方程中的含冰量出发,实现解耦并对半无限单向冻结条件下介质内非稳态温度场和体积含水率分布场进行模拟,将耦合作用下的温度场与不耦合的解析解进行对比,反映出水分迁移对温度场存在较大影响。最后,求解了路基边坡在季节性周期温度边界下,温度场、水分场分布的演变规律,并评估了边坡阴阳面受热不均对水热两场分布的影响。计算结果基本能反映土冻结相变的实际物理过程,光滑粒子算法可以用于尝试解决冻土领域的其他相关问题。     

饱和冻土中弹性体波传播特性影响参数研究

基于Leclaire对饱和双相孔隙弹性介质Biot模型的扩展,研究含有两种不同固相组分的三相多孔弹性介质中体波的传播特性。以饱和冻土为例,分析了各相体积分数、颗粒形状,接触参数等因素对波动方程中惯性参数、黏性参数、刚度参数的影响;对该三相介质模型进行了退化,分析了孔隙中只含液态水或固态冰时体波的特性;以饱和冻土为例,通过数值计算,探讨了饱和冻土中体波的相速度和衰减系数与胶结参数、接触参数、频率、饱和度、孔隙率等参数的关系。结果表明：与一般的饱和土不同,饱和冻土中存在5种体波,即3种纵波和2种横波;5种体波均具有弥散性和衰减性,且P1波、S1波弥散性和衰减性远小于P2、P3、S2波;胶结参数、饱和度、孔隙率对5种体波的传播特性影响显著,接触参数对传播特性影响较小。     

粉质黏土填料在K30试验加载进程中的变形时间效应状态分析

变形稳定标准和分级加载制度是影响K30试验效率和准确性的关键因素,与加载进程中填土的变形时间效应状态密切相关。开展了3组最优含水率下压实系数K分别为0.90、0.95和1.00填土模型的小型平板载荷试验,获得了不同荷载作用下填土变形时程曲线和弹塑性变形数据,讨论了在K30试验加载进程中填土变形状态的变化及其对加载稳定时间的影响。试验表明：良好压实的粉质黏土填料,在K30试验进程中的变形以弹性为主,处于缓慢收敛状态,随着加载级数增加,塑性变形比例逐渐增大,变形时间效应呈现出由微弱进入明显状态的演化趋势,变形1.25 mm对应于缓慢收敛中的微弱时间效应亚状态;“变形速率不超过0.01 mm/min”变形稳定标准分级加载时间随时间效应指数呈加速增长规律,能在保证试验精度的基础上提高试验效率;以最大荷载下填土变形时间效应不应超过显著状态、变形量不小于1.25 mm为约束条件,针对5级加载、0.04 MPa荷载增量的加载制度,可得K30试验的适宜范围为60～160 MPa/m。     

土工格室补强路基整治路基病害的试验研究

土工格室广泛运用于道路或铁路路基的补强和病害整治,针对不同几何尺寸土工格室的整治效果不同,采用焊距为340、400、680 mm和高度为0.10、0.15、0.20 m组合的9种不同规格土工格室进行整治铁路基床下沉病害的现场试验,并与换砂法试验进行了对比,分析不同整治法的轨下动应力衰减规律。结果表明,格室每增高0.01 m,动应力衰减增加约0.6%～1%;焊距每增加100 mm,动应力衰减降低约5%;相比较于换砂法,土工格室法轨下动应力衰减快、分布均,路基强度高,表明换填厚度的大小与整治方法密切相关。在试验的基础上提出了换填厚度设计容许应力法,综合考虑了路基应力水平、格室与砂垫层动应力衰减性能以及路基基床土的容许承载力,为换填厚度设计提供了理论设计方法。     

南祁连盆地木里冻土区天然气水合物烃源岩特征及评价

中国地质调查局2008年在南祁连盆地木里冻土区采集到了中国陆域第一例天然气水合物实物样品,对于天然气水合物的气体来源存在不同的认识。利用新完钻3口井样品的化验分析结果,分析了中侏罗统和上三叠统烃源岩有机地球化学特征。结果表明,中侏罗统江仓组、木里组煤系地层烃源岩有机质丰度较高,TOC(总有机碳含量)大于1%的样品占78.9%;氯仿沥青"A"含量大于0.1%的占总数的72.2%;有机质类型以Ⅱ_2、Ⅱ_1型为主;镜质体反射率R_o多介于0.7%~1.2%之间;71个样品生烃潜量平均值为8.8mg/g,总体处于生烃高峰期的生油阶段或凝析油阶段,属于好、很好烃源岩,为天然气水合物主力生烃层系。上三叠统尕勒得寺组亦为煤系地层烃源岩,TOC含量大于1%的样品占76.9%;氯仿沥青"A"含量小于0.05%;有机质类型以Ⅲ、Ⅱ_1型为主;镜质体反射率Ro介于1.1%~1.77%之间;总体处于生湿气或干气阶段,但由于构造抬升影响其生烃潜量,平均值仅为0.35mg/g,当前整体生烃能力较差,为非烃源岩或较差烃源岩,对天然气水合物成藏贡献不大。