高速铁路路基沉降变形分析与预测方法研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着社会经济的发展和人民水平的提高，社会对运输的需求质量的要求不断提高，铁路是现代运输体系中的主干力量，它运输能力大、安全性高、速度快、运费低、污染小、不受气象及气候的影响，消耗较航空与公路运输低，高速铁路是铁路现代化的重要标志，高速铁路的实现为城市之间的快速交通来往和旅客的出行提供了极大的便利，同时也对铁路的选线与设计等提出了更高的要求。高速铁路是由性质迥异的构筑物（桥、隧，涵、路基等）和轨道构成的，它们相互作用、相互依存、相互补充、共同构成刚度均匀的线路结构。对于线路，轨道平顺性和稳定性依赖于一个强度高、刚度大且纵向变化均匀、长久稳定的路基。

路基的变形是影响列车速度和安全的主要因素之一，在高速情况下，路基在重负荷作用下所产生的累计沉降和不均匀沉降所造成的轨道不平顺严重影响列车运行速度，舒适度和线路养护工作量。因此对高速铁路路基沉降变形分析与预测方法研究十分必要，在施工设计阶段对变形测量进行规划、设计，施工时建立线下构筑物变形监测网，对线下构筑物进行变形观测，以及对沉降观测数据进行系统的综合分析与评估，以验证和调整设计参数与措施，使路基等达到规定的变形控制要求；通过分析、推算出最终的沉降量与工后沉降，合理确定铺设时间，确保轨道结构铺设的质量；根据实际观测数据，探讨适用于高速铁路沉降变形的预测方法，解决高速铁路线下工程的合理预测，推动沉降分析预测方法的进步。

总之，沉降变形观测分析与预测方法的研究是高速铁路建设的关键环节，且随着高速铁路进程的推进，高速铁路路基沉降变形分析与预测方法研究的需求越来越多，要求也越来越高，做好路基沉降变形分析与预测工作对高速铁路的健康发展具有重大意义。

2. 研究内容和预期目标

在高速铁路建设中，路基沉降变形监测是非常重要的工作之一。为确保高速铁路轨道的平顺性，必须确保铁路路基的稳定性。本课题研究高速铁路路基变形监测、分析与预测的基本方法，以期指导实际轨道施工。

1、从高速铁路路基施工角度分析路基变形监测的意义，研究高速铁路路基沉降变形观测的常用方法、变形监测的理论研究，提出相关实施方案来满足沉降的条件及要求，做好准备工作；

2、研究分析沉降变形时间序列的常用模型和方法，并对部分方法在高速铁路路基沉降监测中的适用性展开分析，以确定最优方法筛选；

3. 研究的方法与步骤

1）沉降变形预测方法主要包括常规的曲线回归方法以及智能预测方法。

常规的曲线回归方法主要有规范双曲线法、修正双曲线、三点法、verhulst法、asoaka法，指数曲线法、verhulst法、灰色gm（1，1）模型、变形过程指数法等等，以及相关适用性的分析:

规范双曲线是假定下沉平均速率以双曲线形式减少的经验推导法，要求荷载开始后的沉降实测时间至少6个月以上。修正双曲线法在规范双曲线法的基础上引入了荷载系数，在假定荷载增量加载速率变化不大的情况下，沉降变形的增量与荷载增量成正比。三点法预测模型可适用于工程施工的任何阶段的预测。指数曲线法适用于假定荷载一次施加或者突然施加的情况，具有非线性最小二乘计算精度的优点，当非线性最小二乘迭代的解法不收敛时，采用通过一系列的变化将非线性方程组转化为线性方程的第二种算法，为求解参数提供了很大的方便。verhulst模型只有在线性加载或近似线性加载的情况下，沉降．时问曲线呈s形。因此若加荷过程中存在间歇施工或加荷快慢不一致的情况，则沉降．时间曲线并不呈s形，用灰色verhulst模型预测可能会产生较大的偏差。所以应用灰色verhulst模型时，要考虑施工中的实际加载情况。asaoka法可适用于工程施工的任何阶段的预测，除具有非线性最小二乘的计算精度的优点外，当非线性最小二乘迭代的解法不收敛时，采用近似方法，这样保证了计算的精度。灰色系统法可适用于工程施工的任何阶段的预测，能够削弱原始数据中随机项的影响，并具有线性最小二乘法的优点。变形过程指数法可适用于工程施工的任何阶段的预测，该方法能够自动获取不同施工阶段的荷载系数，并纳入到沉降量的预测计算之中。

4. 参考文献

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5. 计划与进度安排

一、研究工作准备阶段（2022.01.20——2022.03.25）：

2022.01.20——2022.03.18为准备工作阶段，包括查阅资料、阅读部分参考文献及实验数据准备等；

2022.03.19——2022.03.25为开题阶段，主要工作是撰写开题报告等。