戈壁地区高速铁路沉降变形监测与预测研究

论文摘要

兰新第二双线铁路是目前我国第一条集“高原、高寒、高速”为一体的铁路，线路沿线主要以戈壁滩为主，自然环境恶劣。为了满足高速铁路高平顺性、高稳定性的要求，保证列车能够安全、平稳、舒适的运行，我们必须对其线下构筑物进行沉降变形监测与预测，掌握沉降变形的发展趋势，提出相应的解决方案，确保高速铁路的安全稳定。本文以兰新第二双线铁路为依托工程，首先阐述了戈壁地区路基的基本工程特性，随后对其沉降变形监测和预测方法进行了深入的研究，具体工作如下：(1)结合兰新第二双线铁路工程的实际情况，对戈壁地区的地质条件及自然环境做了详尽的介绍，并对戈壁地区沉降变形的机理以及发展规律进行了分析研究。(2)通过对现有沉降观测方法的分析研究，结合无线传感器技术及其GPRS技术设计了一套沉降变形自动化监测系统。它主要由监测单元、数据采集单元、数据传输单元和数据监控单元四部分组成。其主要特点为实时、快速、准确、全天候、自动化。(3)结合兰新第二双线铁路工程的实测数据，对所选的4个断面的观测值分别采用双曲线法、指数曲线法、三点法、Asoaka法、泊松曲线法、遗传算法双曲线、灰色系统GM(1,1)和抛物线法进行曲线拟合，并从适用性、稳定性和准确性等方面进行优化比选，对曲线拟合及预测精度做出评价，从而得到稳定性好、精度高、操作方便、适合于戈壁滩地区高速铁路沉降变形预测的方法。经过研究，决定以灰色系统GM(1,1)作为戈壁滩地区高速铁路沉降变形预测的最优方法，以遗传算法双曲线作为次优方法。(4)利用Access、Matlab、VB三种软件，建立起一套完整的沉降预测系统。该系统应包括数据录入、数据修改、数据查询、沉降预测、曲线图形绘制等几个方面。能够实现数据库的管理、数据库的查询和沉降数据的分析预测等功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 本课题研究领域国内外发展现状
• 1.2.1 沉降变形监测的发展动态
• 1.2.2 沉降变形预测的发展动态
• 1.3 本课题研究的主要内容及技术路线
• 1.3.1 本课题研究的内容
• 1.3.2 本课题的章节安排
• 1.3.3 本课题研究的技术路线
• 2 兰新高铁概况及戈壁地区路基沉降机理
• 2.1 兰新铁路第二双线概况
• 2.1.1 线路概况
• 2.1.2 沿线工程地质特征
• 2.2 戈壁地区路基沉降变形机理及其特征
• 2.2.1 戈壁地区路基沉降机理
• 2.2.2 戈壁地区路基的沉降变形特征
• 2.3 戈壁地区地基处理设计原则
• 2.3.1 戈壁地区松软土
• 2.3.2 戈壁土
• 2.4 论文试验段选取
• 2.4.1 试验数据概况
• 2.4.2 试验数据荷载-时间-沉降曲线图
• 3 戈壁地区高速铁路路基沉降自动化监测系统方案设计
• 3.1 工程中常用的沉降监测方法介绍
• 3.1.1 地表沉降量监测方法介绍
• 3.1.2 路基内部沉降量监测方法介绍
• 3.2 路基沉降自动化监测系统在兰新高铁项目中的可行性分析
• 3.2.1 建立路基沉降自动化监测系统的必要性
• 3.2.2 建立路基沉降自动化监测系统的安全性
• 3.2.3 建立路基沉降自动化监测系统的可行性
• 3.3 路基沉降自动化监测系统整体的设计方案
• 3.3.1 监测单元
• 3.3.2 数据采集单元
• 3.3.3 数据传输单元
• 3.3.4 数据监控单元
• 4 戈壁地区高速铁路沉降变形预测方法研究
• 4.1 沉降预测方法分类
• 4.1.1 曲线拟合法
• 4.1.2 系统分析法
• 4.1.3 地基参数反演类
• 4.1.4 沉降预测方法精度评定的指标
• 4.2 现有沉降预测方法的适应性
• 4.3 使用各类曲线拟合实测曲线
• 4.3.1 各类曲线参数及其拟合方程汇总
• 4.3.2 各类曲线参数拟合曲线图
• 4.3.3 各断面不同方法拟合曲线关联度分析
• 4.4 利用前期实测数据来预测后期的沉降量
• 4.5 遗传算法双曲线
• 4.5.1 遗传算法双曲线建立的原理及步骤
• 4.5.2 Matlab 遗传算法工具箱概述
• 4.5.3 遗传算法双曲线的实际应用
• 4.6 灰色系统原理及其工程应用
• 4.6.1 灰色系统理论简介
• 4.6.2 GM（1,1）模型建模
• 4.6.3 GM（1,1）灰色模型的应用研究
• 5 兰新高速铁路沉降观测数据预测系统及应用
• 5.1 系统数据库建立
• 5.1.1 Microsoft Office Access 软件简介
• 5.1.2 数据库的建立
• 5.2 采用 MATLAB 编程实现沉降预测
• 5.2.1 Matlab 软件简介
• 5.2.2 采用 MATLAB 编程建立预测模型
• 5.3 沉降预测系统的集成与实现
• 5.3.1 系统界面的设计
• 5.3.2 系统界面的连接
• 5.4 系统的集成与实现
• 5.5 兰新高速铁路沉降观测数据预测系统的应用
• 5.5.1 所选断面的工程概况
• 5.5.2 系统观测信息的添加、删除和查询
• 5.5.3 系统中沉降预测功能的应用
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献