[发明专利]一种循环列车荷载作用下高铁路基长期沉降预测方法

说明书

一种循环列车荷载作用下高铁路基长期沉降预测方法，步骤如下：（1）观测得到路基已有沉降数据及路基基床表层荷载，得出路基土体的压缩模量；（2）根据观测数据拟合成对数函数，得到计算中所需的参数值；（3）将前两步中得到的参数值代入本构方程中；（4）采用有限差分法对本构方程进行离散，并代入路基基床表层荷载；（5）通过迭代法对有限差分法所得的方程进行求解，计算出路基在长期高铁列车荷载作用下的沉降；（6）根据实时观测数据不断验证并修正参数值，进而使得路基沉降预测值更加准确。本发明首次采用状态演化本构模型对高铁路基受长期列车荷载作用的沉降变形进行预测，本方法简单易行且精确，具有很好的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及一种循环列车荷载作用下高铁路基长期沉降预测方法，属高铁路基技术领域。

背景技术

随着中国社会经济的发展和人民生活水平的提高，中国高铁技术也在不断发展并已达到世界前沿水平。为保证高铁列车高速运行的安全性及稳定性，高铁路基沉降控制的要求十分严格，而长期的高铁列车循环动荷载对高铁路基沉降产生的影响较大，不然忽视，因此工程中十分重视高铁路基长期的沉降变形。目前，针对高铁路基长期沉降预测的研究中，常规的方法局限于数值模拟的方法，该方法所花的时间和精力投入较大，需要耗费巨大的计算机资源，且预测结果过于依赖模型参数取值。此外在高铁路基工程现场定点定期的观测，仅能反映路基当时的沉降情况，无法对长期列车荷载作用下路基的沉降进行有效的预测。

因此，提出一种循环列车荷载作用下高铁路基长期沉降预测方法，通过已有的高铁路基沉降观测数据对路基未来即将发生的沉降量进行预测预警，进而防范工程风险发生的可能性，是非常具有工程应用价值的技术问题。

发明内容

本发明的目的是，为了解决现有技术无法对长期列车荷载作用下路基的沉降进行有效的预测的问题，提出一种循环列车荷载作用下高铁路基长期沉降预测方法。

本发明实现的技术方案如下，一种循环列车荷载作用下高铁路基长期沉降预测方法，所述方法步骤如下：

(1)观测得到路基已有沉降数据及路基基床表层荷载，并进行基本土工试验得出路基土体的压缩模量。

(2)根据观测数据拟合成对数函数，得到计算中所需的参数值。

(3)将上一步中得到的参数值代入本构方程。

(4)采用有限差分法对本构方程进行离散，并代入观测所得的路基基床表层荷载。

(5)通过迭代法对有限差分法所得的方程进行求解，最终预测出路基在长期高铁列车荷载作用下的沉降。

(6)根据现场实时观测数据，不断验证并修正第(2)步中所得的参数值，进而修正本发明方法的计算结果，使得路基沉降预测值更加准确。

所述拟合成对数函数为：

w＝C₁ log(1+C₂t)

式中：w为高铁路基的沉降值；t为时间；C₁与C₂是待定系数，根据观测得到随时间变化的路基沉降数据，拟合出上述对数函数的曲线，即可得到C₁与C₂。

所述本构方程为：

式中：σ为路基表层受到的动应力；为路基表层受到的动应力对时间的一阶导数，通过观测所得的路基基床表层荷载可得；E为路基的压缩模量，通过基本土工试验测得；γ为路基应变；为路基应变对时间的一阶导数(以下简称为应变率)；D为模型中的流化参数；为模型中的流化参数对时间的一阶导数；γ_c为特征应变；为模型参数，通常或更小；