一种基于置信度分析的高速铁路路基沉降评估方法和系统与流程

本发明涉及铁路以及路基沉降预测分析，特别涉及一种基于置信度分析的高速铁路路基沉降评估方法和系统。

背景技术：

1、铁路运输在我国总体交通网络中占据骨干地位。近年来，基于我国高速铁路的飞速发展，铁路建设和运维已经成为拉动我国国内经济增长的重要动力以及对外展示国际形象的靓丽名片。我国对铁路的中长期发展进行了规划。但由于我国是一个软土广泛分布的国家，铁路线路势必要通过大量的软土地区。软土地区修建高速铁路所面临的一个重要的问题是地基沉降及工后沉降控制问题。针对不同等级的铁路，提出了不同的沉降控制标准，高速铁路无砟轨道的高平顺性需求，对路基工后沉降提出了更为严苛的要求，一般要求工后沉降需不大于15mm，这就使建设过程中必须对路基的最终沉降量进行准确的控制。

2、然而，现有技术中仍然存在如下技术缺陷：

3、第一，现行的工程设计和施工中主要以在设计阶段进行沉降计算和在施工阶段进行路基沉降观测预测与评估以进行工后沉降控制。但由于土体应力—应变关系的非线性，岩土参数的变异性和各向异性等因素，导致了理论计算方法，尤其是设计阶段的以分层总和法为基础的理论计算方法，对地基的沉降发展过程和最终沉降量的计算偏差较大。施工阶段的路基沉降观测预测与评估是以观测数据外推沉降发展过程和最终沉降量，由于沉降观测过程中受到地基处理形式、地质条件、观测条件等众多因素的影响，且上述因素对沉降预测结果的影响规律不清，采用沉降观测预测不易进行高速铁路路基沉降控制。

4、第二，现行的沉降观测预测方法的评价指标是基于经验定的，没有理论依据，基于置信度的这个评估方法给相关指标和量值的制定找到了理论依据。

5、第三，现有技术中并没有基于置信度分析的高速铁路路基沉降评估的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于置信度分析的高速铁路路基沉降评估方法和系统，通过分析不同观测精度、观测频次条件下以观测期、沉降预测稳定性要求、沉降完成率要求量值的变化规律，明确与目标置信度关联的沉降观测与预测分析的基本技术要求，提出基于置信度的沉降评估方法，并确定基于误差推导的沉降预测技术实施办法。

2、本发明的第一方面在于提供一种基于置信度分析的高速铁路路基沉降评估方法，包括：

3、s1，确定与目标标准差关联的基本技术要求，所述基本技术要求包括观测条件要求、沉降预测稳定性要求、沉降完成率要求，其中所述观测条件要求包括路基沉降观测期、观测精度以及观测频次；所述确定与目标标准差关联的基本技术要求包括：在不同观测精度和观测频次的条件下，基于所述路基沉降观测期、沉降预测稳定性要求、沉降完成率要求量值的变化规律，确定与目标置信度关联的沉降观测与预测分析的基本技术要求；

4、s2，基于所述与目标置信度关联的沉降观测与预测分析的基本技术要求进行高速铁路路基沉降评估，包括：观测条件要求的选用、系统误差的校正以及沉降预测结果的评估，所述评估的评价指标包括沉降预测稳定性、沉降完成率和目标标准差。

5、优选的，所述s1的核心和基础为确定无砟轨道路基目标标准差是2mm，有砟轨道路基目标标准差是4mm。

6、优选的，所述s2包括：

7、s21，选用曲线拟合模型，包括：分析不同曲线拟合模型对不同土性、地基处理形式软土地基沉降曲线拟合的相关系数、相对误差、变异系数，确定在相应条件下的最优预测模型，并基于所述最优预测模型下的预测沉降统计均值计算公式进行系统误差的校正；

8、s22，以基于置信度的沉降评估方法确定的观测精度和观测频次进行沉降变形观测；

9、s23，达到所述路基沉降观测期时，对沉降变形观测数据进行沉降预测，预测路基最终沉降量，并采用沉降预测的稳定性、沉降完成率和目标标准差为指标评估所述沉降预测的预测结果。

10、优选的，所述s21包括采用预测沉降统计均值经验公式进行系统误差的校正。

11、优选的，所述s21中不同曲线拟合方法包括：

12、对于砂井地基，曲线拟合方法的适用性按砂井间距和渗透系数进行分类选用，砂井间距的界限为dw＝2m，渗透系数的界限为kv＝8.0e-4m/d；所述天然沉积的软土地基是由渗透系数不同的多层土所组成，宏观上具有非均质性，将几个土层等效为厚度等于各土层之和、渗透系数为等效渗透系数的单一土层，等效渗透系数按式(21)和式(22)确定：

13、

14、式中：kj——每层土渗透系数(m/s)；

15、a——压缩系数(1/mpa)；

16、e——孔隙比；

17、rw——水的重度(kn/m3)；

18、kv——多层土等效渗透系数(m/s)；

19、h——每层土层厚度(m)；

20、正三角形布置的塑料排水板有效影响范围直径与塑料排水板间距的关系为式(23)：

21、dw＝1.05·s (23)

22、式中：dw——塑料排水板有效影响范围的直径(m)；

23、s——塑料排水板间距(m)。

24、优选的，所述沉降预测的稳定性基于一定时间间隔两次预测最终沉降量差值确定；

25、所述沉降完成率受天然地基和砂井地基由不同观测频次和观测精度影响；

26、所述目标标准差在相同观测频次条件下受到观测精度影响。

27、优选的，所述沉降预测的稳定性的计算公式如式(0)所示：

28、

29、式中：δ2——间隔3个月两次预测最终沉降量差值(mm)；

30、μi、μi+3——预测沉降统计均值(mm)；

31、σi、σi+3——预测沉降标准差(mm)。

32、本发明的第二方面在于提供一种基于置信度分析的高速铁路路基沉降评估系统，用于实施第一方面的方法，包括：

33、技术要求确定模块(101)，用于确定与目标标准差关联的基本技术要求，所述基本技术要求包括观测条件要求、沉降预测稳定性要求、沉降完成率要求量值和沉降预测拟合曲线的选用，其中所述观测条件要求包括路基沉降观测期、观测精度以及观测频次；所述确定与目标标准差关联的基本技术要求包括：在不同观测精度和观测频次的条件下，基于所述路基沉降观测期、沉降预测稳定性要求、沉降完成率要求量值的变化规律，确定与目标置信度关联的沉降观测与预测分析的基本技术要求；

34、路基沉降评估(102)，用于基于所述与目标置信度关联的沉降观测与预测分析的基本技术要求进行以沉降预测稳定性、沉降完成率、目标标准差为核心的高速铁路路基沉降评估。

35、本发明的第三方面提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如第一方面所述的方法。

36、本发明的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如第一方面所述的方法。

37、本发明的方法和系统的有益效果：

38、(1)提出了与目标置信度关联的沉降观测与预测分析的基本技术要求。对于高速铁路无砟轨道路基以σ＝2mm目标标准差控制沉降预测偶然误差，对于高速铁路有砟轨道路基以σ＝4mm目标标准差控制沉降预测偶然误差，确定了满足目标标准差要求的观测期、观测精度、观测频次等观测条件。

39、(2)提出基于置信度的沉降评估方法和分析流程。采用不同曲线拟合方法、不同软土地基条件下的预测沉降统计均值计算公式进行系统误差的修正，分析了不同软土地基形式、观测精度、观测频次条件下的沉降预测稳定性指标和沉降完成率的变化规律，提出以沉降预测稳定性、沉降完成率、目标标准差为核心的路基沉降评估方法。