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青藏铁路成败的关键在路基,路基成败的关键在冻土,冻土的关键问题在冻胀和融沉。路基下的冻土能否经受工程及全球气候变暖的考验,是厄待解决的问题。由此,青藏铁路冻土路基温度场及沉降变形预测显得尤为重要,本文在系统研究路基温度场预测材料热参数、热边界条件的基础上,进行了路基温度场预测简易操作平台的开发并开展了应用研究;同时将系统科学的一些计算方法引入到青藏铁路路基沉降变形预测中,得出以下结论:
1.应用神经网络可以比较精确地确定冻土的热物理参数,但是,要利用神经网络预测出比较合理的参数前提是确保神经网络训练样本自身准确,所以在应用神经网络预测中要及时删除不合理样本。
2.阴阳坡温度边界条件存在显著差异;道碴层具有一定的降温作用,北麓河现场试验表明道碴层下0.2m深度处年平均温度比其外侧路基填土相同高度处温度要低约1.78℃;提出了天然地表年平均地温的主要影响因素包括经度、纬度、高程、坡度、坡向和植被,地下热流分布具有一定的统计规律性,指出在数值模拟时要根据具体情况确定地下热流进行计算。
3.开发出基于Visual Basic、Ansys和Matlab的路基温度场简易操作平台,大大简化了路基温度场预测过程,为广大科研工作者和工程技术人员挖掘青藏铁路路基温度信息创造了有利条件。
4.路基温度场简易操作平台应用研究表明:(1)阴阳坡对计算结果存在显著影响,在模拟状态下,随着时间的推移,阳坡坡脚处的冻土上限将低于天然上限,在路基阳坡处将发生融沉变形,而阴坡冻土上限却高于天然上限;(2)初始年平均温度对计算结果具有一定的影响:在模拟状态下,当年平均温度高于-0.5℃时,阳坡坡脚下冻土上限下降速度急剧增加,对年平均温度高于-0.5℃的高温冻土区必须采取冷却路基的方法才能够保证路基下冻土的稳定性;由于气候升温,在低温冻土区会产生天然地面融化沉降速度大于路基融化沉降速度的现象;(3)底部热流边界对计算结果存在一定的影响,随着时间的推移,对计算结果的影响将不断加大,为保证计算结果的科学性和精确性,在对路基温度场进行预测时,必须对底部热流边界的合理取值进行分析研究
5.将神经网络、灰色系统、时间序列分析等系统科学方法引入到青藏铁路路基沉降变形预测中,有利于提高路基沉降变形预测效率,提升预测精度。