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基于PSO-SVM的无砟轨道路基沉降病害识别

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铁道科学与工程学报 2023年第11期20卷 4400-4411页

作者：任娟娟张亦弛刘伟章恺尧杜威西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 同济大学交通运输工程学院上海201804

为了探究实时、准确的路基不均匀沉降识别方法,以CRTSⅠ双块式无砟轨道路基沉降病害为研究对象,建立车辆-轨道-路基垂向耦合动力学模型,讨论不同路基沉降状态下的车辆-轨道系统振动规律,选取路基沉降识别敏感特征,并基于粒子群优化支持... 详细信息

为了探究实时、准确的路基不均匀沉降识别方法,以CRTSⅠ双块式无砟轨道路基沉降病害为研究对象,建立车辆-轨道-路基垂向耦合动力学模型,讨论不同路基沉降状态下的车辆-轨道系统振动规律,选取路基沉降识别敏感特征,并基于粒子群优化支持向量机算法实现对无砟轨道路基沉降病害的有效识别。研究结果表明:钢轨及道床的垂向位移对路基沉降变化较为敏感,随沉降幅值的增大而增大,随沉降波长的增大而减小,而路基沉降对钢轨及道床垂向振动加速度影响较小,利用轨道结构振动响应判断路基沉降状态可行性较低。车体、转向架及轮对垂向振动加速度随着路基沉降幅值增大而增大,其中车体、转向架对路基沉降幅值变化相对敏感,而轮对相对不敏感。随着沉降波长增加,车体与转向架垂向振动加速度先增大后减小,车体对沉降波长的敏感程度远高于转向架,故可将车体垂向振动加速度作为识别敏感特征。车体垂向加速度振动信号对无砟轨道路基沉降波长的识别准确率高于对沉降幅值的识别准确率,其中沉降幅值为20 mm时的识别准确率为84.78%,表明算法在该工况下的识别性能相对较低,但仍能保证一定的准确率,而对于无沉降和不同沉降波长工况,算法识别准确率接近100%。研究成果证明了粒子群优化支持向量机算法可实现对无砟轨道路基沉降的有效识别。

关键词：无砟轨道路基沉降动力响应粒子群优化算法支持向量机

基于多源检测数据融合的高速铁路路基沉降诊断研究

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铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 396-405页

作者：赵文博杨飞支洋尤明熙胡伟松中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 中国国家铁路集团有限公司工电部北京100844 中国铁路北京局集团有限公司工务部北京100086

高速铁路路基区段受环境变化、地下水开采等因素影响,可能会产生较大幅度的沉降,其中不均匀沉降对高速铁路运行安全、舒适和耐久性影响较大,因此,快速、有效地诊断运营高速铁路路基沉降非常重要。基于列车轨道动态检测数据、车载晃车仪... 详细信息

高速铁路路基区段受环境变化、地下水开采等因素影响,可能会产生较大幅度的沉降,其中不均匀沉降对高速铁路运行安全、舒适和耐久性影响较大,因此,快速、有效地诊断运营高速铁路路基沉降非常重要。基于列车轨道动态检测数据、车载晃车仪检测数据、台账信息等多源数据,研究不均匀沉降区段的轨道不平顺波长、幅值特征,建立轨道不平顺特征、列车运行速度和列车加速度之间的关联;同时,充分发挥不同数据源的优势,提取波长因子、幅值因子、车体动力响应因子、竖曲线因子、劣化率因子等能够反映路基不均匀沉降特征的指标。利用多源异构数据融合方法,统一各指标当量值,确定各指标融合权重,最终构建高速铁路路基沉降综合评价指标,建立相应计算公式。研究结果表明,路基不均匀沉降会引起较大幅值的轨道几何长波不平顺,进而导致车体加速度超限,并可以通过车载式晃车仪检测;同一区段轨道长波不平顺呈现趋势劣化时能侧面反映沉降的发生,但竖曲线是预先设计的坡度,对路基沉降诊断有一定干扰。路基沉降综合评价指标可以采用百分制,根据现场实践经验,以超过60分作为沉降发生的评判标准。通过3条高速铁路的实际验证,表明本方法能够有效发现路基沉降区段,及时提示工务部门精准维修。

关键词：路基沉降多源数据融合动态检测晃车仪

全风化千枚岩复合改良土试验研究及路基沉降数值分析

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铁道科学与工程学报 2023年第2期20卷 554-564页

作者：赵秀绍饶江龙陈子溪王梓尧赵林浩程安付智涛华东交通大学江西省地下空间技术开发工程研究中心江西南昌330013 华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013

为了充分利用江西北部地区广泛分布的千枚岩土和红黏土,设计红黏土掺和比(λ)分别为0,20%,40%,60%和100%,水泥掺量(ζ)分别为0,3%和5%的组合改良方案,开展水泥、红黏土复合改良千枚岩土的固结试验与直剪试验研究,并基于试验数据建立数... 详细信息

为了充分利用江西北部地区广泛分布的千枚岩土和红黏土,设计红黏土掺和比(λ)分别为0,20%,40%,60%和100%,水泥掺量(ζ)分别为0,3%和5%的组合改良方案,开展水泥、红黏土复合改良千枚岩土的固结试验与直剪试验研究,并基于试验数据建立数值模型,分析压实路基的工后沉降。固结试验表明:复合改良土的压缩模量(Es)随λ的增大近似线性增大,ζ从0增长至3%时Es增长迅速,而ζ从3%增长至5%时Es增长幅度较小;当λ=40%时,水泥掺量范围为0~3%和3%~5%时,Es相对水泥掺量为0时分别增长了116.6%和4.6%,因此水泥建议掺量为3%。直剪试验表明:黏聚力(c)随着λ的增大而大幅增大,内摩擦角(φ)随着λ的增大呈现出先增大后减小的规律;水泥掺量增加对抗剪强度指标均有提高作用,但提高幅度远远小于红黏土的作用。水泥与红黏土改良千枚岩土对比表明:水泥对千枚岩土的Es增长效果优于红黏土,红黏土对千枚岩土抗剪强度指标的提高效果优于水泥。有限元分析表明:路基沉降量随λ的增大而减小,变化规律可以用二次函数表示;路基沉降在水泥掺量0~3%范围内降低显著,在水泥掺量3%~5%范围内降低幅度较小;当λ=60%时,水泥掺量范围为0~3%和3%~5%时,路基沉降量相对水泥掺量为0时分别降低了108.2%和4.8%。根据高速铁路设计规范的沉降控制要求,建议改良方案为红黏土掺和比40%~60%,水泥掺量为3%的组合,此时对应的工后沉降量分别为15.0 mm和13.4 mm。

关键词：路基工程特殊土复合改良路基沉降优化设计

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路基沉降预测的灰色自记忆模型

工业建筑 2023年第S02期53卷 569-572页

作者：黄东尹雨阳谢学斌陈锐湖南省勘测设计院有限公司长沙410004 湖南省地质灾害监测预警与应急救援工程技术研究中心长沙410004 中南大学资源与安全工程学院长沙410083 长安大学公路学院西安710064

运用灰色系统理论与自记忆原理相结合的方法,将灰色系统理论导出的路基沉降量微分方程作为微分动力核,代入自记忆原理推导的离散形式自记忆方程中,建立路基沉降预测的灰色自记忆模型。结合温州旭阳路胜利塘段路基沉降现场监测结果,用试... 详细信息

运用灰色系统理论与自记忆原理相结合的方法,将灰色系统理论导出的路基沉降量微分方程作为微分动力核,代入自记忆原理推导的离散形式自记忆方程中,建立路基沉降预测的灰色自记忆模型。结合温州旭阳路胜利塘段路基沉降现场监测结果,用试算法确定最优回溯阶,建立路基沉降灰色自记忆模型,并与灰色系统理论模型进行对比分析。研究表明,路基沉降预测的灰色自记忆模型综合了自记忆原理的自身记忆性与灰色系统理论的指数特性,能够对道路路基的沉降趋与沉降速率进行拟合与预测,且具有较高的预测精度和较好的工程适应性,从而为道路路基的沉降预测提供了新的方法。

关键词：路基沉降自记忆原理灰色系统理论沉降预测回溯阶

双线盾构隧道开挖引起既有铁路路基沉降及盾构掘进参数研究:工程案例

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Journal of Central South University 2024年第1期31卷 272-287页

作者：刘翔张瑞房倩李倩倩姜谙男黎奎辰 College of Transportation Engineering Dalian Maritime UniversityDalian 116026China Key Laboratory of Urban Underground Engineering of Ministry of Education Beijing Jiaotong UniversityBeijing 100044China Beijing Urban Rapid Transit Construction Administration Corp. Beijing 100068China

为揭示盾构掘进参数对既有铁路路基沉降的影响规律,本文依托北京地铁16号线丰益桥南站至丰台站双线盾构隧道下穿既有铁路线路工程进行案例分析。将盾构掘进过程分为盾构穿越前、盾构穿越中和盾构穿越后三个阶段。实测数据表明,路基沉降... 详细信息

为揭示盾构掘进参数对既有铁路路基沉降的影响规律,本文依托北京地铁16号线丰益桥南站至丰台站双线盾构隧道下穿既有铁路线路工程进行案例分析。将盾构掘进过程分为盾构穿越前、盾构穿越中和盾构穿越后三个阶段。实测数据表明,路基沉降在盾构穿越前逐渐增大,在盾构穿越过程中急剧增大,在盾构穿越后趋于稳定。将盾构管片及时封闭成环,施作补偿注浆、二次注浆,有利于控制路基沉降。此外,盾构掘进参数对控制路基沉降具有至关重要的作用。研究结果表明:盾构掘进速度越快引起的路基沉降越大,继而引起较大的土仓压力,并伴随刀盘扭矩和盾构总推力的骤减;由于盾构过程中出土量易于控制,因此其对路基沉降影响不大;然而,如果同步注浆量控制不当,将导致既有路基向上隆起。本研究为盾构开挖下穿多条既有铁路线路引起的路基变形控制以及盾构掘进参数设置提供参考和指导。

关键词：路基沉降盾构掘进参数既有铁路盾构隧道

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无砟轨道路基不均匀沉降区高速列车动力特性

西南交通大学学报 2023年第1期58卷 133-140页

作者：张乾蔡小培钟阳龙王启好董博北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

为研究路基不均匀沉降对无砟轨道损伤及高速列车动力响应的影响,基于混凝土塑性损伤理论,建立了可考虑无砟道床混凝土损伤行为的车辆-无砟轨道-路基耦合动力学模型,并与线弹性模型计算结果进行对比,分析路基不均匀沉降波长、幅值及行车... 详细信息

为研究路基不均匀沉降对无砟轨道损伤及高速列车动力响应的影响,基于混凝土塑性损伤理论,建立了可考虑无砟道床混凝土损伤行为的车辆-无砟轨道-路基耦合动力学模型,并与线弹性模型计算结果进行对比,分析路基不均匀沉降波长、幅值及行车速度对高速列车动力学特性的影响.结果表明:路基不均匀沉降会造成无砟道床损伤,塑性损伤模型计算结果更能反映轨道服役状态;在各车辆动力学指标中,车体垂向加速度受路基沉降幅值影响最大;车辆动力学响应对波长20 m以下的路基不均匀沉降较为敏感,应对其重点关注;行车速度的增大会增加车辆动力响应,使轮轨作用力明显提升,车辆平稳性指标呈现接近线性的增长趋势.

关键词：路基沉降无砟道床塑性损伤动力分析

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光斑质量评价在路基沉降监测系统中的应用

激光与光电子学进展 2023年第4期60卷 333-341页

作者：闵永智孙天放兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070

相机链式路基沉降监测系统通过图像式测量的方法可以实现高精度、非接触的铁路路基沉降监测。图像式测量的精密性和灵敏性对准确快速评估系统性能提出了要求,需要变定期维护为动态维护,提出了利用光斑图像质量反映系统性能的策略。引入... 详细信息

相机链式路基沉降监测系统通过图像式测量的方法可以实现高精度、非接触的铁路路基沉降监测。图像式测量的精密性和灵敏性对准确快速评估系统性能提出了要求,需要变定期维护为动态维护,提出了利用光斑图像质量反映系统性能的策略。引入了边缘清晰度、相对亮度、图像信息熵、光线垂直程度4个参数用以评估光斑质量,应用层次分析法和熵权法确定上述参数所占权重,构建了光斑质量综合评价模型,完成了模拟实验和现场实验。模拟实验结果表明,该模型能很好地跟踪光斑图像质量分数变化,具有较好的灵敏性;现场实验结果表明,该模型评价光斑质量结果准确,分析得出设置质量分数阈值为0.95,定位误差小于1 mm(沉降测量规范中允许误差范围)。当光斑图像质量分数持续未达到阈值且超过静置时间时,系统需要维护,实现了系统状态实时监测以及动态维护功能。

关键词：路基沉降图像式测量设备维护光斑质量评价层次分析法熵权法

路基沉降下有轨电车动力学分析及其安全运营速度研究——以南京麒麟有轨电车为例

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路基沉降下有轨电车动力学分析及其安全运营速度研究——以南京麒...

作者：龚振南京理工大学

学位级别：硕士

现代有轨电车作为一种无污染、运量大、造价低的公共交通工具,能够有效地缓解城市地面交通压力,解决人们的日常生活需要。然而随着有轨电车日积月累地运行,其路基会不可避免地产生不均匀的沉降。路基的不均匀沉降极大地影响了有轨电车... 详细信息

现代有轨电车作为一种无污染、运量大、造价低的公共交通工具,能够有效地缓解城市地面交通压力,解决人们的日常生活需要。然而随着有轨电车日积月累地运行,其路基会不可避免地产生不均匀的沉降。路基的不均匀沉降极大地影响了有轨电车的运行速度,对有轨电车的安全、高效率运营提出了挑战。因此,开展针对路基不均匀沉降对有轨电车安全运营速度的影响研究具有重大意义。本文以南京麒麟有轨电车系统为研究对象,在理论分析、数值模拟与预测的基础上,深入研究路基不均匀沉降与有轨电车安全运营速度的关系。主要的研究工作包括以下几个方面:(1)以南京麒麟有轨电车为研究对象,建立轨道-路基-车辆耦合结构动力学有限元模型。考虑到车辆悬挂系统的相关动力学特性,基于达朗贝尔原理建立了有轨电车运动学方程;对车轮及其驱动转向架的各自由度加以限制,从而模拟仿真出了有轨电车实际的运行状态;并利用HERTZ非线性接触模型以及蠕滑理论,构建了轮轨接触模型,以实现车轮与钢轨之间的耦合效果。(2)采用有限元分析软件ABAQUS,深入研究了路基不均匀沉降下轨道动力学特性。综合分析有轨电车运行经过沉降路段的不同位置时轨道各结构的动力响应,量化轨道结构各构件在路基发生不均匀沉降时动力学特性差异,并且同时研究路基不均匀沉降对轨道结构动力学的影响,从而获得了路基不均匀沉降与轨道结构动力响应的关系。对比分析后得到随着路基沉降量的加大,轨道各结构各项动力学指标均产生了不同程度的上升,且路基沉降量最大处的轨道最易受到破坏,这为有效控制路基沉降以实施路基维护提供决策依据。(3)深入细致地研究了不同路基沉降量下有轨电车的安全运营速度。基于车轨系统动力学特性的有限元仿真分析,获得了不同沉降工况下有轨电车运营速度对车轨系统的动力学影响的变化规律;在分析有轨电车运行的安全性与平稳性指标的基础上,研究了路基沉降量和运营速度对脱轨系数、轮重减载率及车体振动加速的影响规律,提出了路基沉降下有轨电车安全运营速度确定的方法,这为制定不同沉降量下有轨电车安全运营速度提供技术支撑。(4)以南京麒麟有轨电车线路为研究对象,结合实际监测数据,采用LSTM神经网络对路基沉降量进行预测,获得未来5年的路基沉降量。在此基础上,以有轨电车安全性和平稳性为目标,初步制定了麒麟有轨电车安全运营速度控制表。论文的研究成果将为南京麒麟有轨电车安全运营速度的制定提供参考,也为有轨电车线路的管理和养护提供决策支持。

关键词：有轨电车路基沉降安全运营速度动力响应有限元仿真

基于DEM-MFBD方法的有砟轨道路基不均匀沉降影响分析

同方学位论文库评论

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土木与环境工程学报（中英文） 2023年第4期45卷 10-18页

作者：余翠英雷红博罗文俊马斌华东交通大学理学院南昌330013 华东交通大学土木建筑学院南昌330013 中铁二局集团有限公司成都610013

针对有砟轨道路基不均匀沉降现象,开展有砟轨道结构整体变形分析。基于离散元—多柔性体动力学耦合方法(DEM-MFBD),建立了一种简化的2.5维有砟轨道耦合模型,并将其用于有砟轨道细观力学特性研究。基于此耦合模型特性,提出荷载及刚度折... 详细信息

针对有砟轨道路基不均匀沉降现象,开展有砟轨道结构整体变形分析。基于离散元—多柔性体动力学耦合方法(DEM-MFBD),建立了一种简化的2.5维有砟轨道耦合模型,并将其用于有砟轨道细观力学特性研究。基于此耦合模型特性,提出荷载及刚度折减方法,对不同路基沉降波长、幅值下有砟轨道结构整体受力变形进行计算分析,在此基础上研究路基不均匀沉降对轨枕空吊的影响规律。结果表明:路基沉降幅值和波长的增加均导致轨道不平顺明显增大,并促使道床应力集中位置外扩;钢轨沉降面积与路基沉降面积的比值(S_(1)/S_(0))可以反映轨枕空吊情况;路基沉降幅值为10~15 mm时出现轨枕空吊,建议沉降限值不超过10 mm,以便工务部门控制轨枕空吊和轨道不平顺等病害。

关键词：有砟轨道离散元法多柔性体动力学路基沉降刚度折减轨枕空吊