西南山区高速铁路路堑高陡边坡安全性评价体系研究及其应用

论文摘要

随着国民经济的快速发展以及国家交通基础设施建设力度的加大,高速铁路的建设已经成为我国近期工程建设的重要内容。其中西南山区拟建、在建的有贵广、成渝、兰渝、成贵、成西等高速铁路,由于建设需要,沿线形成了大量的路堑高陡边坡,改变了岩土体原有的地质环境平衡,在环境与工程因素影响下,极易产生边坡失稳和垮塌等地质灾害,对铁路交通基础设施及运营安全造成极大的危害。因此,研究科学且实用的西南山区高速铁路路堑高陡边坡安全性评价方法,为西南山区铁路路堑边坡的建设与运营安全提供依据,很有必要。论文主要是以铁道部重点科研项目—高陡边坡运营安全防灾监控及报警系统技术研究（2010G018-E-4）为依托,通过对西南山区铁路（贵广、兰渝、成绵乐三条铁路）沿线实际地质资料调研分析、边坡安全性评价方法的对比分析、边坡安全稳定性影响因素以及边坡安全性主控因素及其权重等的相关研究,建立了西南山区高速铁路路堑高陡边坡安全性评价体系。通过对贵广铁路、兰渝铁路、成渝铁路以及成绵乐城际铁路沿线的高陡边坡安全性评价应用,得出本文建立基于粗糙集—支持向量机的西南山区边坡安全性评价方法是合理可行的。论文取得的主要成果如下：1.通过对比分析了现有的定性分析方法、定量分析方法和不确定性分析方法这三大类边坡安全稳定性分析评价方法及其优缺点,得出基于粗糙集、支持向量机的边坡不确定分析方法,在解决边坡工程中出现的大量模糊性和不确定性因素,样本数量有限等问题方面具有独特优势。2.通过查阅文献资料和现场调研资料的整理分析,依据科学合理的分析与判释,按照边坡安全稳定性影响因素的重要性,分别建立了西南山区铁路土质边坡和岩质边坡安全性评价的三级指标体系,为边坡安全性评价主控因素的分析奠定了基础。3.采用粗糙集理论属性约简的思路与方法对边坡安全性评价影响因素进行了约简分析,得出了西南山区铁路岩质路堑边坡安全性评价主控因素为边坡坡度、岩体基本质量、坡面与主要结构面产状关系、边坡支护情况和降雨因素；土质路堑边坡安全性评价的主控因素为边坡坡度、内聚力、内摩擦角、边坡支护情况和降雨因素。分析表明,约简后的边坡安全性评价主控因素可较全面的反映西南山区边坡安全稳定性的主要影响因素,为建立基于主控因素的边坡安全性评价体系打下基础。4.利用粗糙集理论中的属性重要度的概念,给出了西南山区铁路土质边坡和岩质边坡安全性评价各主控因素的相对权重值。通过权重值的大小可以很清晰的反映评价指标间的相对重要程度排序,并在后续评价模型的建立中考虑各主控因素权重,提高了模型的训练预测精度。5.利用支持向量机理论训练建立了边坡安全性等级和边坡安全性评价主控因素之间的映射关系,构建了基于粗糙集—支持向量机理论的西南山区铁路边坡安全性评价模型。利用该评价模型,基于现场勘查调研,只需要输入铁路沿线边坡安全性评价各主控因素的相应量值,就可以快速、准确且批量的输出边坡安全性的评价等级,大大降低了边坡现场勘查调研工作任务量,显著提高了边坡安全性的评价效率。6.将基于粗糙集—支持向量机理论的西南山区路堑高陡边坡安全性评价方法应用于西南山区贵广铁路、兰渝铁路、成渝铁路以及成绵乐城际铁路沿线高陡边坡的安全性评价,并与专家经验法进行比较,验证了本模型及安全性评价系统的合理性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 边坡分类研究现状
• 1.2.2 边坡失稳破坏模式
• 1.2.3 边坡安全性评价方法研究现状
• 1.2.4 边坡安全性评价指标研究现状
• 1.2.5 存在的问题和不足
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究思路及技术路线
• 1.4 论文创新性成果
• 第2章 西南山区铁路沿线工程地质概况及边坡特征
• 2.1 西南山区铁路沿线地形地貌特征
• 2.2 西南山区铁路沿线边坡地层岩性
• 2.3 西南山区铁路沿线地质构造
• 2.4 西南山区铁路沿线气象水文地质条件
• 2.5 西南山区铁路沿线地震动参数区划
• 2.6 西南山区铁路沿线不良地质
• 2.7 西南山区铁路路堑边坡特征
• 2.8 西南山区“高速铁路高陡边坡”条件的厘定
• 2.9 西南山区铁路工程设计概况
• 2.10 本章小结
• 第3章 西南山区铁路边坡安全性评价指标的建立
• 3.1 概述
• 3.2 建立评价指标的意义
• 3.3 选取评价指标的原则
• 3.3.1 针对性原则
• 3.3.2 层次性原则
• 3.3.3 主导性原则
• 3.3.4 独立性原则
• 3.4 边坡安全性影响因素分析
• 3.4.1 地形地貌特征
• 3.4.2 边坡地层岩性特征
• 3.4.3 地质构造特征
• 3.4.4 气象水文条件
• 3.4.5 人类工程活动影响
• 3.4.6 地震
• 3.5 建立边坡安全性性评价指标体系
• 3.5.1 边坡安全性评价指标的选取
• 3.5.2 评价指标数据的提取与量化
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于粗糙集的边坡安全性评价主控因素分析及其权重的确定
• 4.1 粗糙集基本理论
• 4.1.1 粗糙集理论概述
• 4.1.2 粗糙集理论基本概念
• 4.2 粗糙集属性约简算法
• 4.2.1 基于遗传算法的属性约简算法
• 4.2.2 粗糙集理论的专业软件分析
• 4.3 基于粗糙集理论决策表的构建
• 4.4 边坡安全性评价主控因素的确定
• 4.4.1 基于粗糙集理论的属性约简思路
• 4.4.2 岩质边坡稳定性评价主控因素的确定
• 4.4.3 土质边坡安全性评价主控因素的确定
• 4.5 边坡安全性评价主控因素权重分析
• 4.5.1 基于粗糙集理论的权重系数的确定
• 4.5.2 属性权重的程序实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 建立基于粗糙集—支持向量机的边坡安全性评价模型
• 5.1 概述
• 5.2 支持向量机
• 5.2.1 支持向量机基本原理
• 5.2.2 核函数
• 5.2.3 多类分类问题
• 5.3 建立边坡稳定安全性评价模型
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 支持向量机的程序实现
• 5.3.3 学习样本的建立
• 5.3.4 岩质边坡稳定性评价模型
• 5.3.5 土质边坡安全性评价模型
• 5.4 基于支持向量机的边坡评价模型对比
• 5.5 本章小结
• 第6章 基于粗糙集—支持向量机边坡安全性评价模型的应用
• 6.1 岩质边坡安全性评价模型应用
• 6.1.1 建立待评价边坡样本集
• 6.1.2 建立待评价边坡量化表
• 6.1.3 进行边坡安全性评价
• 6.1.4 结果分析
• 6.2 土质边坡安全性评价模型应用
• 6.2.1 建立待评价边坡样本集
• 6.2.2 建立待评价边坡量化表
• 6.2.3 进行边坡安全性评价
• 6.2.4 结果分析
• 6.3 边坡安全性评价模型典型工点应用案例
• 6.3.1 工点原始数据调查整理
• 6.3.2 数据处理
• 6.3.3 边坡安全性评价
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附表1 西南山区铁路沿线岩质路堑高陡边坡工点
• 附表2 西南山区铁路沿线土质路堑高陡边坡工点
• 附录 攻读硕士学位期间参与的科研项目