基于三维地质模型和反分析的高铁沿线地面沉降预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维地质模型和反分析的高铁沿线地面沉降预测方法，该方法包括以下步骤：S1、获取研究区域内地质勘察数据、地下水位和地面沉降监测数据；S2、区域三维地质模型构建；S3、区域地下水位变化计算；S4、区域地面沉降模型构建；S5、地层力学参数反分析计算；S6、区域地面沉降量预测计算。该预测方法利用高速铁路工程地质勘察数据和地下水位、地面沉降监测数据，结合反分析构建能考虑土层厚度和土体力学参数空间不均匀分布的三维地面沉降预测模型，具有较高的预测精度，可广泛用于高速铁路沿线水位变化引发的地面沉降量的预测。

Prediction method of ground subsidence along high speed rail based on 3D geological model and inverse analysis

The invention discloses a method based on 3D geological model and inverse analysis of high-speed rail along the ground subsidence prediction method, the method includes the following steps: S1, obtained in the study area geological survey data, groundwater level and land subsidence monitoring data; S2, regional 3D geological model construction; calculation of underground water level S3, regional change; model the construction of regional land subsidence, S4; S5, rock mechanics parameters calculation; calculation of ground settlement area, S6. The use of high speed railway engineering geological survey data and groundwater level, land subsidence monitoring data of the prediction method, combined with the inverse analysis of construction of three-dimensional ground considering the spatial inhomogeneous distribution of soil thickness and mechanical parameters of soil subsidence prediction model has higher prediction accuracy, which can be widely used in the water level along the high-speed railway caused by the changing of the land subsidence prediction.

【技术实现步骤摘要】
基于三维地质模型和反分析的高铁沿线地面沉降预测方法
本专利技术涉及工程地质勘察领域，特别是涉及一种基于三维地质模型和反分析的高铁沿线地面沉降预测方法。
技术介绍
目前京沪高速铁路、京津城际等10余条高速铁路经过严重的地面沉降区，地面沉降将影响高铁结构稳定和线路平顺性，严重威胁高速铁路的快速、平稳、安全运营，因此需要对高速铁路沿线地面沉降的发展趋势进行准确预测，以采取相应的防治措施。当前主要采用统计法估算地面沉降的发展趋势或采用商业数值软件计算局部范围的地面沉降变化，其中统计法无法考虑三维地质力学条件，难以准确预测沉降长期发展；商业数值软件通常适用于模拟局部均质地层下的地面沉降，不能自动对土层参数进行反分析，预测结果无法达到工程应用的精度要求。由于高速铁路是线状工程，沿线穿越多种复杂的工程地质条件，地层分布和土体力学参数具有显著的不均匀性，因此已有地面沉降预测手段难以满足高速铁路沿线的地面沉降预测需求。
技术实现思路
针对高速铁路沿线开采地下水引发的地面沉降问题，为解决现有地面沉降预测方法的局限性，本专利技术提供一种能够快速建立考虑地层厚度和力学参数空间不均匀分布的地面沉降预测模型、准确预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维地质模型和反分析的高铁沿线地面沉降预测方法，包括以下步骤：S1、获取研究区域内地质勘察数据、地下水位和地面沉降监测数据：获取区域内高速铁路工程勘探点地层数据，获取区域内地下水监测点处的水位变化数据，获取区域内地面沉降量的变化数据；S2、区域三维地质模型构建：根据步骤S1中获取的数据识别区域地层，对研究区域进行离散网格划分，离散化计算区域内各地层厚度值的空间分布，形成区域三维地质模型；S3、区域地下水位场计算：根据步骤S1中获取的水位变化数据，按照步骤S2中的离散网格，插值计算区域内各含水层在各监测时刻的水位场；S4、区域地面沉降预测模型构建：根据步骤S2中构建的区域三维地质模型，按...

【技术特征摘要】
1.一种基于三维地质模型和反分析的高铁沿线地面沉降预测方法，包括以下步骤：S1、获取研究区域内地质勘察数据、地下水位和地面沉降监测数据：获取区域内高速铁路工程勘探点地层数据，获取区域内地下水监测点处的水位变化数据，获取区域内地面沉降量的变化数据；S2、区域三维地质模型构建：根据步骤S1中获取的数据识别区域地层，对研究区域进行离散网格划分，离散化计算区域内各地层厚度值的空间分布，形成区域三维地质模型；S3、区域地下水位场计算：根据步骤S1中获取的水位变化数据，按照步骤S2中的离散网格，插值计算区域内各含水层在各监测时刻的水位场；S4、区域地面沉降预测模型构建：根据步骤S2中构建的区域三维地质模型，按离散网格识别含水层压缩系统和弱透水层固结压缩系统，根据步骤S3中的地下水位场确定压缩系统的边界条件，形成区域地面沉降预测模型；S5、地层力学参数反分析计算：根据步骤S4中构建的区域地面沉降预测模型，确定沉降监测点处的地面沉降量s(x,t)的计算方法，根据步骤S1中的地面沉降监测数据，建立反分析目标函数：式中：x为土层力学参数向量；ti为第i个监测时刻；s(x,ti)为ti时的沉降计算值；si为ti时的沉降监测值，在限定条件下对土层力学参数进行反分析计算，利用反分析得到的力学参数更新所述区域地面沉降预测模型；S6、区域地面沉降量预测计算：设定地下水位随时间的预期变化，按步骤S3计算区域内地下水位场预期变化数据，更新步骤S4中地面沉降预测模型的边界条件，利用更新后的地面沉降预测模型计算区域内地面沉降量随时间的变化。2.根据权利要求1所述的高铁沿线地面沉降预测计算方法，其特征在于：步骤S1所述的高速铁路工程勘探点地层数据包括勘探点的位置坐标、高程以及各层土的层厚、土体类别...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄大中，李国和，齐春雨，王少林，牛永效，
申请(专利权)人：中国铁路总公司，中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11