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川西高原季节性冻土路基冻胀特性及变形预测研究
| 论文题名： | 川西高原季节性冻土路基冻胀特性及变形预测研究 |
| 关键词： | 冻土路基;冻胀特性;变形预测;含水率 |
| 摘要： | 季节性冻土地区路基冻融病害日益严重，影响道路的安全运营。研究表明，路基的冻胀受路基的初始含水率、温度、压实度以及冻融时间多个因素的相互影响。为确定影响季节性冻土地区路基冻胀特性的主要因素，并在此基础上开展路基变形的预测。 本文以康定新都桥地区为研究区，考虑不同含水率、不同压实度、不同冻结温度以及不同冻融循环次数的作用下，开展室内路基模型试验对季节性冻土区路基的冻胀特性进行研究，并借助遗传算法、粒子群算法和麻雀搜索算法对支持向量机模型超参数进行优化，建立了GA-SVR、PSO-SVR和SSA-SVR 3种对季节性冻土区路基最大冻胀变形预测模型，找出引发路基发生冻害的最不利因素。研究结果可为季节性冻土地区路基冻融灾害的预防和控制提供实验和理论依据。 主要工作与结论有： （1）通过室内路基模型试验，从路基水分、温度以及路基顶部位移等方面分析了不同含水率、不同压实度、不同冻结温度以及不同冻融循环作用条件下路基的冻胀特性。结果发现：含水率和冻融循环次数是引发路基发生冻害的主导因素，含水率越高，冻融循环次数越多，路基的变形量越大，变形速度越快，路基结构抗冻性能越差。 （2）通过极差分析和方差分析：找出路基产生冻胀变形的最不利组合为W3C2T1N3，即当路基含水率为22%、压实度为65%、-20℃冻结温度以及第4次冻融循环次数时，路基将产生最大冻胀变形。含水率对路基土体冻胀量有着非常显著的影响，冻结温度、冻融循环次数对路基土体冻胀量有显著影响，压实度对冻胀量没有显著影响。4个因素之间的主次排序为含水率＞冻融循环次数＞冻结温度＞压实度。 （3）建立了GA-SVR、PSO-SVR以及SSA-SVR 3种预测模型。以均方差RMSE和拟合优度R2等为评判指标，优选出误差最小、精度最高、拟合效果最好的PSO-SVR，验证了基于多算法优化的支持向量机模型在季节性冻土区路基变形预测的应用是可行的。 （4）基于PSO-SVR模型，分析各个因素对预测模型的敏感度。4个因素输入变量的数据扰动均对预测模型的输出结果均有影响。其中含水率对路基产生路基冻胀变形的影响程度最大，其次分别是冻融循环次数、冻结温度以及压实度。 |
| 作者： | 李青龙 |
| 专业： | 土木水利(土木工程) |
| 导师： | 李晓宁;王唤龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南科技大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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