目前,基于BP神经网络法进行冻土路基变形预测的可行性和有效性仍少有学者对其进行研究。运用MATLAB编制BP神经网络程序,并应用于青藏铁路预测路基变形的工程实例。在此基础上,又采用COMSOL有限元软件的多场耦合模块分析了同一路基的变形场、水热场。通过对比两种方法,验证了前者的科学性和有效性。进而提出了一种新的可靠度计算方法(INNRS法),这种方法将神经网络法和响应面法有机结合起来,只需一次迭代即可形成较准确的功能函数,使得计算可靠指标的效率大大提高。应用INNRS法,对路基变形的可靠度指标和失效概率进行了评价。

为了进行多年冻土区公路路线设计,以多尺度效应理论为基础,提出了基于保护冻土由粗到细、由面到带、由带到线的分层目标选线方法,构建了理论模型。结合不同地形地貌、既有工程、构造物与建筑物在不同比例尺下的表现形态,给出了分层目标法的层次划分,确定了每个层次下公路路线选择的影响因素。考虑路线节点重要度和地形地貌的影响,给出了第1层次下多年冻土区选线模型。利用公度原理给出了第2层次下平均海拔、平均坡度、年平均地温、冻土分布、融区构造和既有工程等影响因素的标度分级,并构造了第2层次下多年冻土区公路选线困难度模型。综合考虑冻土地温、冻土含冰量、冻土病害和植被覆盖带来的冻土危害,同时兼顾多年冻土区既有工程的热干扰,构建了第3层次多年冻土区公路选线可靠度模型。以青藏高原多年冻土区秀水河至雅玛尔河段为例,运用分层目标法进行了公路选线。研究结果表明:运用分层目标法确定的路线方案可以准确避绕高病害率的冻土区域,避开既有工程的相互干扰,从而获得工程困难度低、可靠度高的路线方案。

通过对多年冻土区道路路基稳定性的分析和研究,从冻土类型、温度、厚度、地质地貌单元以及工程条件5个方面选取了12项对多年冻土区路基稳定影响较大的因素作为评价指标,建立了冻土路基稳定性评价指标体系。基于安全可靠度并考虑各个影响因素之间的关系,运用层次分析法和模糊数学理论确定冻土区路基稳定状况的模糊综合评价模型,提出了基于安全可靠度的用于评价多年冻土区路基稳定的模糊综合评价方法,并结合青藏公路清水河段进行实例分析,结果表明,在该段公路实施热棒处理措施前后,其路基稳定性评价系统可靠度分别为0.48和0.55,与该段公路实际运营过程中路基稳定状态相一致,即由不稳定到稳定,进一步对布设热棒后路基稳定性进行二级模糊综合评价,其评价系统得分为63.74分。

利用蒙特卡罗法的理论,把土性参数c、φ作为随机变量,应用FORTRAN语言编制了计算冻土边坡在冻结和融化过程的失效概率和可靠度的程序,对冻融过程边坡的可靠度评价进行了初步研究。通过工程算例对所提出方法进行了验证,结果表明所提出的方法可行有效。

在冻土路基融沉变形极限状态方程的基础上,从可靠度指标的几何涵义出发,提出了基于遗传算法的冻土路基融沉可靠度指标和失效概率的计算方法。该法是一种全局优化算法,能有效克服传统搜索算法易陷入局部极小值的缺点,不需要对功能函数进行直接转换,避免了功能函数比较复杂时所带来的求解困难,特别适合求解非线性规划问题。以青藏铁路冻土路基的具体实例,验证了本方法的准确性和有效性。