长期气候变化与动力荷载影响下的高铁线路沉降机理与风险评估研究

Understanding and assessing the impact of climate change on the infrastructure is essential to maintain robust and resilient infrastructure system. Current researches focus on the impact and risk on the infrastructure system and social/economic system after infrastructure failure. In comparison, limited efforts have been made to address the failure mechanism of infrastructure component affected by climate change. This research studies the risk of track settlement of high speed railway caused by the groundwater level change and repetitive train loading focused on the following aspects: 1) Predict the change of groundwater level via statistical method and identify the influential environmental and human factors; 2) Discover the co-effect of the groundwater level change and train loading on the stability and settlement of the track structure and the corresponding dynamic response property; 3)Develop a quantitative risk analysis method for track settlements and apply the proposed method on the Huang-Huai-Hai plain as a case study. This research will provide thorough understanding on the failure mechanism of high speed railway line due to climate change and strengthen preventative actions that builds resiliency across the Chinese railway system.

正确理解和科学评估气候变化相关因素对基础设施的影响，是提升基础设施气候变化应对和防灾减灾能力的前提。目前，相关研究侧重于极端天气事件导致基础设施发生破坏后对基础设施网络及社会经济的影响评估，而长期气候变化下基础设施“致灾成害”的机理与过程研究还较缺乏。本项目拟以高铁线路沉降风险为出发点，研究地下水位变化与列车动力荷载耦合作用下引发的高铁线路沉降问题。识别影响地下水位变化的关键因素，实现未来气候情景下地下水位预测；阐明地下水位变化和列车动力荷载耦合作用对高铁线路沉降变形和结构动力稳定性的影响机理；在此基础上发展未来气候情景下高铁线路沉降风险的定量评估模型和方法，并对研究区（黄淮海平原）内高铁线路典型路段在不同时间尺度上的沉降风险进行评估。项目预期研究成果可为深化长期气候变化对高速铁路影响机理与过程的理解、为高速铁路安全运营及采取针对性的灾害防治对策和工程措施提供科学依据。

如何评价气候变化对基础设施的影响，以提升其气候变化应对和防灾减灾能力，既是科学研究的热点难点，也是国家可持续发展中的现实问题。该项目立足于长期气候变化与列车动力荷载作用下的高铁线路沉降问题，通过工程地质调研、机器学习、工程试验及数值模拟等方法从微观和宏观尺度对气候变化下的铁路沉降风险进行了研究，完成了数据采集、数据分析、模型构建、实际验证等任务。识别了影响地下水位变化的关键因素、构建了中国区域公里网格尺度地下水储量数据、实现了未来气候情景下地下水位预测、建立了地下水位变化与列车动力荷载耦合作用下的铁路线路沉降数值分析模型、开展了铁路沉降暴露风险评估。相关成果为深化长期气候变化对铁路影响机理与过程的理解、为铁路安全运营及采取针对性的沉降风险防治对策和工程措施提供了科学依据。