降雨渗流与列车动力荷载耦合作用下路基的滑坡易损性建模及风险评估

This project examines the susceptibility of railway embankment subject to coupled rainfall-train dynamic loading induced landslides through field investigation，laboratory tests and numerical simulation. The railway embankment is considered as hazard affected element. A quantitative relationship is built between the probability of slope stability failure and hazard factors, which are geographical condition, atmosphere condition, and train loading condition in this case. A vulnerability model of the embankment subject to the coupled rainfall and train dynamic loading is developed to clarify the co-effect of these two hazard factors. The methodology is demonstrated for part of Cheng-Kun railway line. Statistical models are formulated to simulate climate scenarios and transport scenarios at future. Based on these information, vulnerability models are created for the embankments along the studied line. A parametric study is performed to give the saftey region of the traffic volume and train speed. Finally a risk analysis of embankments along the studied railway line is performed considering the effect of the landslide on the transport capacity.

本项目结合我国路基工程及地质条件的特点，通过工程地质调研、实验室试验及数值模拟的方法对降雨与列车动力荷载耦合作用引发的铁路路基滑坡灾害进行研究。研究中将铁路路基作为承灾体，分析路基滑坡失稳概率与地质条件、气象条件、列车动力荷载等致灾因子的关系；构建降雨渗流与列车动力荷载耦合作用下的路基滑坡易损性模型；阐明降雨与列车动力荷载这两种削弱路基稳定性的因素的耦合作用。本项目选取成昆线白果-普雄路段为研究对象，建立该路段滑坡易损性模型，并使用统计学的方法对未来气候情景及交通情景进行预测，通过参数分析给出不同降雨情景下线路运输量及列车运行速度的安全范围，建立运输能力损失评估模型，对所研究线路路基未来滑坡灾害风险进行评估。

全球气候变化背景下，极端天气气候事件的发生呈增强、增多之势，对基础设施的安全运营造成严重的影响。理解和预测气候变化对基础设施的影响, 是提升基础设施气候变化应对和防灾减灾能力的前提。本项目通过工程地质调研、实验室试验及数值模拟、机器学习、网络分析等方法分别从微观和宏观尺度对铁路由于降雨引发的灾害风险进行了研究。构建了降雨与列车动力荷载耦合作用下路基安全稳定性分析模型，阐明了降雨与列车动力荷载这两种削弱路基稳定性的因素的耦合作用，分析了路基滑坡失稳概率与地质条件、气象条件、列车动力荷载等致灾因子的关系。通过分布式搜索引擎系统对新闻网页中所报道的全国铁路灾害数据进行了抓取和整理，建立了完整的铁路灾害数据信息数据库，根据铁路历史灾害数据和机器学习方法（随机森林模型），定量评估了全国由于降雨引发的铁路灾害敏感性，并得到了影响铁路灾害敏感性的重要因素。在此基础上，提出了基于复杂网络方法的铁路灾害风险评估框架，将基础设施破坏概率和破坏对基础设施运输能力的影响结合在一起，实现了铁路多灾种风险的定量评估，绘制了铁路灾害风险图。本项目研究结果可深化人类对气候变化下的基础设施灾害风险的理解，并可为政府及铁路部门线路规划及制定灾害防范对策提供翔实的科学依据。