1.一种用于断裂带错动下铁路基础变形分析的数物融合方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、建立活动断裂带-隧道结构物理实验平台;建立仿真模型;建立断裂带空间错动变形统计模型并获取物理实验边界条件和仿真模拟边界条件;步骤二、对活动断裂带-隧道结构物理实验平台加载物理实验边界条件,获取物理实验条件下的隧道结构的空间变形;对仿真模型加载仿真模拟边界条件,得到仿真模拟条件下的隧道结构的空间变形;隧道结构的空间变形包括仰拱延纵向分布的竖向变形和横向变形;步骤三、将物理实验条件下的隧道结构的空间变形和仿真模拟条件下的隧道结构的空间变形进行比较,满足条件后输出隧道仰拱沿断层错动方向位移曲线;步骤二具体包括:步骤2.1、测量材料参数,包括:对于岩土体,采用三轴剪切试验获取参数,具体是:将土样放在三轴仪中,施加围压和轴向应力,然后剪切,记录轴向应力σ和剪切位移 ;根据 曲线和公式 计算出内摩擦角度 和粘聚力c;对于混凝土和岩土体材料,采用进行单轴拉伸试验或压缩试验: ;其中:E为材料弹性模量; 和σ为材料受拉或受压的应变和应力;对于泊松比,则通过横向应变 和轴向应变 的比值确定: ;步骤2.2、基于步骤2.1所测试得到的材料参数利用缩尺比计算出真实情况下的物理参数并作为仿真模型的参数;步骤2.3、将物理实验边界条件分段施加,当加载完一段后,将物理实验边界条件下的隧道结构的空间变形实时保存,记为 ;步骤2.4、利用仿真模型计算隧道结构在当前边界条件下的空间变形,将仿真模拟条件下的隧道结构的空间变形实时保存,记为 ;所述步骤三中:将物理实验条件下的隧道结构的空间变形和仿真模拟条件下的隧道结构的空间变形进行比较具体是:误差 采用下式计算: ;其中: 为位移缩尺比;满足 时,则认为满足条件,其中: 为收敛条件;否则,采用Newton-Raphson迭代法通过对材料弹性模量预设一个参数变量的扰动量 进行迭代计算,进行判定:若满足 ,则更新材料弹性模量为 ;若满足 ,则更新材料弹性模量为 。
2.根据权利要求1所述的用于断裂带错动下铁路基础变形分析的数物融合方法,其特征在于,步骤三中:取断层与线路相交中心位置处为0点,隧道仰拱沿断层错动方向位移曲线包括:针对正断层或逆断层,隧道仰拱的垂向变形曲线采用下式进行计算: ;其中: 为隧道仰拱的垂向变形量; 为隧道的纵向坐标值; 为正断层或逆断层的错动变形量; 为断层的宽度; 为隧道的直径;针对走滑断层,隧道仰拱的横向变形曲线采用下式进行计算: ;其中: 为隧道仰拱横向变形量; 为走滑断层的错动变形量。
3.根据权利要求1或2所述的用于断裂带错动下铁路基础变形分析的数物融合方法,其特征在于,建立活动断裂带-隧道结构物理实验平台具体包括:搭建满足断裂带错动所需边界条件的加载设备;加载设备包括液压油泵、千斤顶、可拆卸钢块以及传感器;根据隧道结构设计图纸,采用1:30~1:60的比例建立缩尺实验模型;根据缩尺比例计算实验所需岩土体、橡胶、石膏以及PVC板材料的用量制作隧道模型;在物理实验模型箱内安装隧道模型,并在隧道模型的周围安装所需位移计和应变计;使用填埋的方式在隧道模型周围设置围岩;并在设置围岩时安装预制的断层破碎带材料并涂抹粘性材料用于模拟断层上盘与下盘的蠕滑;物理实验模型箱端部固定边界,两侧自由边界,底部采用千斤顶进行位移边界施加。
4.根据权利要求1所述的用于断裂带错动下铁路基础变形分析的数物融合方法,其特征在于,建立仿真模型具体是:根据隧道结构设计图纸,利有限单元法、有限差分法或离散单元法分析软件建立1:1的仿真模型;所述仿真模型为隧道-围岩-断层相互作用数值模型,并分别引入摩尔-库伦模型和CDP模型表征岩土体和混凝土的损伤特征。
5.根据权利要求4所述的用于断裂带错动下铁路基础变形分析的数物融合方法,其特征在于,建立断裂带空间错动变形统计模型并获取物理实验边界条件和仿真模拟边界条件具体是包括:对一条线路上的断裂带变形进行实时监测,获取断裂带类型、不同位置的垂向蠕滑变形量与横向蠕滑变形量;调研现有断裂带中铺设的铁路隧道基础结构附近的工程地质资料,根据资料中记录的断裂带变形数据进行归类;将统计后的断裂带空间变形进行拟合,采用以某一固定时间为单位的计量统计出每一时间计量单位中变形量的代表值,计算并拟合出代表值的分布类型;分布类型包括极值I型和极值II型;使用统计分析中的抽样方法在统计模型中抽出具有95%置信度的断裂带变形值;根据实验条件进行反演,模拟出的数据作为物理实验边界条件和仿真模拟边界条件。
6.根据权利要求5所述的用于断裂带错动下铁路基础变形分析的数物融合方法,其特征在于,模拟出的数据包括断裂带垂向和走滑的年错动量。