路堤沉降与稳定观测数据处理方法对比分析

第38卷，第2期公路工程Vo1．38，No．22013年4月HighwayEngineeringApr．，2013路堤沉降与稳定观测数据处理方法对比分析谌博(湖南省交通科学研究院，湖南长沙410015)[摘要]用双曲线回归拟合法、指数曲线拟合法和星野法3种方法进行了路堤沉降与稳定观测数据的处理，通过对拟合结果的分析说明了三种方法的各自特点。结果表明，3种方法的短期沉降预测能力均较好，星野法模型较其它两个模型与实际最贴近，双曲线模型与星野法模型拟合效果相近，而指数曲线模型预测的最终沉降量较另外两个模型偏大。[关键词]路堤沉降与稳定；双曲线法；指数曲线法；星野法[中图分类号]U416．12[文献标识码]A[文章编号]1674—0610(2013)02—0145—03ComparativeAnalysisofEmbankmentSettlementandStabilityObservationDataProcessingMethodsCHENBo(HunanCommunicationResearcherZnstitute，Changsha，Hunan410015，China)[Abstract]Embankmentsettlementandstabilityobservationaldatabeprocessedbyhyperbolicfit—tingmethod，exponentialfittingmethodandhushinomethod．Thecharacteristicsofeachmethodbyfit—tingresultsisanalysisanddescribed．Resultsshowthatthepredictiveabilityoftheshort—termsettlementofthethreemethodsarebetter．TheHoshinomethodmethodmostclosewiththeactualobservationaldatacomparedtotheothertwomodels．Hyperbolicfittingmethodwithsimilarthehushinomethod．ButFinalpredictedsettlementbyexponentialfittingmethodistoolargethantheothertwomethods．[Keywords]embankmentsettlementandstability；hyperbolicfittingmethod；exponentialfittingmethod；hushinomethod0前言1双曲线模型利用实测沉降数据来预测路堤最终沉降量，经在双曲线模型中，任意t时刻的沉降量计算公验曲线模型有4种¨：三点法模型、双曲线模型式为：以及指数曲线模型和星野法模型。这些模型均可以一t方便地转化为基于最小二乘原理的拟合，拟合效果s。+，()也较好，故广泛应用于实践工程中。然而，用双曲线回归拟合法、指数曲线拟合法和式中：S为t时刻的沉降量；S。为t。时刻的实测沉星野法三种方法进行路堤沉降与稳定观测数据处理降量；，为待定系数。时，由于3种方法各具特点，其优劣性需要根据具体对(1)式进行线性化，再将实测数组按线形化工程实测数据来进行对比。基于此，本文研究了3后的方程进行数理统计，利用线性回归方程求出系种模型的各自优缺点，这有助于选择更适合的计算数。得到系数，卢后就能求出任意时刻预测沉降模型来分析路基沉降的规律，对实际路基沉降与稳量；最终沉降量可由下式求得：定观测数据处理有着重要的指导意义。s*=So+言。(2)[收稿日期]2012—10—16【作者简介】谌博(1979一)，男，湖南溆浦人，硕士，工程师，主要从事公路工程设计研究。 l46公路工程38卷A，K值，再代人式(8)，计算任意时间的沉降量，2指数曲线模型再由(9)式求出最终沉降量s。利用实测沉降推算地基变形(曾国熙等4沉降预测实例(1959))，把土层平均固结度的理论解归纳为：U=1一aexp(一／3t)。(3)湖南某高速公路所在区域属典型山岭重丘区，根据实测沉降，在忽略次固结沉降的前提下，平高填高挖的路线长度所占比例极大。其k9+900均固结度为：(中)，k9+940(中)，kl1+400(中)各断面实测沉降，S一．sd曲线见图1～图3。(4)时间，d式中：S和Sd分别为最终固结沉降、瞬时沉降，．s05OlO0l502002500为时间t时路基的实测沉降量，t从施工时间的一半一1g一2开始算起。由式(3)，(4)可得：一6s=(S一Sa)l1一aexp(一)l+Sa。(5)图1k94-900(中)断面实测沉降曲线另一种指数曲线计算沉降量的计算公式为：Figure1measuredsettlementcurveofk9+900(middle)S=S+e卢(卜u，。(6)section传统指数法采用3点法来计算沉降，这种方法时间／d需在实测的S—t曲线上确定时间间距相同的3点，01002003004005000计算出式中的和s，为了减少误差，一般取3组一，昌一4’=一6不同的(t，S)值，再取平均值，且时间间隔尽可能咖一8世一lO大，即使如此，由于在曲线上选的3点因时间间隔及蜉一12起始点的不同，推算的结果往往也有较大的差别。一l4—16图2k9+940(中)断面实测沉降曲线3星野法模型Figure2measuredsettlementcurveofk9+940(middle)section在星野法模型中，其沉降量计算公式如下：时间／d050100l50200250300350400-s+，(7)√1+K(t—t0)一．g一4式中：S为t时刻对应的沉降量；S。为假定瞬时沉降量；t。为假定瞬时沉降对应的时间；A，K均为待定垂-一6蜉：：：系数。一14公路软基技术规范的算法是将式(7)变为直线图3kll4-400(中J断面实测沉降曲线方程的形式：Figure3measuredsettlementcurveofkl1+400(middle)section(S一静S。)=一A+。Afo。)；’(8)下面使用双曲线模型、指数曲线模型和星野法S=S0+A。(9)模型这3种模型对湖南某高速公路k9+900(中)，计算时要假定几组t。，S。和实测的S，t点成的k9+940(中)，kl1+400(中)等断面进行沉降拟合曲线。若选择的t。，S。合适，曲线就接近直线，选择计算。采用不同的起算点，各断面的预测结果见表合适的假定线就可以通过直线的斜率和截距确定l，表2，图4；表3，表4，图5；表5，表6，图6。表Ik9+900(中J断面3种模型线性回归求参结果Table1Linearregressionparametersofthreemethodsfork9+900(middle)section名称双曲线模型指数曲线模型星野法模型系数Ⅱo=o．189283，口I=7．225118％=一0．00187，口1=o．00586400=6．738179，口l=0·004262模型公式待定参数=7．225118，卢=0．189283=O．998129，卢=O．005864AK=0．385238，K2=0．000633A=15．31693 第2期谌博：路堤沉降与稳定观测数据处理方法对比分析147表2k9+900(中)断面3种模型拟合曲线时间／d050100l5O200250Table2Threemodelsfittedcurveofk9+900(middle)0section一l一2名称最佳拟合曲线最终沉降量／—3—4—5—6-7图4k9+900(中)断面沉降过程曲线与3种模型线性拟合曲线的对比Figure4Contrastofmeasuredsettlementcurvewiththreemethodslinearfittingcurveofk9+900(middle)section表3k94-940(中)断面3种模型线性回归求参结果Table3Linearregressionparametersofthreemethodsfork9+940(middle)section表4k94-940(中)断面3种模型拟合曲线时间／d050tO0l50200250300350400450Table4Threemodelsfittedcurveofk9+940(middle)0目u、嘲逝蜉section景一5名称最佳拟合曲线最终沉降咖一10量／cm世娌一l5双曲线模型S=13．2~1三9．66976-20图5k9+940(中)断面沉降给过程曲线与3种模型线性指数曲线模型S：13．2+0．8229e0-002487(I—l38)拟合曲线的对比Figure5Contrastofmeasuredsettlementcurvewiththree星野法模型s=8．4+—、／l4，7773methodslinearfittingCurveofk9+940(middle)14-0．09l684(t—l13)section表5kll+400(中)断面3种模型线性回归求参结果Table5Linearregressionparametersofthreemethodsforkll+400(middle)section时间／d表6kll+400(中)断面3种模型拟合曲线05OlO0150200250300350400Table6Threemodelsfittedcurveofkl1十400(middle)0section吕5咖救一l0一l5图6kll4-400(中l断面沉降过程曲线与3种模型线性拟合曲线的对比Figure6ContrastofmeasuredsettlementcurvewiththreemethodslinearfittingcurveofklI+400(middle)section合效果。对于k9+940(中)断面，从图5可看出：35结论种模型的短期预测结果与对应的实测沉降量之间的双曲线法、指数曲线法和星野法基于最小二乘相对误差较小，说明这3种模型的短期沉降量预测原理，都可以有效地利用现有的实测资料对路基沉能力都较好，且此断面星野法模型与实际最贴近。降与稳定观测数据进行处理与分析。在拟合过程星野法模型与双曲线模型的预测结果相近，而指数中，可以对初始(t。，S。)进行选择，以达到最好的拟(下转第169页) 第2期徐国庆：楼排隧道衬砌结构安全评估169列出了V级围岩衬砌相同位置处能承受的最大轴力二次衬砌中，通过Midas数值计算软件得出衬砌的值或弯矩值。V级围岩衬砌初期支护最大轴力和最轴力和弯矩，得出了V级围岩衬砌初期支护最大轴大弯矩都发生在拱脚部位，最大轴力值为1899kN力和最大弯矩都发生在拱脚部位，二次衬砌最大轴(能承受的最大轴力值为4000kN)，最大弯矩为力值和弯矩值也发生在拱脚，并把得出的结果与V517kN·m(能承受的最大弯矩值为1050kN·级围岩衬砌相同位置处能承受的最大轴力值或弯矩m)，初期支护是安全的；二次衬砌最大轴力值和弯值进行对比，最终得出楼排隧道衬砌结构是安全的。矩值发生在拱脚，最大轴力值为1903kN(能承受的最大轴力值为5720kN)，最大弯矩为493kN·m[参考文献](能承受的最大弯矩值为1283kN·m)，二次衬砌路美丽，刘维宁，罗富荣，等．隧道与地下工程风险评估方法研究进展[J]．工程地质学报．2006，14(04)：462—469．是安全的。[2]李冬梅，仇文革．矿山法施工山岭隧道风险指标体系[J]．岩土4结论隧道工程技术．2007，(1)：547—551．[3]彭立敏，施成华，安永林，等．浏阳河隧道施工关键技术及风险本文采用荷载结构法对楼排隧道衬砌结构进行管理研究[R]．长沙：中南大学土木建筑学院，2009．了静力分析，通过规范中的理论公式求出V级围岩[4]JTGD70—2004，公路隧道设计规范[S]．下的围岩压力，然后按比例分别施加在初期支护和(上接第147页)[1]黄声享，尹晖，蒋征．变形监测数据处理[M]．武汉：武汉大学出版社，2002．曲线模型预测的沉降量偏大。[2]郑治，杨有辉．高填方路基沉降变形规律研究[J]．公路工①所得出的拟合曲线中，双曲线法推算的沉降程，2007，32(4)：72—78．曲线收敛较早，得出的沉降值较接近当时的实测沉[3]李清波．变形监测在新黄高速公路路基工程中的应用[J]．湖降值，推算的最终沉降值偏小。而指数曲线法推算南交通科技，2007，33(3)：42—44．的沉降曲线收敛较迟，有的甚至不收敛，不收敛的原[4]何习平，华锡生，何秀风．加权多点灰色模型在高边坡变形预测中的应用[J]．岩土力学，2007，28(6)：1187—1191．因是有可能存在病态问题。并且一般推算资料[5]唐利民，唐平英．公路路基沉降分析与预测模型病态问题研究末期的沉降速率大于当时实测的沉降速率，往往导[J]．中外公路，2008，28(2)：75—79．致推算的最终沉降值偏大。[6]赵明华，龙照，邹新军．路基沉降预测的Usher模型应用研究②经计算发现各种预测方法都有其各自的实[J]．岩土力学，2008，29(1I)：2973—2981．用情况，由上面计算所得的拟合曲线对比，对同一断[7]王丽琴，靳宝成．黄土路基工后沉降预测模型对比研究[J]．铁面，3种模型拟合效果不同。道学报，2008，30(1)：43—47．[8]陈远洪，陈占，周革．软基路堤工后沉降的幂多项式预测③对于同一断面，用相同的模型，如果选择的与分析[J]．土木工程学报，2009，42(5)：112一ll6．初始(t。，S。)不同，所得出的拟合沉降曲线也不同。[9]朱志铎，周礼红．软土路基全过程沉降预测的Logistic模型应若选择适当的初始(t。，S。)，拟合曲线就会和实测沉用研究[J]．岩土工程学报，2009，31(6)：965—969．降曲线拟合较好，就更加能反映沉降规律，沉降预测[1O]吕秀杰．软土地基工后沉降预测模型的研究[J]．岩土力学，2009，30(7)：2091—2195．就会更准确。[11]胡振南．双曲线法在路基沉降预测中的应用研究[J]．公路工程，2011。36(3)：145—148．[参考文献](上接第164页)[6】[英]E．C．汉勃利．郭文辉译．桥梁上部构造性能[M]．北京工图(桥梁、涵洞)[z]．长沙：湖南省交通规划勘察设计院，人民交通出版社，1994．20l0．[7]邱守峦．预制箱梁整体预扎及整体桁架式假内模应用[z][3]赖永标，胡仁喜，黄书珍．土木工程有限元分析典型范例[M]．mpg，2008．北京：电子工业出版社。2007．[8]邱守峦．桥梁施工方法及优化[z]．fly，2006．[4]葛俊颖，王立友．基于ansys的桥梁结构分析[M]．北京：中国[9]李志明．抽拨棒安装示意[z]．ppt，2008．铁道出版社。2007．[1O]黄绳武．桥梁施工及组织管理[M]．北京人民交通出版社[5]中国土木工程学会第九届年会论文集．工程安全与耐久性l999．[M]．北京：中国水利水电出版社，2000．