1、文章编号:():./.基于()星野法的路基沉降预测分析李小红蒋晨煜(.安徽省交通控股集团有限公司 合肥市 .长沙理工大学 交通运输工程学院 长沙市)摘 要:结合沪陕高速合肥至大顾店段改扩建工程路基变形监控的实测数据分别对星野法预测模型、灰色理论的()预测模型和()星野法预测模型进行对比分析得出()星野法预测模型对于高速公路路基沉降预测具有预测精度高、拟合性好等特点为高速公路施工质量控制提供参考 关键词:路基沉降()星野法预测模型组合法预测分析中图分类号:.文献标识码:基金项目:安徽省交通控股集团有限公司科技项目()引言目前我国高速公路的施工面临着一些质量控制方面的问题其中路基沉降对路面的平整度
2、、路面结构的稳定性等都有较大的影响 因此急需建立一些路基沉降的预测模型以便在公路施工实际过程中对路基沉降变形问题进行动态设计和施工控制目前已建立的沉降预测模型主要有三点法、星野法、双曲线法、泊松曲线法、灰色理论法等 但是现有的模型对地基沉降的预测普遍存在精度较低、适用性较差、受环境因素影响大等问题 因此在模型的构建过程中必须综合考虑高速公路路基的结构特征、地质特征、沉降特征等因素 国内一些学者依据组合法的基本思想将各类模型进行线性组合得到了很多稳定性好、精度高、操作简便的地基沉降预测模型 基于()星野法并根据沪陕高速合肥至大顾店段改扩建工程路基变形监控的实测数据对星野法预测模型、灰色理论的()
3、预测模型和()星野法预测模型进行对比分析得出()星野法预测模型对于高速公路路基沉降预测具有预测精度高、拟合性好、受环境影响小等特点 基本原理.星野法预测模型由太沙基固结理论可得当固结度 时固结度 和时间的平方根成正比 星野法经过对实测沉降数据的分析确定了包括剪应变沉降在内的总沉降量和时间的平方根是成正比的星野法预测沉降的公式为:()()总沉降量为:()()式中:为瞬时沉降量 为经过 时间后的沉降量为最终沉降量为初始瞬时沉降经过的时间 为沉降经过的时间 和 为待定系数令 则式()可变为:()令 则可将式()变为 这一线性方程由拟合曲线可求出常数 和 进而求出最终沉降量.()预测模型灰色系统理论是
4、由我国邓聚龙教授于 年代提出的一种数学分析方法后来被广泛地应用于岩土工程当中 其计算过程如下:首先设:()()()()()()()年 第 期 北方交通为已知的非负初始数据序列其一次累加生成序列为:()()()()()()()()式中:()()()()()其参数求解公式为:()()通过推导分析时变参数()模型可得其解的离散形式如下(具体推导过程见参考文献):()()()()()还原原始数据:()()()()()()()()式中:()()()()()()().()星野法预测模型当使用()预测模型和星野法沉降预测模型在已有的实测沉降数据的基础上对以后的沉降量进行预测时这两种模型都各有自身的优缺点导致
5、预测结果并不理想因此基于组合法的基本思想将这两种模型进行线性组合根据其权重系数综合两类模型的优点便可得出一类新的沉降预测模型即()星野法沉降预测模型 计算公式为:()()式中:分别为()预测模型和星野沉降预测模型对应的权重系数()星野法与其他模型方法的对比计算.工程概况 沪陕高速公路合肥至大顾店段是沪蓉与沪陕高速公路的共线段是长三角地区通往湖北、四川、河南南部、陕西及西北地区的大通道也是联通合肥经济圈的重要公路项目起点位于 沪陕高速公路合肥至大顾店段与 蚌合高速交叉口处往东接合肥绕城高速北环段往南接合肥绕城高速西环线线路呈东西走向经合肥市长丰县、肥西县、经开区、六安市金安区、裕安区、叶集区、终
6、于大顾店枢纽互通线路全长.现有高速为双向四车道(互通、服务区、特大桥等局部为六车道)设计速度为/路基宽度 项目全线为双向四车道扩建为双向八车道无加宽段采用两侧直接拼宽方式拼宽后路基宽为 设计速度/主线全线无超高采用该工程中素土实验段监测数据作为实测数据分析了 (左幅)和 (左幅)两个断面原地表处的实测沉降数据其中 (左幅)的实测沉降数据见表 (左幅)的实测沉降数据见表 沉降曲线图见图 表 断面沉降观测数据天数/沉降量/天数/沉降量/.表 断面沉降观测数据天数/沉降量/天数/沉降量/.图 各断面实测沉降数据曲线.不同算法对比()星野法预测模型北方交通 年 第 期用星野法对 断面沉降进行预测取.以
7、时间 为横坐标沉降量 为纵坐标利用 规划求解器以实测值和预测值误差平方和最小为控制标准对沉降观测数据进行规划求解可以得到 .同理可对 断面沉降进行预测得到 .预测模型见式()、式()预测值见表 断面:.()()断面:.()()表 星野法沉降预测数据天数/沉降量/天数/沉降量/.()()预测模型利用灰色系统理论模型借助 对此次沉降进行预测后可得断面沉降预测数据见表 表 ()预测模型沉降预测数据天数/沉降量/天数/沉降量/.()()星野法预测模型运用 规划求解功能以预测值与实测值的误差平方和最小为控制标准运用最小二乘法计算得出()预测模型和星野法预测模型对应的权重系数及表达式分别如式()、式()所
8、示:断面:.()断面:.()式中:为组合法预测沉降值和 分别为()预测值和星野法预测值 由上式得()星野法组合预测模型预测沉降数据见表表 组合法沉降预测数据天数/沉降量/天数/沉降量/.各断面三种预测值与实测沉降曲线见图、图三种预测模型相关性系数见表 图 沉降曲线图 沉降曲线分析上述表格以及沉降曲线可以看出组合法预测模型对两个不同断面的沉降预测要优于其他两个预测模型从表可以看出组合法对于不同断面 年 第 期 李小红等:基于()星野法的路基沉降预测分析表 三种预测模型平均相对误差相关性系数断面星野法()组合法.的沉降预测的相关性系数均高于其他两个预测模型因此其预测精度最高并且其对于两个不同断面沉
9、降量预测的相关性系数变化不大而星野法预测模型以及基于灰色理论的()预测模型对于不同断面相关性系数的变化量均较大可以得出组合法预测模型受断面类型影响较小而其他两类预测模型受断面类型以及环境影响较大并且从图 以及图 两个沉降曲线图可以看出利用星野法预测模型所得预测沉降曲线较平滑且随时间推移预测结果趋向于偏大 因此()星野法组合预测模型更适用于对路基沉降的变化趋势的预测从而得到更精确的沉降预测值 结论()星野法预测模型以及基于灰色理论的()预测模型用于不同断面进行沉降预测时预测值的相关性系数各有高低可以看出这两类预测模型受断面类型以及环境影响较大()利用星野法预测模型所得预测沉降曲线较平滑且随时间推
10、移预测结果偏大并且偏于保守预测精度一般()通过在实际工程两个断面中的应用()星野法组合预测模型得到的沉降曲线与实际沉降曲线更为接近可以看出其受环境以及断面类型影响均较小且相关性系数较高因此具有更高的预测精度 所以在实际工程应用中为了获得更高的预测精度()星野法组合预测模型具有更高的适用性参考文献 张大海江世芳史开泉.灰色预测公式的理论缺陷及改进.系统工程理论与实践():.段晓沛曾伟苑红凯等.三点法在 管桩复合地基工后沉降预测中的应用.市政技术():.胡振南.双曲线法在路基沉降预测中的应用研究.公路工程():.金亮星李小刚.泊松曲线法在填海造地道路软基沉降预测中的应用.铁道科学与工程学报():.王海英常肖阮祺等.建筑垃圾填埋路基沉降预测的三点 星野法.铁道科学与工程学报():.杨恒岳建平丛康林等.基于()模型的高速铁路沉降分析预测.地理空间信息():.朱婧洪宝宁刘鑫等.()星野法沉降预测模型研究与应用.河北工程大学学报(自然科学版)():.汪孔政.时变参数()变形预测模型及其应用.武汉大学学报(信息科学版)():.()(.)()()().()北方交通 年 第 期
