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吹填土是由水力冲填泥砂形成的填土。由于清淤挖出的填料一般为细颗粒的粉土或粉细砂,依靠自重堆填,均匀性很差,它是一种工程性能很差的软弱土,即使冲填完成一段时间,由于其结构性和饱水性,甚至徒手行人也上不去,故必须经过人工处理才能适用于作建筑物地基条件。
近几年来,随着改革开放的深入,沿海地区经济快速迅猛发展起来,从而也带动了相关地区工程建设规模的扩大。然而由于沿海地区土地资源的紧张以及深水岸线的缺乏,在沿海及江、河、湖、浜水域岸边上采用吹填砂或淤泥进行围海造地己成为一种发展趋势。但吹填的砂或淤泥,孔隙比大、含水量高、渗透性小、土质较差,若不经处理,一般很难满足工程建设对地基的要求。因此,结合具体工程深入研究吹填砂或淤泥的工程性质、选择经济有效的吹填土路基处理技术和施工工艺,具有十分重要的经济和社会效益。
然而,在吹填土路基处理方式和方法的选择中,存在着大量的决策问题。在设计阶段,首先需要对是否进行处理做出决策,对需要处理的地段,则须对采取深层处理还是浅层处理做出决策;对于浅层处理或深层处理的具体方法也需要做出决策。本文以厦门市环东海域综合整治建设项目C标段中西柯南路的吹填土路基为研究对象,在统计分析该路基地段三个试验区的相关工程地质情况和地质参数的基础上,并结合其他相关专家的统计资料,提出了基于BP神经网络的吹填土路基处理方式决策模型。该模型对三个实验区的吹填土路基是否需要处理作出了较为客观的判断,并对是浅层处理还是深层处理作出了较为合理的解释。在确定了三个试验区的处理方式之后,对具体采用什么方法进行处理本文也进行了相关的研究。本文将层次分析法和模糊数学结合起来,建立了多层次模糊综合评判模型,使得较为复杂的方案抉择过程在逐层评价后再综合评判中得以实现,并最终优选出经济合理的吹填土路基处理方案。在确定了合理的处理方案之后,本文结合具体的工程实际条件,对吹填土路基处理的方案进行了较为详细的设计,经过实践检验,该方案取得了良好的加固效果,很好的满足了工程实际的需要。
总之,本文以人工智能、系统工程学、层次分析法、模糊数学、人工神经网络等为理论基础,结合岩土工程、土质学和土力学等学科的最新发展,对吹填土路基处理方式智能化决策及方法的优选进行了研究。按照研究的内容和论文的章节顺序,本文的主要工作有以下几个方面:
1.本文首先对吹填土路基研究的目的和意义作了较为详细的阐述。我国沿海地区进行围海造陆是近几年刚发展起来的造陆方式,对于吹填土路基处理的理论研究和实际生产经验还处于起步阶段,所以本文觉得对于吹填土路基的研究具有较为深远的意义。同时,也将人工智能方法引进吹填土路基处理的决策过程中,并对国内外关于人工智能与公路系统结合的研究现状作了阐述,并在此基础上提出了本文研究的工作思路和主要内容。
2.吹填土路基虽然属于软弱地基,但是传统的地基处理方法很难在吹填土路基的处理过程中取得良好的效果,本文不仅介绍了传统的地基处理方法,而且提出了两种新型的复合型吹填土路基处理方法,即多点胁迫振冲联合挤密法和强排水复合型动力固结法,这两种复合型处理方法,不是两种传统方法的简单叠加,而是两种基于予力作用原理而且专门针对吹填土地质条件提出的新工法。
3.针对吹填土路基处理技术决策中是否需要进行处理,是深层处理还是浅层处理的问题,通过研究有关土工参数的相关性等,提出以软土厚度、软土压缩模量、地表硬壳层厚度以及吹填路堤高作为决策参数,以人工智能中的BP神经网络为基础,提出了基于BP神经网络的吹填土路基处理决策模型。并通过对已有工程资料的分析和研究,选择了较为合理的样本数据。然后将样本数据输入建立好的三层BP神经网络中,通过BP神经网络的学习、训练以及回判来检验所建模型的合理性。最终应用所建的BP模型对试验区的15组数据进行了预测,预测的结果和实际处理结果基本一致。所以,本文建立的基于BP神经网络的吹填土路基处理决策模型是合理的,且操作简便、快速,能很好地满足工程的应用需要。
4.提出了基于AHP的多层次模糊综合评判模型优选吹填土路基处理方案。本文将层次分析法和模糊数学结合起来,运用多层次模糊综合评判法对吹填土路基处理方案作出决策。首先应用层次分析法,按照目标层、准则层和指标层建立层次结构模型,并在准则层内将影响吹填土路基处理的各因素从技术性、经济性和环境影响三方面进行分类,在指标层中按照各影响因素不同的性质和不同的影响程度归并到同一准则层指标下,并合理的确定不同层次上各因素对上一层各因素的隶属关系,并最终形成一个由目标层、准则层和指标层组成的互不交织的递阶层次结构模型。然后通过两两比较的方法建立了构造比较判断矩阵,并运用MATLAB语言编程的方法,确定各影响因素的权重比例以及检验判断矩阵的一致性。最后应用模糊评价的方法对优选方案和影响因素之间的关系用5种模糊评语来表示,并采用专家评分法确定每种评语的隶属度,最终将模糊理论和层次分析法结合起来,优选出吹填土路基合理的处理方案。
5.结合工程实际情况,对优选出来的吹填土路基处理方案进行了较为合理的设计,并通过实践检验,验证了该设计的可行性和有效性。