【摘 要】道路地基沉降问题的预测关系到人们的生产生活，其影响因素也是多方面的，它不仅受到地质条件的影响，也受到上部荷载、地下水以及施工过程的影响，然而，这些影响因素又具有不确定性，从分析来看，地基沉降变形属于典型的灰色系统问题。在系统分析了道路地基变形影响因素的基础上，结合具体的工程实例，应用灰色系统理论对道路地基的沉降问题进行预测，并对观测中所得数据与预测数据进行对比分析，其结果证明我们利用灰色系统进行预测的数据和实测的数据基本吻合，能够有效地进行地基沉降预测分析。
　　【关键词】灰色理论；道路地基；沉降；预测；分析
　　高等公路建设中，地基沉降计算分析与预测是一个难点问题。由于公路土工构筑物等荷载通过基础或路堤的底面传递给地基，改变了天然土层原有的应力状态，形成新的土体固结和附加三向应力重分布，在应力场作用下地基发生固结沉降。常规的地基沉降计算方法有：分层总和法、有限元法、应力面积法和应力路径法等。然而，由于公路地基沉陷影响因素的复杂性和不确定性，导致地基沉降数据监测的不完全性和灰色性。为建立监测数据的样本基础上的地基沉降预测，对地基沉降系统进行全面多因素的分析基础上，本论文把灰色系统方法引入到地基沉降计算中，将公路地基变形系统作为一个灰色系统，从而避免了公路下方土体系统各影响因素的相互作用、相互影响的变化机理。结合实例，监测数据与灰色方法的预测数据基本吻合，所以该方法适于在公路地基沉降计算中应用。
　　一、预测地基变形的影响因素
　　地基土层承受上部构筑物的荷载，必然会产生变形，从而引起地基沉降，当场地土质坚实时，地基的沉降较小，对工程正常使用没有影响；但若地基为软弱土层且厚薄不均，或上部结构荷载轻重变化悬殊时，地基将发生严重的沉降和不均匀沉降，其结果将使地表构筑物发生各类事故，影响构筑物的正常使用与安全。地基土产生沉降的原因：
　　（一）地基变形的内因
　　地基的作用载体是复杂的具有不确定性的岩土体，而这种复杂不确定的工程地质条件决定了地基结构在荷载的作用下，必然会产生新的沉降变形等，从而达到一种新的平衡稳定。影响这种沉降变形的工程地质特性和岩土体的内在结构属性主要包括孔隙比、含水量、透水性、压缩系统、压缩模量、厚度、主要持力层上下土层的透水性等。
　　（二）地基变形的外因
　　地基系统是一个岩土体结构施工复合体，其必然受到人工外在荷载等的干扰和影响。不同的工艺、荷载等也是影响地基沉降的关键因素。①地基上部荷载的分布特点和作用，这是引起地基沉降最本质的因素之一。②地下水位的变化，受到施工的影响，地下水位得到大幅度下降，从而在地基上形成了大量的空隙水压力，间接对地基施加大面积荷载。③施工工艺和过程的影响，不同的施工工艺对地基产生不同的荷载类型和工程响应规律，对对基槽持力层土的结构形成扰动，破坏了土体的原平衡状态。④振动影响，产生震沉、液化等多种工程响应。⑤温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化。⑥浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。
　　二、地基沉降的常规计算方法
　　（一）分层总和法
　　分层总和法是计算公路地基沉降的最基本方法，主要是将地基沉降计算深度范围按照图层的土质和应力分布情况话费为若干层，然后依照理论基础计算各层的沉降量，从而获得地基沉降总量。
　　（二）有限元法
　　有限单元法是应用最为广泛的一种方法之一，主要是通过假定介质材料的连续力学性质，对一般土体采用非线性弹性本构模型或弹塑性本构模型，综合考虑地基复杂的边界条件、土体应力应变关系的非线性特性、土体的应力历史和水与骨架上应力的耦合效应，模拟现场逐级加荷，求得任意时刻的沉降、水平位移等的变化，从而预测地基沉降变形等参数，为工程建设提供基础数据。
　　（三）应力面积法
　　应力面积法是国家标准《建筑地基基础设计规范》中推荐使用的一种计算地基最终沉降量的方法，故又称为规范方法。应力面积法一般按地基土的天然分层面划分计算土层，引入土层平均附加应力的概念，通过平均附加应力系数，将基底中心以下地基中zi- 1～zi深度范围的附加应力按等面积原则化为相同深度范围内矩形分布时的分布应力大小，再按矩形分布应力情况计算土层的压缩量，各土层压缩量的总和即为地基的计算沉降量。
　　（四）应力路径法
　　应力路径是指在外力作用下土中某点的应力变化过程在应力坐标图中的移动轨迹。土体中任一单元的变形和强度变化都与应力路径有关。应力路径法是用应力轨迹表示现场在施工前、施工中及完工后地基中某点的应力变化情况。应力路劲法能够促进和发展新的更符合地基应力状态变化的室内土工试验方法和成果分析方法。
　　三、地基沉降灰色模型GM（1，1）的建立
　　GM（1，1）是最简单的一阶灰色模型。根据灰色系统理论，对时间序列下的一组数据进行预测分析的基本过程如下：对一组数据 X0：
　　X0={X1（0），X2（0），…Xn（0），}
　　进行一次累加生成处理，生成新系列 X（1）：
　　X（1）={X1（1），X2（1），…Xn（1），}
　　其中：X（1）i=
　　对此生成序列，GM（1，1）模型白化形式的微分方程为：
　　，其中，a、u为待定系数，记为： ，YN
　　时间响应方程为：
　　离散响应方程为：
　　K=1，2，3......n
　　为了判别模型的优劣，可用残差检验、后验差检验等方法，进行检验，合格后即可用于模型预测。我们选择某公路上的一座新建桥梁为研究对象。在适当的位置选择观测点，并通过以上模型对沉陷的各项数据进行预测。经过观测值和预测值的比较分析，我们发现应用灰色系统预测结果与观测结果基本吻合；通过残差检验及后验误差计算，该预测模型精度系级为一级。说明应用灰色系统预测地基沉陷的可行性与准确性。
　　四、结束语
　　灰色 GM（1，1）模型用于地基沉降的预测，能够减少试验成本，计算方法简单，预测结果准确可靠，避免了由于工序等带来的试验系统误差。数据分析结果表明，灰色系统对于地基沉降在封闭、静止状态系统的时间序列的预测是准确的，并随着观测数据越多，时间越长 GM（1，1）预测精度越高，越能有效的揭示地基变形的变化规律。
　　参考文献：
　　[1]刘思峰，党耀国，方志耕.灰色系统理论及其应用（第三版），北京：科学出版社，2008。
　　[2]孙豁然，官永军等，大型地下硐室开挖过程位移变形智能预测，煤炭学报，2010年06期。