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软土在我国分布非常广泛,尤其是在东部沿海地区与黄河、长江等流域的河流三角洲地区等。近年来,随着经济不断地发展,在这些软土地区兴建高速公路、高速铁路以及高等级建筑物日益增加。因此,对这些工后变形沉降要求非常严格的工程建设项目如何控制软土地基变形沉降在岩土工程中是一个非常重要的课题。正因为如此,软土地基沉降预测具有重要的社会效益与经济效益。
本文依托某填海造陆工程软土地基处理试验区,通过对地表沉降、土体深层分层沉降、空隙水压力、“真空度”沿深度传递、边桩水平位移及深层侧向位移等资料的分析,掌握了软土地基变形的实际性状。
由于软基沉降变形的复杂性,想要通过传统的理论公式法计算软基变形沉降量具有相当大的难度,而近年来发展迅速的数值模拟方法由于参数多并且难以获得等原因较难得到理想的结果。为此,在实际工程中,岩士工程师往往通过实测沉降资料进行软基沉降预测。本文介绍了一些常用的根据实测资料进行沉降预测的经验推算法,并且分析了这些方法的理论基础以及优缺点。在这些经验推算法中,灰色GM(1,1)模型可以通过较少的实测资料建模并得到精度较好的预测值,并且GM(1,1)模型受外部条件影响较少,比如在多级荷载施工期的软基沉降预测中,GM(1,1)模型能够比传统公式法以及很多别的经验推算法更加具有优势。但是,传统的GM(1,1)模型中仍然存在着不少的缺陷,比如人为地假定了模型中的背景值为0.5以及总是以时间序列的第一个点作为影子方程的已知条件,使得模预测型具有比较大的局限性。本文通过遗传算法优化GM(1,1)模型的背景值和边值的方法改进GM(1,1)模型,从而增加了GM(1,1)模型的适用性,提高了预测精度。本文对四个沉降观测点的软土地基沉降的实际性状进行了分析,通过比较各种沉降预测方法的优缺点,选用了改进型GM(1,1)模型作为这几个观测点的沉降预测模型。通过沉降预测结果说明,改进型GM(1,1)模型的短期沉降预测结果的预测精度较好,并且能比传统的GM(1,1)模型取得更加好的预测值。
每种沉降预测方法都包含着预测问题的某一方面的信息。当用某一种预测方法进行预测时,只能反应该预测问题的某一个方面的信息。因此,在改进型灰色预测模型的基础之上,通过与另外一种或几种软基沉降预测模型进行加权组合得到的优性组合预测模型能够综合利用每种单一的预测模型所提供的信息,从而得到精度更高的预测值。本文利用试验区三个典型观测点在恒载期的实测沉降资料建立了基于三点法与改进型GM(1,1)模型的优性组合预测模型。由沉降预测的结果说明,优性组合预测模型通过合理地组合两种或者两种以上单一的预测模型,能够提高软土地基沉降预测的精度。最后,本文通过基于三点法与改进型GM(1,1)模型的优性组合预测模型以新陈代谢的方式分别对试验区的三个典型观测点进行了最终沉降量的预测,并且结合前期的实测沉降资料与地层资料探讨和分析了试验区中的三个分区的软基沉降结果。因此,从以上的分析中可以得到:只要我们有效地组合多种不同的预测方法,在以后的软土地基预测问题中,完全有可能得到更为准确的预测。
本文的研究是依托某围海造陆工程软基处理试验区进行的。