軟土地基沉降的預(yù)測(cè)方法

　　地基的沉降尤其是不均勻沉降會(huì)引起上部建筑結(jié)構(gòu)的傾斜，引起建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸾ㄖ锏牡顾虼藢?duì)于地基進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)以及沉降觀測(cè)十分有必要。本文主要提出幾種預(yù)測(cè)方法。

　　《建筑管理現(xiàn)代化》是建設(shè)部主管，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)管理現(xiàn)代化專業(yè)委員會(huì)主辦的國(guó)家級(jí)期刊。創(chuàng)刊于1987年9月，為雙月刊，國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行。本刊主要報(bào)道國(guó)內(nèi)外行業(yè)內(nèi)的新成就、新成果;宣傳報(bào)道建筑企業(yè)的建立現(xiàn)代企業(yè)制度、轉(zhuǎn)換經(jīng)營(yíng)機(jī)制的新經(jīng)驗(yàn)。

　　軟土地基沉降預(yù)測(cè)是我國(guó)軟土地基工程的重要一環(huán)，建筑工程師論文精準(zhǔn)的沉降預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)可以更好的分析軟土地基上部的結(jié)構(gòu)物變形。我國(guó)對(duì)于軟土地基沉降預(yù)測(cè)已有了一定的發(fā)展，從最初的分層總和法過(guò)渡到曲線擬合法以及現(xiàn)在不斷發(fā)展的各類仿生優(yōu)化算法的組合模型，其預(yù)測(cè)結(jié)果的精度得到大大提高，但是仍有許多參數(shù)選擇的地方有較多的人為干擾因素，再進(jìn)一步的預(yù)測(cè)中需要優(yōu)化。

　　總結(jié)概括了國(guó)內(nèi)近年來(lái)有關(guān)于軟土地基沉降預(yù)測(cè)方法的研究以及應(yīng)用進(jìn)展，通過(guò)分層總和法、曲線擬合法、仿生優(yōu)化算法三個(gè)類別對(duì)我國(guó)相對(duì)應(yīng)的軟土地基沉降預(yù)測(cè)進(jìn)行闡述，同時(shí)對(duì)各類方法的預(yù)測(cè)精度以及研究原理做了簡(jiǎn)要的介紹，可為土木工程中對(duì)軟土地基的沉降計(jì)算以及加固處理提供相關(guān)參考。

　　1.分層總和法

　　分層總和法是計(jì)算軟土地基沉降的常用方法，也是我國(guó)規(guī)范中推薦使用計(jì)算地基沉降的方法。該種方法是基于太沙基所建立的均質(zhì)土層豎向固結(jié)微分方程進(jìn)行計(jì)算，該法假設(shè)軟土地基是具有分層的各向異性的半無(wú)限體，同時(shí)軟土地基在受荷載作用下的沉降以豎向固結(jié)沉降為主，忽略側(cè)向的膨脹變形，采用有側(cè)限條件下軟土的固結(jié)壓縮指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，利用軟土地基中心點(diǎn)以下的附加應(yīng)力計(jì)算軟土地基各個(gè)分層的土體變形量Si，最后將各層土體的變形量進(jìn)行累加得到軟土地基的總沉降量s，計(jì)算公式如式(1)

　　分層總和法在計(jì)算過(guò)程中，只計(jì)算土體的豎向變形而忽略掉其側(cè)向變形，同時(shí)，在計(jì)算過(guò)程中附加應(yīng)力計(jì)算值誤差較大，孔隙比以及壓縮指數(shù)等軟土參數(shù)的選取有較大的人為性，因此計(jì)算得到的沉降量與實(shí)測(cè)值往往有較大誤差。但是由于分層總和法計(jì)算原理簡(jiǎn)單，容易得到計(jì)算結(jié)果，因此常常利用分層總和法對(duì)軟土地基沉降做初步預(yù)測(cè)。

　　2.曲線擬合法

　　曲線擬合法是現(xiàn)在實(shí)際工程中對(duì)于軟土地基沉降預(yù)測(cè)的最廣泛方法，其原理是假設(shè)實(shí)際的沉降曲線與某種類型的曲線形式是相符合的，用實(shí)際沉降曲線中選取的若干點(diǎn)進(jìn)行回歸分析得到擬合預(yù)測(cè)曲線，再根據(jù)預(yù)測(cè)曲線進(jìn)行軟土地基的沉降預(yù)測(cè)。我國(guó)現(xiàn)在常用的曲線擬合辦法主要有雙曲線以及拋物曲線。在我國(guó)最早對(duì)軟土地基沉降值進(jìn)行曲線擬合時(shí)，大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明我國(guó)軟土地基沉降的變化趨勢(shì)較為符合雙曲線變化趨勢(shì)，因而根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)所得到的趨勢(shì)擬合曲線方程如下式：

　　式中：St一時(shí)間t時(shí)的沉降量;Sf——最終沉降量(t=∝);So——初期沉降量(t=o);a、b——將荷載不再變化后的3組早期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)代入上式組成方程組求得的系數(shù)。

　　隨著研究的不斷深入以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的增多，發(fā)現(xiàn)除了雙曲線變化趨勢(shì)意外，軟土地基沉降還呈現(xiàn)出其他曲線的變化形式，河海大學(xué)在對(duì)一系列路基沉降數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)其沉降曲線在初期變化是并不是以雙曲線形式變化，而是可由兩部分組成，在s—Int的對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上，第一部分沉降可以用拋物線進(jìn)行擬合，此時(shí)發(fā)生的是主固結(jié)沉降;而第二部分可以用用直線進(jìn)行模擬，為次固結(jié)沉降。而根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，除了高有機(jī)質(zhì)含量土體以外，第一部分沉降量占據(jù)絕大多數(shù)，因此沉降趨勢(shì)方程如下式

　　式中參數(shù)a，b，c為常數(shù)，可用優(yōu)化方法求得。

　　除此以外，近年來(lái)我國(guó)還有學(xué)者研究了利用其他曲線預(yù)測(cè)軟土地基沉降。高燕希等優(yōu)化了指數(shù)曲線法的計(jì)算過(guò)程，用于實(shí)際道路工程中，提高了軟土地基沉降預(yù)測(cè)精度，也降低了軟土地基的觀測(cè)頻率。呂秀杰提出了一種新型的雙曲線沉降預(yù)測(cè)模型，能夠反映沉降速率以及沉降半立方的非線性關(guān)系，且通過(guò)實(shí)例證明該種模型的預(yù)測(cè)值可靠度較傳統(tǒng)的雙曲線模型更高。李洪峰等運(yùn)用指數(shù)曲線法以及雙曲線法對(duì)季凍地區(qū)軟土地基進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)，得到了較好的預(yù)測(cè)結(jié)果。尹利華等以費(fèi)爾哈斯曲線為擬合曲線對(duì)軟土地基沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)，不需要人為的確定參考點(diǎn)的沉降，減少了人為的干擾，而且預(yù)測(cè)值與雙曲線法相比也是偏于安全的。

　　3.優(yōu)化算法

　　徐新躍根據(jù)軟土地基建筑結(jié)構(gòu)物的沉降特點(diǎn)，運(yùn)用灰色模型利用較少的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)建立相關(guān)的預(yù)測(cè)模型。張慧梅等將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于軟土地基的路基沉降預(yù)測(cè)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)于軟土地基沉降預(yù)測(cè)有較高的預(yù)測(cè)精度。朱紅霞等提出了一種基于ANN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟土地基沉降預(yù)測(cè)方法，通過(guò)對(duì)實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)形成的相關(guān)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行訓(xùn)練，建立了ANN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并利用該模型預(yù)測(cè)軟土地基沉降量得到了較好的結(jié)果。

　　李凡等運(yùn)用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)高速公路軟土地基沉降量，利用其在非線性建模中的快速收斂等優(yōu)勢(shì)，在實(shí)例分析中顯示該方法的預(yù)測(cè)精度較高，收斂性較好。夏江等運(yùn)用遺傳算法預(yù)測(cè)了某加固糾偏軟土地基沉降問(wèn)題，結(jié)果表明運(yùn)用該算法得到的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，遺傳算法在非線性優(yōu)化、全局優(yōu)化以及多參數(shù)優(yōu)化等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。黃仁東基于動(dòng)力系統(tǒng)自記憶原理建立地基沉降自記憶模型，通過(guò)該模型對(duì)汕汾高速公路軟土地基進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)，結(jié)果表明該模型提高了預(yù)測(cè)的精度與可靠度。易富將小波降噪與灰色模型相結(jié)合，對(duì)降噪后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)運(yùn)用灰色模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)降噪的灰色模型預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)精度比原有模型要好。