基于監(jiān)測(cè)的雙曲線法沉降計(jì)算

1雙曲線、實(shí)車法沉降推演高速公路和高速鐵路的工作后沉降要求很高。為了有效控制工人隨后的沉降，應(yīng)盡可能正確地確定總沉降。確定總沉降的方法有理論計(jì)算法、沉降推算法兩大類。工程實(shí)踐表明,理論計(jì)算得到的沉降往往與實(shí)際沉降差異較大,根據(jù)實(shí)測(cè)沉降資料推算得到的沉降的可靠性、準(zhǔn)確性更高,而且不需要地質(zhì)資料、計(jì)算過程簡(jiǎn)便、易于被工程技術(shù)人員掌握和接受。目前,沉降推算法已經(jīng)在公路、鐵路等工程中廣泛應(yīng)用。目前,沉降推算法有指數(shù)法、三點(diǎn)法、Asaoka法、對(duì)數(shù)法、沉降速率法、雙曲線法、星野法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、泊松法、支持向量機(jī)模型、S型曲線法、各種組合方法等。工程實(shí)踐表明,相對(duì)其他沉降推算方法,雙曲線方法具有適應(yīng)性強(qiáng)、適用性廣、方法簡(jiǎn)單易懂、推算結(jié)果比其他方法更接近實(shí)測(cè)沉降等優(yōu)點(diǎn)。但是,雙曲線法需要較長(zhǎng)的恒載預(yù)壓時(shí)間(一般大于6個(gè)月),且推算結(jié)果受(t0,S0)影響,而且(t0,S0)選取任意性較大。目前,普遍采用的超載預(yù)壓工程往往需要利用較短時(shí)間內(nèi)的沉降資料推算最終沉降。為了解決上述問題,在大量監(jiān)測(cè)工程實(shí)踐和對(duì)雙曲線法深入研究的基礎(chǔ)上,提出了兩種新的沉降推算方法:全量雙曲線法、TS雙曲線法。TS雙曲線法是由t,tSt數(shù)列擬合推算最終沉降的方法。23超球法的起源2.1t計(jì)算參數(shù)工程實(shí)踐表明,恒載預(yù)壓階段的沉降-時(shí)間曲線自反彎點(diǎn)G開始可以采用式(1)所示雙曲線方程擬合(見圖1)。式中:x=ta+t,ta為時(shí)間調(diào)整量;y=Sr=S∞-St,Sr為剩余沉降,S∞為最終沉降,St為t時(shí)的沉降;k為系數(shù)。由式(1)和式(2),可得設(shè)a=(ta+t0)(S∞-S0),b=1(S∞-S0),由式(3)可得式(4)是常見的雙曲線公式,它可以轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓆-t0,(t-t0)(St-S0)數(shù)列可以擬合得到式(5)直線,其截距和斜率分別是參數(shù)a,b。當(dāng)t→∞時(shí),由式(4)可得由于常規(guī)雙曲線法利用?t=t-t0,?S=St-S0推算沉降,為便于區(qū)分其他雙曲線法,將其稱為增量雙曲線法。2.2填土間隔時(shí)間的tb恒載預(yù)壓階段的沉降-時(shí)間曲線自G點(diǎn)開始可以采用式(1)擬合。雙曲線通過圖2中的修正點(diǎn)A(tb,0)。單級(jí)等速加荷,tb取加荷期的中點(diǎn);二級(jí)荷載可以用式(8)確定tb(參見圖3);對(duì)于多級(jí)荷載可以采用類似方法確定tb。為簡(jiǎn)便起見,間隔時(shí)間相差不大的各層填土可以看作同一級(jí)等速加荷;當(dāng)各層填土間隔時(shí)間不是很大時(shí),可以取tb=0。將t=tb,St=0代入式(1),可得由式(1)、式(9)可得設(shè)a=(ta+tb)/S∞,b=1/S∞,式(10)可轉(zhuǎn)換為式(11)可轉(zhuǎn)換為由t-tb,(t-tb)/St數(shù)列可以擬合得到式(12)直線,其截距和斜率分別是參數(shù)a,b。當(dāng)t→∞時(shí),由式(11)可得由于該方法采用t-tb,(t-tb)/St數(shù)列推算沉降,稱其為全量雙曲線法。大量工程表明,全量雙曲線法推算結(jié)果與增量雙曲線法接近,全量雙曲線法擬合曲線的相關(guān)系數(shù)比增量雙曲線法大,需要的沉降監(jiān)測(cè)時(shí)間較短。2.3曲線法的計(jì)算方法大量監(jiān)測(cè)工程表明,式(1)中令ta=0時(shí)推算的沉降與增量雙曲線法推算沉降接近,相關(guān)系數(shù)更大,需要的監(jiān)測(cè)時(shí)間更短。因此,令ta=0,式(1)變?yōu)橛墒?14)可得由t,tSt數(shù)列可以擬合得到式(15)直線,其斜率和截距分別為S∞,k。3工程實(shí)例3.1雙曲線法計(jì)算結(jié)果江-中高速公路沿線軟基路段約占全長(zhǎng)的50%以上。淤泥層平均厚12m,淤泥質(zhì)層平均厚10m。軟土含水率為50%左右,孔隙比為1~2,壓縮系數(shù)為0.5~2.0MPa-1。對(duì)江-中高速公路軟基試驗(yàn)段采用不同方法推算沉降的結(jié)果見圖4、表1。由圖4、表1可知,目前常用幾種沉降推算方法推算的最終沉降基本相同。但是Asaoka法不適用于推算某時(shí)刻的沉降;星野法推算的某時(shí)刻的沉降與最終沉降相同,不合理;Asaoka法、三點(diǎn)法需要等時(shí)間間隔的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。因此,總體而言,雙曲線法適用性最強(qiáng)。3種雙曲線法推算的沉降基本相同,擬合曲線相關(guān)系數(shù)由小到大依次為:增量雙曲線法、全量雙曲線法、TS雙曲線法。全量雙曲線法和TS雙曲線法適應(yīng)性強(qiáng)于增量雙曲線法。3種雙曲線法利用k23+790斷面不同預(yù)壓期的沉降監(jiān)測(cè)資料推算的最終沉降見表2?？梢?3種雙曲線法利用較長(zhǎng)預(yù)壓期監(jiān)測(cè)資料推算的最終沉降基本相同;預(yù)壓期小于6個(gè)月時(shí),采用增量雙曲線法推算的最終沉降相差很大,相關(guān)系數(shù)較小;全量雙曲線法和TS雙曲線法利用預(yù)壓32d的沉降資料推算的最終沉降與利用預(yù)壓180d以上的沉降資料推算的最終沉降基本相同,且相關(guān)系數(shù)大于0.99。因此,全量雙曲線法和TS雙曲線法可利用較短預(yù)壓時(shí)間的監(jiān)測(cè)資料推算沉降,具有較強(qiáng)的實(shí)用性和適應(yīng)性。3.2工后沉降與設(shè)計(jì)方案的對(duì)比京珠高速公路廣州-珠海東線沿線軟基廣泛分布。該條高速公路于1999年底通車,通車后已經(jīng)進(jìn)行工后監(jiān)測(cè)接近6年。根據(jù)施工期沉降監(jiān)測(cè)資料利用增量雙曲線法推算得到的工后沉降(通車20年產(chǎn)生的沉降)與通車后的實(shí)測(cè)沉降對(duì)比見表3?？梢?利用施工期監(jiān)測(cè)資料采用增量雙曲線方法推算得到的工后沉降普遍偏小。根據(jù)部分工后監(jiān)測(cè)資料采用3種雙曲線法推算得到工后沉降見表4。可見,幾種方法利用工后監(jiān)測(cè)資料推算沉降都不是很理想,這與工后沉降小,測(cè)量誤差比重大,路面加鋪等因素有關(guān)?？傮w而言,全量雙曲線法、TS雙曲線法適應(yīng)性大于增量雙曲線法(部分?jǐn)嗝鏌o法采用增量雙曲線法推算)。4監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的特性(1)雙曲線法推算沉降與其他方法推算結(jié)果接近。相對(duì)其他沉降推算方法,雙曲線法具有方法簡(jiǎn)單、對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)適應(yīng)能