我國軟土地基沉降預測方法研究現(xiàn)狀

胡云強

[摘要]總結(jié)概括了國內(nèi)近年來有關(guān)于軟土地基沉降預測方法的研究以及應用進展，通過分層總和法、曲線擬合法、仿生優(yōu)化算法三個類別對我國相對應的軟土地基沉降預測進行闡述，同時對各類方法的預測精度以及研究原理做了簡要的介紹，可為土木工程中對軟土地基的沉降計算以及加固處理提供相關(guān)參考。

[關(guān)鍵詞]軟土地基；沉降預測；仿生算法；曲線擬合

文章編號：2095-4085（2016）04-0027-02

地基的沉降尤其是不均勻沉降會引起上部建筑結(jié)構(gòu)的傾斜，引起建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，嚴重時甚至會引起建筑物的倒塌，因此對于地基進行沉降預測以及沉降觀測十分有必要。

1.分層總和法

分層總和法是計算軟土地基沉降的常用方法，也是我國規(guī)范中推薦使用計算地基沉降的方法。該種方法是基于太沙基所建立的均質(zhì)土層豎向固結(jié)微分方程進行計算，該法假設(shè)軟土地基是具有分層的各向異性的半無限體，同時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)壓縮指標進行計算，利用軟土地基中心點以下的附加應力計算軟土地基各個分層的土體變形量S_i，最后將各層土體的變形量進行累加得到軟土地基的總沉降量s，計算公式如式（1）

分層總和法在計算過程中，只計算土體的豎向變形而忽略掉其側(cè)向變形，同時，在計算過程中附加應力計算值誤差較大，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，因此計算得到的沉降量與實測值往往有較大誤差。但是由于分層總和法計算原理簡單，容易得到計算結(jié)果，因此常常利用分層總和法對軟土地基沉降做初步預測。

2.曲線擬合法

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

式中：S_t一時間t時的沉降量；S_f——最終沉降量（t=∝）；S_o——初期沉降量（t=o）；a、b——將荷載不再變化后的3組早期實測數(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)計數(shù)據(jù)的增多，發(fā)現(xiàn)除了雙曲線變化趨勢意外，軟土地基沉降還呈現(xiàn)出其他曲線的變化形式，河海大學在對一系列路基沉降數(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的對數(shù)坐標軸上，第一部分沉降可以用拋物線進行擬合，此時發(fā)生的是主固結(jié)沉降；而第二部分可以用用直線進行模擬，為次固結(jié)沉降。而根據(jù)實測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，除了高有機質(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，近年來我國還有學者研究了利用其他曲線預測軟土地基沉降。高燕希等優(yōu)化了指數(shù)曲線法的計算過程，用于實際道路工程中，提高了軟土地基沉降預測精度，也降低了軟土地基的觀測頻率。呂秀杰提出了一種新型的雙曲線沉降預測模型，能夠反映沉降速率以及沉降半立方的非線性關(guān)系，且通過實例證明該種模型的預測值可靠度較傳統(tǒng)的雙曲線模型更高。李洪峰等運用指數(shù)曲線法以及雙曲線法對季凍地區(qū)軟土地基進行沉降預測，得到了較好的預測結(jié)果。尹利華等以費爾哈斯曲線為擬合曲線對軟土地基沉降進行預測，不需要人為的確定參考點的沉降，減少了人為的干擾，而且預測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，運用灰色模型利用較少的沉降觀測數(shù)據(jù)建立相關(guān)的預測模型。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測中，實驗結(jié)果表明BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對于軟土地基沉降預測有較高的預測精度。朱紅霞等提出了一種基于ANN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟土地基沉降預測方法，通過對實際觀測數(shù)據(jù)形成的相關(guān)數(shù)據(jù)樣本進行訓練，建立了ANN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并利用該模型預測軟土地基沉降量得到了較好的結(jié)果。

李凡等運用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預測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，在實例分析中顯示該方法的預測精度較高，收斂性較好。夏江等運用遺傳算法預測了某加固糾偏軟土地基沉降問題，結(jié)果表明運用該算法得到的預測結(jié)果與實測數(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。黃仁東基于動力系統(tǒng)自記憶原理建立地基沉降自記憶模型，通過該模型對汕汾高速公路軟土地基進行沉降預測，結(jié)果表明該模型提高了預測的精度與可靠度。易富將小波降噪與灰色模型相結(jié)合，對降噪后的實測數(shù)據(jù)運用灰色模型進行預測，結(jié)果表明經(jīng)過降噪的灰色模型預測結(jié)構(gòu)精度比原有模型要好。

4.結(jié)語

軟土地基沉降預測是我國軟土地基工程的重要一環(huán)，精準的沉降預測數(shù)據(jù)可以更好的分析軟土地基上部的結(jié)構(gòu)物變形。我國對于軟土地基沉降預測已有了一定的發(fā)展，從最初的分層總和法過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，其預測結(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，再進一步的預測中需要優(yōu)化。