高填方建筑沉降監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)軟件研究

楊瑛

【摘 要】高填方建筑因?yàn)槠浣ㄖ罘讲牧系闹饕蛱貏e容易發(fā)生沉降問題，嚴(yán)重的話會(huì)影響到建筑物的安全性。論文系統(tǒng)地研究高填方機(jī)場(chǎng)的沉降監(jiān)測(cè)的目的意義，對(duì)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的論述，并著重基于Visual Basic軟件對(duì)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理，系統(tǒng)地闡述了軟件的開發(fā)流程以及軟件設(shè)計(jì)方法。

【Abstract】Due to the fill material of the building， the high-fill buildings are especially vulnerable to settlement problems， more serious， it will affect the safety of buildings. This paper systematically studies the purpose and significance of settlement monitoring of high fill airport， expounds the design of monitoring program in detail， emphasizes the management of settlement monitoring data based on Visual Basic software， and systematically elaborates the development process and design method of the software.

【關(guān)鍵詞】沉降監(jiān)測(cè)；Visual Basic；沉降監(jiān)測(cè)分析；線性回歸分析

【Keywords】settlement monitoring； Visual Basic； settlement monitoring analysis； linear regression analysis

【中圖分類號(hào)】TU406.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）10-0183-02

1 引言

傳統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)一直都是以單一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方式進(jìn)行的，即只對(duì)單一的點(diǎn)元素進(jìn)行控制監(jiān)測(cè)，隨著科學(xué)技術(shù)的全面發(fā)展，現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)處理技術(shù)已向點(diǎn)、線、面、體的空間三維交叉模式發(fā)展進(jìn)行[1]。對(duì)于點(diǎn)觀測(cè)技術(shù)，是在監(jiān)測(cè)目標(biāo)沉降范圍內(nèi)設(shè)立觀測(cè)點(diǎn)，在穩(wěn)定地段（沉降范圍之外）設(shè)立固定監(jiān)測(cè)站，配合網(wǎng)絡(luò)RTK以及利用COS基站技術(shù)能夠定期、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)變形區(qū)內(nèi)點(diǎn)的三維坐標(biāo)隨時(shí)間的變化量。而對(duì)于線、面、體觀測(cè)技術(shù)，則是利用航空、航天、無人機(jī)等攝影測(cè)量對(duì)沉降待觀測(cè)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)的影像獲取，同時(shí)對(duì)地面控制點(diǎn)進(jìn)行高精度的GPS衛(wèi)星定位測(cè)量以及必要的水準(zhǔn)測(cè)量，通過影像處理和差分技術(shù)，實(shí)現(xiàn)影像上線、面、體的三維坐標(biāo)的時(shí)變信息。這是現(xiàn)代沉降監(jiān)測(cè)方法的發(fā)展趨向。數(shù)據(jù)處理方面，經(jīng)典最小二乘法（Least Square Method，簡(jiǎn)稱LS）一直是沉降分析的主要方法，經(jīng)過二三十年的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)建立了LS的全面的應(yīng)用體系。但是就目前而言，軟件種類錯(cuò)綜復(fù)雜，如何高效地從中選取適合沉降監(jiān)測(cè)的功能的軟件，也是一件困難的事情，本文基于這一種思想，系統(tǒng)地闡述了軟件的開發(fā)流程以及軟件設(shè)計(jì)方法。

2沉降理論計(jì)算方法

對(duì)于高填方地基，在分析和計(jì)算沉降數(shù)據(jù)時(shí)，通常運(yùn)用反分析的方法。反分析方法可分為兩種類型，一是模型識(shí)別過程的反分析，二是模型參數(shù)的反分析過程[2]。其模型參數(shù)的反分析方法的最初是由國(guó)外著名學(xué)者Kavangh、Oieda 和 Maier 等人十九世紀(jì)七八十年代提出的，其分析過程分為正反演法和逆反演法兩種類型。國(guó)內(nèi)學(xué)者楊林德在20世紀(jì)90年代，對(duì)洞室圍巖的分析采用了模型參數(shù)的反分析法，對(duì)其圍巖的粘彈性以及其初始地應(yīng)力模型參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和研究。

從當(dāng)前看，國(guó)內(nèi)外對(duì)于反分析方法的研究取得了很多顯著的科研成果，不僅完善了實(shí)際工程問題中的計(jì)算理論方法，而且極大促進(jìn)了該方法在工程實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。迄今為止，共有五種比較常用的沉降計(jì)算方法。

①分層總和法。分層總和法其分析過程是，首先把高填方基地上的豎直方向上的應(yīng)力求解出來，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)壓縮實(shí)驗(yàn)中求出的物理量，然后通過室內(nèi)參數(shù)的量來求得各個(gè)分層中的沉降量，求解最終沉降。

②三維沉降分析法。其實(shí)高填方地基所受三維應(yīng)力狀態(tài)，包括前后左右側(cè)向變形和豎向壓縮變形，對(duì)于高填方地基的軟土層，考慮到其流變性質(zhì)，所以必須著重考慮其側(cè)向變形。

③有限單元法。其方法原理是將填方體劃分成網(wǎng)格狀，形成一個(gè)離散的單元體系，在內(nèi)外部荷載及環(huán)境因素等影響下，計(jì)算每個(gè)單元中地基的沉降量。則高填方地基各點(diǎn)應(yīng)力和位移便是最終整體的沉降量，然后繪制各種沉降時(shí)間曲線圖，對(duì)其單元網(wǎng)格進(jìn)行解析。

④模型實(shí)驗(yàn)法。該種方法主要通過模擬室外建筑物情況進(jìn)行室內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)，通過模擬實(shí)驗(yàn)來獲得較完整、可靠的分析結(jié)果，結(jié)合有限分析方法，則能有效地解決實(shí)際工程作業(yè)中出現(xiàn)的測(cè)量粗差，模型不精確等問題。

3 沉降預(yù)測(cè)方法

高填方地基是一種比較復(fù)雜而且多變的不穩(wěn)定地基，各種沉降影響因素相互關(guān)聯(lián)相互影響，理論上實(shí)驗(yàn)室內(nèi)計(jì)算出的沉降量反映不出各個(gè)因素之間的相關(guān)性，而實(shí)測(cè)的沉降數(shù)據(jù)是各種影響因素相互作用下的結(jié)果[3]。根據(jù)實(shí)際沉降資料數(shù)據(jù)計(jì)算建筑物沉降量的方法主要有以下三種。

3.1 曲線擬合法[4]

曲線擬合又稱曲線回歸和趨勢(shì)曲線分析。對(duì)變形體進(jìn)行監(jiān)測(cè)后，通常可以通過設(shè)備或手工作出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的某些物理量的監(jiān)測(cè)值隨時(shí)間變化而變化的曲線，這種曲線通常被稱為變形過程線。監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形過程線可以明顯反映出變形的規(guī)律、趨勢(shì)以及幅度，這是判斷建筑物是否正常工作的關(guān)鍵。

3.2 回歸分析法

其方法特點(diǎn)是需要實(shí)地進(jìn)行大量的長(zhǎng)期的觀測(cè)，方便找出沉降量的隨時(shí)間的變化規(guī)律，以更好建立各個(gè)變量與時(shí)間之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，觀測(cè)數(shù)據(jù)越多，其結(jié)果精度越高，沉降預(yù)測(cè)分析越可靠[5]。具體步驟：

①依據(jù)預(yù)測(cè)目標(biāo)，確定因變量和自變量；

②建立回歸預(yù)測(cè)模型；

③進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；

④檢驗(yàn)回歸預(yù)測(cè)模型，計(jì)算預(yù)測(cè)誤差；

⑤計(jì)算并確定預(yù)測(cè)值。

本論文基于雙曲線模型對(duì)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得出高填方地基的工后沉降，以及對(duì)沉降的預(yù)測(cè)分析。常用函數(shù)模型見表1，式中 S 為工后沉降；V是沉降速率；S為最終沉降；A、B 為回歸參數(shù)；C 為某一時(shí)間點(diǎn)的沉降速率；t 為時(shí)間，w為實(shí)際估計(jì)沉降量。

3.3 灰色預(yù)測(cè)法[6]

該方法主要原理是通過分析灰色系統(tǒng)中有限數(shù)據(jù)的序列關(guān)聯(lián)性，尋找出系統(tǒng)內(nèi)部中各因素之間的關(guān)系，從這些關(guān)系中找出和目標(biāo)值有影響關(guān)系的主要影響因素，然后分析這些因素之間關(guān)聯(lián)程度，并量化這些參量的關(guān)聯(lián)度。

4 基于沉降數(shù)據(jù)處理的軟件系統(tǒng)開發(fā)方法簡(jiǎn)介

4.1生命周期法

這種方法以用戶至上為原則，將工程學(xué)的方法理論和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件開發(fā)相結(jié)合，以模塊化、流程化、結(jié)構(gòu)化的方式自上而下對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、調(diào)試、實(shí)現(xiàn)。生命周期法比較適用復(fù)雜、大型的軟件系統(tǒng)開發(fā)[7]。

4.2 原型法

在系統(tǒng)開發(fā)的初始時(shí)段，程序員依據(jù)用戶需求快速高效地建立一個(gè)新系統(tǒng)的原型，此時(shí)并不需要實(shí)現(xiàn)任何一個(gè)功能，通過與用戶反復(fù)多次交流，對(duì)軟件原型進(jìn)行不斷改進(jìn)，直到用戶滿意，然后再對(duì)系統(tǒng)的功能逐個(gè)實(shí)現(xiàn)。

4.3 面向?qū)ο蠓椒?/p>

此方法把程序設(shè)計(jì)看作是彼此獨(dú)立但又相互協(xié)作對(duì)象的集合[8]。該方法的工作原理是對(duì)系統(tǒng)中的部分對(duì)象進(jìn)行分析，然后將對(duì)象的操作和描述對(duì)象的數(shù)據(jù)放在一起，編輯共享的操作和數(shù)據(jù)對(duì)象類。最后對(duì)類進(jìn)行操作。在開發(fā)程序中，有時(shí)候并不需要知道類的構(gòu)造，只需要知道類實(shí)現(xiàn)的功能即可。

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