軟土地基沉降變形預(yù)測方法歸納分析

杜艷

摘要：當(dāng)前預(yù)測軟土地基沉降的方法非常多，軟土地基沉降預(yù)測方法適應(yīng)性會因為地質(zhì)條件的不同適用范圍不同。為了在軟土地基沉降中使得各預(yù)測方法體現(xiàn)出各自的優(yōu)越性，文章將現(xiàn)有的軟土地基沉降預(yù)測方法進(jìn)行歸納總結(jié)。當(dāng)前現(xiàn)有的沉降預(yù)測方法主要有經(jīng)驗公式法（雙曲線法、指數(shù)曲線法、星野法）、灰色系統(tǒng)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、遺傳算法。

關(guān)鍵詞：沉降;預(yù)測;固結(jié);壓縮;荷栽

中圖分類號：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0113-03

1背景

目前軟土地基沉降預(yù)測方法較多，不同的預(yù)測方法適用于不同的軟土條件。國內(nèi)學(xué)者針對軟土的沉降預(yù)測方法也進(jìn)行了不少的研究，楊帆研究路堤軟土地基超載-卸載-再加荷的沉降預(yù)測分析時，證明了雙曲線法預(yù)測最終沉降的可行性，并對軟土地基沉降速與最終沉降量的關(guān)系進(jìn)行了研究。胡烈銘針對軟土地基路堤工后沉降進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，利用雙曲線法進(jìn)行軟土地基沉降預(yù)測時，需要注意到雙曲線法本身的收斂性較差，只有在含有足夠數(shù)據(jù)時，預(yù)測的結(jié)果才能具有價值，指數(shù)曲線法與雙曲線法相比，其收斂性比較好，所預(yù)測的結(jié)果比雙曲線法預(yù)測的結(jié)果好。呂妍潔利用灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型在軟基沉降預(yù)測中的應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)，灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型在預(yù)測軟土路基沉降變化情況時，具有與現(xiàn)場實測值相差不大的效果，預(yù)測結(jié)果精度相對較高，同時GM（1，1）克服了大部分方法的缺點(diǎn)和不足，通過較少的數(shù)據(jù)進(jìn)行沉降預(yù)測。曠翀利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測某輸氣站沉降發(fā)現(xiàn)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法使得監(jiān)測值的擬合效果比其他方法好，但BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法不適用于長時間的沉降預(yù)測，這是因為預(yù)測時間的延長，會使得預(yù)測的數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)偏差增大，這也就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測中的缺陷。卞志兵利用廣義遺傳算法進(jìn)行路基沉降預(yù)測時發(fā)現(xiàn)，廣義遺傳算法是一種計算軟土地基沉降的新算法，在給出合理的最終沉降范圍，就可以得到全局最優(yōu)解，廣義遺傳算法避免了傳統(tǒng)方法局部極值的缺陷，使得收斂效率提高，研究還發(fā)現(xiàn)，盡管在求解多參數(shù)非線性優(yōu)化問題時，遺傳算法沒有嚴(yán)格的要求對于目標(biāo)函數(shù)，但作為一種新的路基沉降分析方法，其方法適用性還需要進(jìn)一步研究。周星勇在進(jìn)行建筑基坑沉降預(yù)測時發(fā)現(xiàn)，利用遺傳算法修正神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會發(fā)現(xiàn)遺傳算法預(yù)測的結(jié)果會因為現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量差等原因表現(xiàn)出效果不佳的現(xiàn)象，利用自適應(yīng)增強(qiáng)算法對遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進(jìn)行改進(jìn)，并對高層建筑基坑進(jìn)行沉降仿真預(yù)測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)平均絕對百分誤差（MAPE）、誤差絕對值均值（MAE）和誤差均方差（MSE）三項精度指標(biāo)分別提高了80.57%、8 1.04%、70.83%。

本文將沉降預(yù)測方法歸納為經(jīng)驗公式法（雙曲線法、指數(shù)曲線法、星野法）、灰色系統(tǒng)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、遺傳算法。并將各種方法的適用范圍進(jìn)行詳述，方便工程應(yīng)用。

2現(xiàn)有沉降預(yù)測方法

2.1經(jīng)驗公式法

經(jīng)驗公式法也叫曲線法，由雙曲線法、指數(shù)曲線法、星野法組成。

（1）雙曲線法

雙曲線法依賴于地基沉降實測數(shù)據(jù)來預(yù)測沉降，主要擬合沉降量一時間一荷載，在實際工程中軟土地基最終沉降量的推算主要按照下面經(jīng)驗公式（1）進(jìn)行?？梢杂嬎愕鼗罱K沉降量。

2.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是一種認(rèn)為構(gòu)造系統(tǒng)，可以模擬信息處理，它具有非線性處理能力，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，一般由輸入層、中間層、輸出層構(gòu)成。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法不必依賴于預(yù)先確定的模型，只要有輸入和輸出數(shù)據(jù)，然后確定輸入的數(shù)據(jù)與輸出的數(shù)據(jù)的關(guān)系，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測速度快。

24遺傳算法

遺傳算法按照“優(yōu)勝劣汰，適者生存”的規(guī)律進(jìn)行計算，目前已廣泛應(yīng)用在土木工程領(lǐng)域。遺傳算法的主要特點(diǎn)是：尋找最優(yōu)解和探索兩個方向的矛盾;以變量形式搜索;整體搜索，避免局部最優(yōu);根據(jù)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行搜索;依據(jù)概率搜索。遺傳算法按照圖2進(jìn)行設(shè)計，由此進(jìn)行沉降預(yù)測。

3結(jié)論

本文在研究軟土地基沉降變形預(yù)測方法時，得到了如下結(jié)論：（1）現(xiàn)有的沉降預(yù)測方法主要有經(jīng)驗公式法（雙曲線法、指數(shù)曲線法、星野法）、灰色系統(tǒng)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、遺傳算法。

（2）針對經(jīng)驗公式法歸納時發(fā)現(xiàn)，雙曲線法要求沉降測試時間至少半年以上，若現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)過少，其預(yù)測精度會受到影響;指數(shù)曲線法誤差相對較小，但對觀測數(shù)據(jù)有較為嚴(yán)格的要求，當(dāng)觀測數(shù)據(jù)不穩(wěn)定時，無法適用于該預(yù)測方法;在軟土地基沉降預(yù)測時，星野法預(yù)測結(jié)果相對雙曲線法較大。

（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在沉降預(yù)測時速度較陜;遺傳算法進(jìn)行整體搜索，避免局部最優(yōu)。