基于尖點(diǎn)突變理論的軟巖棄渣路堤局部穩(wěn)定性分析

鞠興華，楊曉華，張莎莎

(1.濰坊學(xué)院建筑工程學(xué)院，山東 濰坊 261041;2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710064)

軟巖在我國(guó)分布廣泛。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，軟巖地區(qū)的公路建設(shè)日益增加，但其“似土非土、似石非石”的特性也帶來(lái)諸多工程問(wèn)題。目前，軟巖棄渣在路基填筑中的合理性問(wèn)題已被廣泛關(guān)注[1-2]。鑒于軟巖具有水理性差、強(qiáng)度低、成分復(fù)雜等特征，許多學(xué)者對(duì)其在路基填筑中的可行性和適用性進(jìn)行了深入研究。張靜波等[3]利用動(dòng)三軸試驗(yàn)分析了軟巖填料在干濕循環(huán)條件下的動(dòng)力特性，為工程施工提供了的參考依據(jù)；毛雪松等[4]探討分析了不同顆粒級(jí)配及水泥摻入量對(duì)路基填料CBR值的影響，確定了兩者的最佳組合；宋楊等[5]對(duì)路基壓實(shí)度的影響因素進(jìn)行了研究，得出了施工參數(shù)與壓實(shí)度間的影響關(guān)系，合理指導(dǎo)了實(shí)際施工；毛雪松等[6-7]對(duì)以千枚巖作為路基填料的施工工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了技術(shù)改良；趙德新[8]、詹永祥等[9]在填筑材料性能研究的基礎(chǔ)上，探討了不同填筑參數(shù)的組合施工效果，并提出了相應(yīng)的控制措施，為類似軟巖路基的填筑施工積累了經(jīng)驗(yàn)。上述研究取得了一定的成果，但多偏重于路基填料的工程性質(zhì)分析，未涉及路基填筑后的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，也未涉及尖點(diǎn)突變理論的應(yīng)用；同時(shí)，不同地區(qū)的軟巖性質(zhì)具有差異，加之地質(zhì)環(huán)境條件不盡相同，因此需對(duì)不同地區(qū)的軟巖路基填筑進(jìn)行針對(duì)性的研究。

成武高速(成縣—武都)共設(shè)計(jì)30余座隧道，巖性以紅層軟巖為主，伴隨隧道開(kāi)挖，將會(huì)產(chǎn)生大量軟巖棄渣。由于工程地處長(zhǎng)江上游環(huán)境保護(hù)區(qū)，工程區(qū)的水土保持、生態(tài)保護(hù)具有嚴(yán)格要求，其棄渣存放面臨多種問(wèn)題，如耕地占用、破壞地貌景觀等；且成武高速地處隴南山嶺重丘區(qū)，交通較為不便，使得路基填料取土困難，嚴(yán)重影響工程的經(jīng)濟(jì)效益。因此，若能將隧道棄渣用于路基填筑，將會(huì)大大降低投資成本，具有很好的實(shí)用價(jià)值。綜合上述，本文以成武高速公路為工程實(shí)例背景，分析了路基填筑材料的工程特性；結(jié)合路基沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析路基填筑后的穩(wěn)定性及其發(fā)展趨勢(shì)。

1 工程概況

成武高速公路是甘肅省境內(nèi)的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一，具有特殊的作用和地位。該高速公路主要涉及9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，起點(diǎn)位于隴南市成縣，終點(diǎn)位于武都區(qū)城郊鄉(xiāng)，設(shè)計(jì)行車(chē)速度80 km/h，路基寬24.5 m，全長(zhǎng)為92.04 km，其中包含4.4 km的二級(jí)公路連接線[10-12]。

如前所述，成武高速公路包含30余座隧道，巖性以泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，紅色，屬紅層軟巖，具不等互層結(jié)構(gòu)，親水性強(qiáng)、透水性弱、強(qiáng)度低(一般小于30 MPa)、軟化性強(qiáng)，且失水后易崩解；同時(shí)，巖層層面遇水易滑動(dòng)，巖體層面之間抗剪強(qiáng)度低，特別是層面之間含水后易產(chǎn)生層間滑動(dòng)。

2 工程特性分析

2.1 篩分試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)隧道開(kāi)挖過(guò)程，區(qū)內(nèi)棄渣具有明顯的差異性特征，主要體現(xiàn)在顆粒成分、顏色及粒徑等方面。為綜合、全面分析區(qū)內(nèi)棄渣的工程特征，該文以顆粒成分、顏色及粒徑等為劃分指標(biāo)，將棄渣劃分為三類(Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類)，并對(duì)三類棄渣進(jìn)行試驗(yàn)分析。其中，篩分試驗(yàn)結(jié)果表明，Ⅰ類棄渣屬巨?；旌贤?，紅褐色，巨粒土含量為15%～50%，不均勻系數(shù)為12～30，曲率系數(shù)為0.82～4，波動(dòng)性較大，但平均結(jié)果的級(jí)配較好；Ⅱ類棄渣屬礫類土，紅色，礫類土質(zhì)量占比大于總質(zhì)量的50%，不均勻系數(shù)5～8，曲率系數(shù)0.5～0.8，波動(dòng)性相對(duì)較小，級(jí)配較好；Ⅲ類棄渣屬巨粒土，灰色，巨粒組含量間于50%～75%，不均勻系數(shù)6～10，曲率系數(shù)0.5～1.28，級(jí)配較好。對(duì)比三類棄渣的篩分結(jié)果，得出不同棄渣的級(jí)配雖具有一定的差異，但整體級(jí)配分布區(qū)間一致，均屬級(jí)配較好，基本符合路基填筑要求。

2.2 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

由于成武高速泥質(zhì)軟巖棄渣中的大尺寸顆粒相對(duì)較多，有些粒徑已經(jīng)超過(guò)規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)重型擊實(shí)試驗(yàn)的試桶要求，為了使試驗(yàn)結(jié)果更加可靠，研制了適用于大顆粒的大型擊實(shí)試驗(yàn)。其中，標(biāo)準(zhǔn)重型擊實(shí)試驗(yàn)的錘底直徑5 cm，錘質(zhì)量4.5 kg，落高45 cm，試樣高度12 cm，試樣體積2 177 cm3；大型擊實(shí)試驗(yàn)擊錘直徑5 cm，擊實(shí)錘重量4.5 kg，擊錘下落高度45 cm，所用試模尺寸直徑30 cm，高度35.4 cm，體積25 000 cm3。結(jié)合前述級(jí)配分析結(jié)果，Ⅰ類和Ⅲ類棄渣采用大型擊實(shí)試驗(yàn)，Ⅱ類棄渣采用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，三類棄渣的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果如表1所示?？梢钥闯觫耦悧壴淖顑?yōu)含水率最高，Ⅲ類棄渣的最大干密度最大，且三者的平均最優(yōu)含水率為6.5%，平均最大干密度為2.27 g/cm3。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取樣后的巖石試樣數(shù)據(jù)，兩類原巖的天然密度為2.42～2.55 g/cm3，少量可達(dá)2.6 g/cm3，而含水率則為3.0%～4.5%。與室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)成果對(duì)比可知，路基填筑后的最佳密度要適當(dāng)小于原巖狀態(tài)的密度，這與開(kāi)挖后的松散及填筑工藝相關(guān)。

表1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

2.3 CBR試驗(yàn)結(jié)果

在前述擊實(shí)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按照最優(yōu)含水率制備CBR試驗(yàn)試樣。在CBR試驗(yàn)過(guò)程中，需進(jìn)行浸水膨脹，該過(guò)程為：在試件面部鋪設(shè)薄濾紙，并將其放置于多孔板上，用拉桿固定試樣筒和多孔板；對(duì)試樣筒進(jìn)行倒轉(zhuǎn)，在其另一面也放設(shè)濾紙，并在該面上放置多孔頂板及4塊荷載板，每塊荷載板1.25 kg；將整個(gè)裝置放入水槽中，并安裝好測(cè)定膨脹量的裝置，在初始讀數(shù)讀取后，向水槽內(nèi)注水，水面應(yīng)高出試件25 mm，浸泡時(shí)間為96 h；量測(cè)浸水后試件的高度，計(jì)算膨脹量；卸除膨脹量測(cè)定裝置，取出試樣筒，吸去試件頂面的水，靜置15 min后卸下荷載塊、多孔頂板和多孔底板、濾紙，稱試樣筒和試件總質(zhì)量，計(jì)算試樣含水率和干密度的變化。最后，采用微機(jī)控制電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行貫入試驗(yàn)。

在試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)貫入深度2.5 mm和5 mm均進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)，得到CBR試驗(yàn)結(jié)果(表2)。

表2 CBR試驗(yàn)成果

在不同貫入深度條件下，均以Ⅲ類棄渣的CBR值相對(duì)更大，說(shuō)明Ⅲ類棄渣的路基填筑性質(zhì)相對(duì)更佳；同時(shí)，在各組試驗(yàn)中，對(duì)比貫入深度為2.5 mm和5 mm時(shí)的CBR值，得出前者均小于后者，因此，以貫入深度為5 mm時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果為采用值，且三類土的CBR5.0值均滿足高速公路填筑路堤的強(qiáng)度要求。

綜合上述對(duì)棄渣工程特性的分析，得出成武高速的軟巖棄渣具有較好的工程特性，可作為路基填料，但是在路基填筑過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制含水率，建議將含水率控制在6.5%左右。

3 穩(wěn)定性現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

3.1 基本變形特征

在完成路基填筑以后，為掌握其沉降特征，進(jìn)行了路基沉降監(jiān)測(cè)，并利用尖點(diǎn)突變理論分析局部路基穩(wěn)定性的現(xiàn)狀。監(jiān)測(cè)斷面布置在成武高速第四標(biāo)段C匝道，共布設(shè)兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，斷面布置如圖1所示，兩斷面水平間隔120 m；同時(shí)，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面共布置11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，兩斷面的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置情況圖2所示。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)頻率為1次/周，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為沉降監(jiān)測(cè)。

圖1 監(jiān)測(cè)平面布置示意圖

圖2 監(jiān)測(cè)斷面布置示意圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，共獲得21期(147 d)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。Ⅰ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的最大沉降量發(fā)生在6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沉降值為71.3 mm，位于監(jiān)測(cè)斷面中部；最小沉降量發(fā)生在1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沉降值為16.9 mm，位于路基靠邊坡一側(cè)。Ⅱ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的最大沉降量發(fā)生在7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沉降值為61.4 mm，位于監(jiān)測(cè)斷面中部；最小沉降量發(fā)生在1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，值為26.4 mm，位于路基靠邊坡一側(cè)。

對(duì)兩斷面相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變形進(jìn)行對(duì)比，得到圖3。由圖3可知，路基沉降變形以中心處的沉降量相對(duì)更大，斜坡側(cè)的沉降量相對(duì)較少，即路基沉降具不均勻特性；對(duì)比Ⅰ、Ⅱ監(jiān)測(cè)斷面在相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的沉降量可知，Ⅰ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的沉降量要略大于Ⅱ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的沉降量，說(shuō)明隨路基深度的增加，沉降量相應(yīng)減小。

圖3 兩監(jiān)測(cè)斷面的沉降對(duì)比圖

3.2 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)路基填筑效果分析，得出路基整體穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求，但因填料遇水易崩解等特性，在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，路堤內(nèi)部填料因水的作用可能會(huì)出現(xiàn)崩解，導(dǎo)致局部的變形失穩(wěn)。為進(jìn)一步分析路基局部的穩(wěn)定性特征，本文基于局部現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)成果，以尖點(diǎn)突變理論中的突變特征值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，判斷路基填筑后的穩(wěn)定性。

尖點(diǎn)突變理論的研究重點(diǎn)是事物穩(wěn)定與非穩(wěn)定間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，對(duì)路基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有一定的適用性[13]。結(jié)合尖點(diǎn)突變理論的基本原理，先利用數(shù)值擬合來(lái)構(gòu)建勢(shì)函數(shù)，即采用Matlab擬合工具箱，對(duì)路基沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行四次多項(xiàng)式擬合：

Yt=a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4

(1)

式中：Yt——t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的擬合值；

ai(i=0，1，2，3，4)——擬合參數(shù)。

由于式(1)并非尖點(diǎn)突變理論的標(biāo)準(zhǔn)形式，需進(jìn)行變換處理，且將變換方式確定為T(mén)schirhaus變換，即令A(yù)=a3/4a4，t=x-A，并將其帶入式(1)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得：

fx=b4x4+b2x2+b1x+b0

(2)

式中：fx——變換函數(shù)；

bi(i=0，1，2，4)——變換參數(shù)。

同時(shí)，參數(shù)a和b間存在如下矩陣變換關(guān)系：

(3)

對(duì)式(2)兩側(cè)同除b4，即可得到尖點(diǎn)突變理論的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)：

Ux=x4+μx2+vx+c

(4)

式中：Ux——標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)；

μ、ν——突變特征參數(shù)。

兩突變特征參數(shù)可根據(jù)下式進(jìn)行求解：

(5)

(6)

基于兩特征參數(shù)，可求得突變特征值：

Δ=8μ3+27v2

(7)

根據(jù)上述原理，提出以突變特征值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，判斷路基沉降的穩(wěn)定性，其判據(jù)為：當(dāng)Δ<0時(shí)，路基處于不穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)Δ=0時(shí)，路基處于臨界平衡狀態(tài)；當(dāng)Δ>0時(shí)，路基處于穩(wěn)定狀態(tài)。另外，當(dāng)Δ>0時(shí)，Δ值可進(jìn)一步評(píng)價(jià)路基的穩(wěn)定程度，即Δ值越接近于零，穩(wěn)定性越好[14]。

同時(shí)，在尖點(diǎn)突變分析過(guò)程中，選取兩斷面中沉降量最大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為分析對(duì)象，即分析數(shù)據(jù)來(lái)源于Ⅰ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和Ⅱ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

首先，對(duì)兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)的所有監(jiān)測(cè)樣本進(jìn)行尖點(diǎn)突變分析，以掌握其整體穩(wěn)定性，且經(jīng)Matlab的擬合工具箱擬合，得6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的四次多項(xiàng)式擬合函數(shù)為：

yⅠ=-1.132×10-6t4+3.977×10-4t3-4.474×10-2t2+2.465t+1.812×10-13

根據(jù)擬合結(jié)果，6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的擬合度為0.982 7，具較好的擬合效果，保證了后續(xù)分析的有效性。結(jié)合尖點(diǎn)突變理論的基本原理，對(duì)突變特征參數(shù)和特征值進(jìn)行求解：

μⅠ=-4.351×104；νⅠ=-2.317×105

則

ΔⅠ=7.903×1011>0

根據(jù)上述計(jì)算，得到第Ⅰ斷面6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的突變特征值大于零，說(shuō)明該監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

類比上述，對(duì)第Ⅱ斷面的7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行尖點(diǎn)突變分析，經(jīng)擬合，得其四次多項(xiàng)式擬合函數(shù)為：

yⅡ=-8.808×10-7t4+3.193×10-4t3-3.951×10-2t2+2.124t+1.498×10-13

在7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的擬合過(guò)程中，其擬合度為0.9879，較趨近于1，說(shuō)明該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的擬合效果也較好。同時(shí)，也對(duì)該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的突變特征參數(shù)和特征值進(jìn)行求解：

μⅡ=-4.423×103；νⅡ=-2.358×105

則

ΔⅡ=8.085×1011>0

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得到第Ⅱ斷面7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的突變特征值也大于零，說(shuō)明該監(jiān)測(cè)點(diǎn)也處于穩(wěn)定狀態(tài)。

對(duì)比兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)的整體穩(wěn)定性分析結(jié)果，得到兩者均處于穩(wěn)定狀態(tài)，且ΔⅡ>ΔⅠ，說(shuō)明6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定性相對(duì)更高。

其次，為掌握路基穩(wěn)定性隨時(shí)間持續(xù)的變化特征，再將監(jiān)測(cè)樣本劃分為1-7周期、1-14周期、1-21周期三個(gè)階段，并對(duì)各階段進(jìn)行尖點(diǎn)突變分析，結(jié)果如表5和6所示。

表5 6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同階段的穩(wěn)定性分析結(jié)果

表6 7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同階段的穩(wěn)定性分析結(jié)果

由表5和6可知，兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同階段的突變特征值均大于零，說(shuō)明路基始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，且隨時(shí)間持續(xù)，突變特征值不斷減小，路基穩(wěn)定性增加。

綜合上述，整體分析和分階段分析均得出路基處于穩(wěn)定狀態(tài)，驗(yàn)證了路基填料的適用性，為類似工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

4 穩(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)分析

通過(guò)構(gòu)建粒子群優(yōu)化極限學(xué)習(xí)機(jī)(PSO-ELM模型)來(lái)實(shí)現(xiàn)路基沉降的變形預(yù)測(cè)，進(jìn)而判斷路基穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢(shì)[15-16]。極限學(xué)習(xí)機(jī)(Extreme Learning Machine，ELM)是一種新型智能模型，具有較高的學(xué)習(xí)速度和泛化能力，適用于非線性預(yù)測(cè)。若訓(xùn)練樣本為(xi,ti)，且總個(gè)數(shù)為N，則可將極限學(xué)習(xí)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)模型表示為：

(8)

式中：yi——第i個(gè)節(jié)點(diǎn)處的預(yù)測(cè)值；

xi——第i個(gè)節(jié)點(diǎn)處的預(yù)測(cè)輸入值；

K——隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)；

g(x)——激勵(lì)函數(shù)；

βi——隱層與輸出層間的連接權(quán)值；

wi——輸入層與隱層間的連接權(quán)值；

bi——隱層偏置。

極限學(xué)習(xí)機(jī)在相應(yīng)參數(shù)設(shè)置前提下，可實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)結(jié)果到期望結(jié)果的零誤差逼近，即

(9)

根據(jù)訓(xùn)練樣本可構(gòu)建N個(gè)方程，并將其表示為矩陣形式：

T=Hβ

(10)

式中：T——期望輸出矩陣；

H——隱層輸出矩陣；

β——權(quán)值矩陣。

上式可等價(jià)于求解H=βT的最小二乘解，即需求解β′矩陣：

β′=H+T

(11)

式中：H+——H矩陣的廣義逆矩陣。

在極限學(xué)習(xí)機(jī)的應(yīng)用過(guò)程中，隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)一般小于訓(xùn)練樣本數(shù)，易造成復(fù)共線性問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致輸出結(jié)果的隨機(jī)波動(dòng)，造成預(yù)測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性不足。因此，為克服上述問(wèn)題，該文提出利用粒子群算法優(yōu)化極限學(xué)習(xí)機(jī)的權(quán)值矩陣和隱層偏置。

粒子群算法可將尋優(yōu)參數(shù)看作為空間粒子的屬性，通過(guò)不斷迭代來(lái)更新粒子速度和位置，進(jìn)而得到尋優(yōu)目標(biāo)的全局最優(yōu)值。結(jié)合該文實(shí)例特點(diǎn)，將權(quán)值矩陣和隱層偏置的優(yōu)化過(guò)程分述如下：

①隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)粒子群，并對(duì)群中每個(gè)粒子賦予參數(shù)屬性，即將權(quán)值矩陣和隱層偏置作為粒子屬性，并將種群規(guī)模設(shè)置為30，慣性權(quán)值設(shè)置為1，學(xué)習(xí)因子設(shè)置為2，最大迭代次數(shù)為600 次，實(shí)現(xiàn)了粒子群的初始化。

②按下式求解各粒子的適應(yīng)度值：

(12)

式中：fi——第i個(gè)粒子的適應(yīng)度；

f(xi)——第i個(gè)節(jié)點(diǎn)處的預(yù)測(cè)值；

yi——第i個(gè)節(jié)點(diǎn)處的樣本值。

③以適應(yīng)度最小為原則，對(duì)比粒子群中所有粒子的適應(yīng)度值，確定其中的最佳粒子。當(dāng)最佳粒子的適應(yīng)度值滿足期望要求時(shí)，則停止迭代，最佳粒子的屬性參數(shù)即為最優(yōu)權(quán)值矩陣和隱層偏置；反之，改變粒子的位置和速度，并重新求解粒子的適應(yīng)度值，直至達(dá)到期望值或達(dá)到設(shè)定的迭代次數(shù)。

在預(yù)測(cè)過(guò)程中，對(duì)Ⅰ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和Ⅱ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均進(jìn)行預(yù)測(cè)。將訓(xùn)練樣本設(shè)置為1～17周期，18～21為驗(yàn)證樣本，且對(duì)22～24周期進(jìn)行外推預(yù)測(cè)。通過(guò)預(yù)測(cè)，得兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)結(jié)果如表7～8所示。

表7 6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)結(jié)果

表8 7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)結(jié)果

對(duì)比優(yōu)化前后各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處的預(yù)測(cè)效果可知，經(jīng)粒子群算法的參數(shù)優(yōu)化，有效提高了預(yù)測(cè)精度，驗(yàn)證了參數(shù)優(yōu)化的有效性和必要性；在6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終預(yù)測(cè)結(jié)果中，最大相對(duì)誤差1.26 %，最小相對(duì)誤差為-1.02 %，平均相對(duì)誤差0.57 %，預(yù)測(cè)精度較高，滿足期望要求，且外推預(yù)測(cè)表明，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形值將會(huì)繼續(xù)增加，但增加速率較小，趨于穩(wěn)定；在7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終預(yù)測(cè)結(jié)果中，最大相對(duì)誤差1.55 %，最小相對(duì)誤差為0.83 %，平均相對(duì)誤差1.18 %，也具有較高預(yù)測(cè)精度，進(jìn)一步驗(yàn)證了該文預(yù)測(cè)模型的有效性，且其外推預(yù)測(cè)變形值也呈小速率增加趨勢(shì)。

根據(jù)上述，得出路基變形仍將進(jìn)一步增加，但增加速率均較小，說(shuō)明路基變形趨于穩(wěn)定，且其穩(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)也趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)多種工程性質(zhì)試驗(yàn)，得出成武高速各類棄渣級(jí)配均屬較好，可作為路基填料，但是在路基填筑過(guò)程中，應(yīng)以最優(yōu)含水率進(jìn)行嚴(yán)格控制。

(2)根據(jù)路基沉降監(jiān)測(cè)，最大沉降量為71.3 mm，且Ⅰ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的最終平均沉降量為56.77 mm，而Ⅱ號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的最終平均沉降量為43.51 mm，說(shuō)明隨路基深度的增加，沉降量相應(yīng)減小。

(3)在路基整體穩(wěn)定性分析中，6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的突變特征值均大于零，判斷兩監(jiān)測(cè)斷面均處于穩(wěn)定狀態(tài)，且以Ⅱ監(jiān)測(cè)斷面的穩(wěn)定性相對(duì)更高。

(4)在路基穩(wěn)定性的分階段分析中，路基不同階段的突變特征值也大于零，得出路基始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，且隨時(shí)間持續(xù)，突變特征值具減小趨勢(shì)，認(rèn)為路基穩(wěn)定性隨沉降時(shí)間的持續(xù)具有增加趨勢(shì)。

(5)粒子群算法可有效提高極限學(xué)習(xí)機(jī)的預(yù)測(cè)精度，且PSO-ELM模型能很好實(shí)現(xiàn)路基的變形預(yù)測(cè)，得出路基變形仍將進(jìn)一步增加，但增加速率均較小，即穩(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)趨于穩(wěn)定。