路基沉降時空演變可視化表達與分析

鄭磊　姚龍龍　宋保全　譚儒蛟

【摘? ? 要】： 為快速分析與把握路基整體形變規(guī)律，以實測數(shù)據(jù)為基礎，應用SURFER軟件繪制了某公路多期路基沉降累計變化量及月沉降速率等值線圖，實現(xiàn)了路基沉降時空演變的可視化表達。

【關鍵詞】： 時空演變；可視化表達；等值線圖；路基沉降

【中圖分類號】：TU196.2【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）05-04-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.05.002

Visualization Expression and Analysis of the Spatial and Temporal Evolution of Subgrade Settlement

ZHENG Lei，YAO Longlong，SONG Baoquan，TAN Rujiao

（Tianjin Municipal Engineering Design & Research Institute Co. Ltd.，Tianjin 300392，China）

【Abstract】：In order to quickly analyze and grasp the overall deformation law of subgrade， based on the measured data， this paper applied SURFER software to draw the cumulative variation of multi-stage subgrade settlement and the monthly settlement rate contour map of a highway， realizing the visual expression of the spatial and temporal evolution of subgrade settlement.

【Key words】：spatial and temporal evolution;visualization expression; contour map; embankment settlement

當前，關于路基沉降監(jiān)測方法的介紹比較多[1～7]，但是關于路基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)表達方式的介紹相對較少。監(jiān)測數(shù)據(jù)的主要表達方式為數(shù)據(jù)報表及時程曲線等；在面對少量監(jiān)測數(shù)據(jù)時，該方式具有簡潔高效的特點，但在面對較大監(jiān)測數(shù)據(jù)量時，該方式則往往難以彰顯線路的整體沉降規(guī)律。有部分人員利用SURFER軟件對煤礦沉陷、地表沉降、基坑變形監(jiān)測等進行了可視化表達與分析[8～15]，取得了不錯的效果；但對于線狀公路路基沉降變形尚未有人進行嘗試?；诖?，本文利用SURFER軟件等值線圖對路基沉降時空演變進行了有益地嘗試，驗證了該方法在路基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析中的獨特優(yōu)勢。

1 數(shù)據(jù)處理方案

SURFER軟件具有強大的插值功能和繪制圖件能力，可以輕松制作基面圖、數(shù)據(jù)點位圖、分類數(shù)據(jù)圖、等值線圖、線框圖、地形地貌圖、趨勢圖、矢量圖及三維表面圖等，提供11種數(shù)據(jù)網(wǎng)格化方法，包含了幾乎所有流行的數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算方法，提供各種流行圖形圖像文件格式的輸入輸出接口及各大GIS軟件文件格式的輸入輸出接口，大大方便了文件和數(shù)據(jù)的交流和交換，提供了新版的腳本編輯引擎，自動化功能得到了極大加強，常用來進行XYZ數(shù)據(jù)處理與各種可視化表達，是地質(zhì)工作者常用的專業(yè)成圖軟件之一。

為了發(fā)揮SURFER軟件在路基沉降時空演變可視化表達與分析中的功能，制定數(shù)據(jù)處理方案如下：

1）基于路基累計沉降時程曲線、縱橫斷面線、路基月沉降速率曲線對路基沉降進行常規(guī)數(shù)據(jù)表達與分析；

2）基于SURFER軟件的路基累計沉降時空演變等值線圖、路基月沉降速率時空演變等值線圖，對路基沉降進行可視化表達與分析。

2 工程案例

2.1 工程概況

天津某高速公路地處濱海軟土地區(qū)，堤路共建段K9+497～K26+117全長16.62 km，設計雙向4車道，分離式路基半幅寬度為13.75 m，左右幅之間有一寬約4 m、坡度為1∶1.75的斜坡。為了分析研判該段路基的穩(wěn)定性，制定有針對性的后續(xù)施工方案，對公路左右幅路基及巡堤路進行沉降監(jiān)測，共計113監(jiān)測橫斷面，整體上間距200 m，部分加密段間距100 m；每個橫斷面6個監(jiān)測點，面向大樁號從左至右每個監(jiān)測橫斷面監(jiān)測點的橫向坐標分別為0、5.50、9.70、23.00、27.00、40.75 m，共計678個監(jiān)測點。2022年1月25日—2022年8月15日，公路運營期進行了6次路基沉降數(shù)據(jù)采集。

2.2 數(shù)據(jù)表達與分析

2.2.1 常規(guī)數(shù)據(jù)表達與分析

由于監(jiān)測斷面較多、數(shù)據(jù)量較大，以6次實測數(shù)據(jù)為基礎，繪制某斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線。見圖1。

從圖1a可以看出，路基沉降隨著時間的推移在不斷下沉，但是橫斷面上點位沉降速率可能存在較大差異；從圖1b可以看出，路基橫向上存在較為明顯的差異沉降；從圖1c可以看出，近6個月以來公路路基最大累計沉降約為47 mm，縱向上存在4處較為明顯的沉降槽；從圖1d可以看出，公路最大月沉降速率為16.6 mm，大部分在5 mm以內(nèi)，部分路段沉降速率相對較大。

從上述分析可以看出，針對較少數(shù)據(jù)進行分析時，常規(guī)的時間曲線、縱橫斷面線、沉降速率曲線可以快速對最大沉降量、沉降速率、差異沉降等進行精準分析；但如果路段較長、監(jiān)測點較多時，逐個斷面進行分析工作量將相當巨大，而整體分析由于很多點位沉降量相近，沉降曲線往往交織在一起，難以對沉降數(shù)據(jù)有一個時空演變上的快速整體把握。

2.2.2 基于SURFER等值線圖的數(shù)據(jù)表達與分析

以6次實測數(shù)據(jù)為基礎，基于SURFER軟件繪制了2022年5—8月的路基累計沉降時空演變等值線圖、路基月沉降速率時空演變等值線圖。數(shù)據(jù)網(wǎng)格化處理時，橫向間距選擇8 m，縱向間距選擇150 m，高程插值模型選擇克里金插值法；由于路基沉降監(jiān)測一般為帶狀，為了圖形顯示合理均衡，縱向坐標以百米為單位，然后縱坐標軸標識顯示時后綴添加2個0，從而實現(xiàn)里程樁號單位為米；橫坐標據(jù)實顯示即為米。見圖2和圖3。

從圖2和圖3可以看出，截至2022年8月15日，運營期路基累計沉降最大值約為46 mm；縱向上路基沉降存在4處較為明顯的沉降槽；右幅路基整體上較左幅路基、巡堤路沉降大；路基月沉降速率除個別區(qū)段外整體上處于5 mm以內(nèi)；月沉降速率超過5 mm的區(qū)段時空上并不完全重疊，而是存在一定差異。

從上述分析可以看出，基于賦色后的等值線圖，路基累計沉降數(shù)據(jù)、路基月沉降速率實現(xiàn)了時空演變的高度統(tǒng)一，路基累計沉降、路基月沉降速率時空演變規(guī)律和特點直觀、快速顯示，為參建各方及時準確快速整體把握路基沉降規(guī)律提供了有力的支撐。

3 結語

通過對路基沉降數(shù)據(jù)表達與分析的對比可以看出，基于賦色后的SURFER等值線法相比常規(guī)數(shù)據(jù)分析方法在數(shù)據(jù)量較大的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析時能夠快速實現(xiàn)路基沉降時空演變的高度統(tǒng)一，在快速把握路基沉降規(guī)律方面具有直觀、高效的顯著優(yōu)勢；但該方法在數(shù)據(jù)精準統(tǒng)計分析時存在一定不足，建議在后續(xù)類似工程監(jiān)測數(shù)據(jù)分析過程中，將常規(guī)數(shù)據(jù)報表、縱橫斷面線、時程曲線與SURFER等值線法同步采用。

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