软土地基沉降监测回归分析数学模型的比较.pdf

2 0 0 2年第 3期 云南水 电技术 总第 1 4 0期 软 土 地 基 沉降 监 测回 归 分 析 数学 模 型的 比 较 赵志勇 (国家 电力 公司 昆 明勘 测设计 研究 院，云南 昆 明 6 5 0 0 6 1)摘要：由于软土地基 的复杂性，沉 降理论计算 很难 符合 实际情 况，本文结 合 滇池疏 浚治理工 程，在软土地基通 过实测沉 降资料，选 择不 同数学 模 型对其 回归分 析计算。希望得 出适合于类 似工程 的软 土地 基沉 降 回归计 算公 式，对 滇池疏 浚治理后 续疏 浚工程起到优化设计、指导施工 和安 全预报的作用。关键词：软 土；回归分析；安全监测 1 概 述 在软土地基 上建 造结 构 物，必 然要 引起 地基土 的压 缩变形，由荷 载作用 产 生 的压缩 变形称 为地基 的沉 降。沉 降量在结 构物 的设 计、安 全 运行 等方 面的重要性 是不言 而喻 的，然 而要 准确 地求 解结构物 的沉降量，从 根本上说，是要解决上 部结构、基 础与 地基共 同作 用 和土 体应 力一 应 变关系，这类课题 由于研究对象 的复杂性，迄 今为止还未 能取得 令 人满 意 的研 究 成果。虽然 目前 随着 电子计 算机 的发展，对 土 的非 线性应力一应 变关 系 的研究 已进 一步 深入，已提 出 一 些 较 为 著 名 的 模 型 如 D L u 1 c a n-C h a n g E-V模型、黄文熙模 型等，但要 想找 一 种数学模 型来全 面、正确 地表 达软 土 的应力 应 变 的复 杂关 系，其难 度是 相 当 高的。在 解决实际 问题 时，对 一些重 要 的工 程一 般需 要开展地基沉 降及 附加 应力 的现 场监 测，为 分析结构物 的安全性能或采取加 固措施 提供 可靠的技术数据。本文根据 电磁沉降仪在滇 池底泥疏浚 工 程 中的实测 沉 降数 据，利用 不 同的 回归计算模 型，对计算所得最终沉 降量、实测沉 降量、相关 指数 和剩余 标 准差 等指 标 进行 比较，希 望得 出一 种 比较切 合本 工 程实 际的计算模 型，对 滇池 疏浚 治理 后续 疏浚 工 程起到优 化设计、指导施 工 和安 全预 报 的作 用。2 常用模 型简介 在 资料 可信 的前 提 下，回归分 析 中影 响 分析质量 的首要 因素是：数学模 型是否适 当。常用 的沉 降模 型有以下几种类 型：对数 函数、幂 函数、指数函数、双 曲线 函数等。其 中某 一 函数类型又包含 多种经验 表达式。根据大 量 的实测资料和文献 1 ，软土地基沉降基本特 性为：施工期 和竣 工初 期，沉 降速率 较 快，其 时间 一沉 降 过程 曲线 是 一条 向下 凹 的 曲线(一般沉降量 取 向下为 正)，最 后将 趋 近于 一 收稿 E l 期：2 O O 20 50 8 作 者简介：赵 志勇(1 9 7 6一)，男，四川 万源 人，助 理工 程师，主要 从事水 利水 电工 程监测 设计 工作。5l 维普资讯 http:/ 条水 平渐近线。据上述 可 以判定，对数 函数 和幂 函数(幂 大 于 0)因不 具有 渐 近线，故 不 予 以择用。根据对滇池疏浚 的试验 和现场实 测资料 的分析 比较，选择 双 曲线 函数 和指 数 函数 对实测资料进行 回归计算。3 计算公式 3 1 双曲线公式 认为实测 的沉降与时 间的关 系接近双 曲 线。其表达 式为：s t s (1)其 中：S 一 待求 的最终沉 降量；o 一待定 的经验系数；一 堆载期某一 时刻；3 2指数 曲线公 式 认为实测 的沉降与时间 的关 系接 近指数 曲线，其表达式为：S。=S e x p(a t)(2)式 中参 数意义同上。4 计算成 果 表 1为 本 次 现 场 实测 资 料 的 典 型 测 孔(埋 设后从未被破坏，且埋设地段地质条 件较 差，变形 较 大 的观测 孔)的 回归计 算 值；表 2 为相 同历 时实测值和 回归计算值 的 比较的结 s t 一 时 间 t 时的实测沉降量 果。表 1 典 型测孔观测资料 回归计算值 表 2 相 同历时实测值和 回归计算值 的比较 从表 1中可看 出，采用 双 曲线模 型 回归 的最终沉 降量较采 用指数 曲线模型推算 的最 终沉 降量 大；从 表 2中可 看 出采 用指 数 曲线 5 2 模型更接近实测沉降量。采用 两 种 计算 公 式 相 关 指 数 基 本 大 于 0 9 5，但指数曲线 的相关指数较 双 曲线 略大、维普资讯 http:/ 剩余标准差更小，表明两种回归模型虽都能 满足沉 降计算的要求，指数 曲线似乎更优。但根据文献 3 ，双曲线模型公式推算值为指 数 曲线模 型公式的 1 1 1 3倍，本文 双 曲线 推算 的最终沉降值为指数 曲线 的 1 o 3 1 1 9 倍。指数曲线在历时越长推算值越 接近实 际 值，但鉴 于软 土的次固结 沉降时 间延伸很长，而利用推算 的沉降 曲线历 时 一般不 会 很长，为 留有余地，故采用双 曲线，但指数 曲线经验 公式也有其优 点，当实测沉 降曲线历时很长，推算时越接 近实际。故本文认 为两种模 型均 可得到可信的值，可根据实测资料 的历时长 短适 当选用。典 型测 孔实测资料 和 回归理论 曲线见 图 l，从 曲线 图中可看 出：实测 曲线 和 回归 理论曲线 比较 吻合，指 数 曲线 在测 值初 期较 实测值偏 小，但资 料历 时越 长越 接 近实 测值；双 曲线 在整 个过 程 中较实 测 曲线 和指 数 曲线都 略大，表 明双 曲线 回归值用 于 工 程 偏 于 安 全。图 1 实测与 回归计 算时间 沉降过程 曲线 53 维普资讯 http:/ 5结 语 1 根据实 测 资料 回归 分析，应 选 用相 关指 数大、剩余标 准差 小的 回归分析模 型；2 双曲线和指数 曲线模 型均 可用 于本 工程 回归分 析，进行 回归 分析 时可 根 据实 测 资料 系列历 时长短选用。6 参考文献 1 胡其裕关 于土 坝 沉 降过程 回归分 析模 型选 择 的思 考 大坝 观 测 与 土 工 测 试 2 o 0 1 6 2史如平等 土力 学 与地 基工 程 上 海交通 大学 出版社 l 9 9 o 3 孙更生 等 软土地 基 与地 下 工程 中国建筑工业 出版 l 9 8 4 4 赵志勇 滇池 草海 底 泥继 续 疏浚 工 程围埝安全监测 总报告 2 0 0 1 李超 南 维普资讯 http:/