試析沉降觀測(cè)曲線的擬合和最終沉降量的確定

李守全

摘 要：沉降量計(jì)算是土建工程施工建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，通常沉降觀測(cè)曲線擬合控制進(jìn)行沉量的計(jì)算控制，能夠有效的為工程地基荷載的穩(wěn)定性提供有效指導(dǎo)。文章對(duì)沉降量觀測(cè)曲線擬合和最終沉降量確定的方法進(jìn)行介紹，并就各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。期望能為工程建設(shè)提供有效指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：沉降觀測(cè)；曲線擬合；沉降量預(yù)測(cè)；沉降量預(yù)測(cè)

隨著工程建設(shè)的不斷發(fā)展，復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境施工已成為當(dāng)前工程建設(shè)的重要內(nèi)容；要實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量的提升，就必須在沉降觀測(cè)曲線的擬合應(yīng)用下，實(shí)現(xiàn)最終沉降量的有效預(yù)算，從而確保工程地基荷載的穩(wěn)定。

1 沉降觀測(cè)曲線的擬合應(yīng)用

作為地基沉降量預(yù)估計(jì)算的重要方式，沉降觀測(cè)曲線的擬合應(yīng)用極為關(guān)鍵，目前，經(jīng)典曲線擬合、數(shù)學(xué)模型擬合和反演分析擬合是較為常見的三種擬合類型。工程建設(shè)中，前兩種沉降觀測(cè)曲線擬合應(yīng)用的過程較為簡單，應(yīng)用范圍相對(duì)廣泛。實(shí)際擬合應(yīng)用中，雙曲線法、指數(shù)曲線法、泊松曲線法、Asaoka法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是較為常見的應(yīng)用方式。

1.1雙曲線沉降擬合預(yù)測(cè)

雙曲線沉降擬合是一種非線性回歸求解的沉降量擬合預(yù)測(cè)方式，其以沉降量和時(shí)間曲線為控制因素，進(jìn)行沉降量的關(guān)系曲線構(gòu)建，并從關(guān)系曲線的拐點(diǎn)處進(jìn)行擬合計(jì)算，確定實(shí)際的沉降

量。最終沉降量推算公式為：

式中，t為沉降觀測(cè)統(tǒng)計(jì)的開始時(shí)間，一般從沉降-時(shí)間曲線拐點(diǎn)處開始；S0表示拐點(diǎn)部位的沉降量；ab均為待定系數(shù)，計(jì)算過程中，待定系數(shù)的確定以觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，然后通過最小二乘法進(jìn)行計(jì)算。

1.2指數(shù)曲線沉降擬合預(yù)測(cè)

指數(shù)曲線沉降擬合預(yù)測(cè)是地基沉降量預(yù)測(cè)的重要方式。在其預(yù)測(cè)計(jì)算中，待定參數(shù)、瞬時(shí)沉降量和沉降時(shí)間都會(huì)對(duì)最終的沉降量造成影響。通常情況下，工程建設(shè)人員會(huì)在沉降觀測(cè)曲線上進(jìn)行（t1，S1）（t2，S2）（t3，S3）三點(diǎn)選取，并在確保t1、t2、t3等差的基礎(chǔ)上，進(jìn)行待定參數(shù)和瞬時(shí)沉降量計(jì)算。土建工程實(shí)際沉降來那個(gè)通過下式計(jì)算：

式中，α，β均為待定參數(shù)；St表示了t時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)沉降量；而Sd和S分別為瞬時(shí)沉降量和最終沉降量。

1.3泊松曲線沉降擬合預(yù)測(cè)

泊松曲線又被稱為推理曲線和飽和曲線。就時(shí)間序列預(yù)測(cè)過程而言，泊松曲線的表達(dá)式為：

式中，a，b為待定參數(shù)，而S為最終沉降量。通常情況下，泊松曲線計(jì)算公式中的待定參數(shù)通過三段計(jì)算法進(jìn)行求解，并且計(jì)算和擬合預(yù)測(cè)過程具有以下特征：其一，整個(gè)擬合曲線不通過原點(diǎn)；其二，隨著沉降時(shí)間的不斷增加，St也處于持續(xù)增加狀態(tài)，即整個(gè)泊松曲線模型具有單調(diào)遞增性。其三，泊松曲線具有一定的有界性。其四，受反彎點(diǎn)影響，泊松曲線與時(shí)間關(guān)系呈現(xiàn)出s型分布特征。其五，土建工程施工中，泊松曲線對(duì)于設(shè)計(jì)沉降量的把控具有良好的適用性。

1.4Asaoka法沉降擬合預(yù)測(cè)

Asaoka法沉降擬合預(yù)測(cè)中，一維固結(jié)理論是最終沉降量預(yù)測(cè)的主要方式，并且整個(gè)預(yù)測(cè)過程以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為支撐。Asaoka法沉降預(yù)測(cè)的算法公式為：

式中，a為與土的固結(jié)系數(shù)和土層邊界條件相關(guān)的常數(shù)。通常情況下，為實(shí)現(xiàn)a的準(zhǔn)確把控，常需要就土層厚度、土層固結(jié)系數(shù)進(jìn)行把控。與土的固結(jié)系數(shù)和土層邊界條件相關(guān)常數(shù)的取值通過下式表達(dá)：

土建施工中，確保Asaoka法相關(guān)常數(shù)把控的合理，然后規(guī)范化的進(jìn)行圖解法應(yīng)用解算，即可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)沉降量和最終沉降量的有效計(jì)算。

1.5人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法沉降擬合預(yù)測(cè)

人工是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是一種較為高效的現(xiàn)代擬合應(yīng)用方式。其曲線模型應(yīng)用的形態(tài)具有多樣性。實(shí)踐過程中，BP網(wǎng)絡(luò)是最為常見的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)沉降擬合預(yù)測(cè)方式。其具體算法環(huán)節(jié)包括：其一，在網(wǎng)絡(luò)初始化的同時(shí)，進(jìn)行學(xué)習(xí)樣本提供，并實(shí)現(xiàn)輸入樣本的規(guī)劃處理。其二，在指定輸入模式的基礎(chǔ)上，進(jìn)行各個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入和輸出。其三，界定樣本數(shù)據(jù)的誤差函數(shù)，并對(duì)單個(gè)樣本誤差和總樣本誤差進(jìn)行界定。

2 沉降觀測(cè)曲線的擬合應(yīng)用的精度評(píng)估

沉降控制是土建工程施工的重要內(nèi)容。譬如在高速鐵路工程建設(shè)中，其路基的沉降總量不得超過15mm。因此在工程建設(shè)中，需對(duì)施工過程的沉降量進(jìn)行嚴(yán)格控制。某工程建設(shè)中，施工人員先后采用雙曲線法、指數(shù)曲線法、泊松曲線法、Asaoka法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)工程沉降情況分析，不同預(yù)測(cè)模型擬合沉降-時(shí)間曲線圖如圖1所示：

由圖1可知，不同沉降觀測(cè)曲線擬合應(yīng)用中，前150天內(nèi)的沉降量變化較為明顯，其中BP網(wǎng)絡(luò)法的沉降變化量較快，而Asaoka沉降變化不夠明顯。這說明BP網(wǎng)絡(luò)法能最準(zhǔn)確地非線性擬合實(shí)測(cè)的沉降過程，而Asaoka法擬合效果相對(duì)較弱。此外，隨著沉降時(shí)間的不斷延長，擬合曲線在沉降后期趨于重合，這對(duì)工程沉降量的觀察造成一定影響。基于此，需對(duì)后期沉降的數(shù)值進(jìn)行預(yù)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值偏差系數(shù)的準(zhǔn)確把控。

3 結(jié)論

沉降觀測(cè)曲線擬合能夠?qū)崿F(xiàn)土建工程沉降值的有效預(yù)測(cè)。從實(shí)踐過程看，BP網(wǎng)絡(luò)法的擬合應(yīng)用具有較高的效率性和準(zhǔn)確性，其次，雙曲線沉降觀測(cè)擬合應(yīng)用的效果較為突出，且應(yīng)用過程較為廣泛。最后，Asaoka法的擬合效果較為一般，然其擬合值能為實(shí)際的工程建設(shè)提供一定指導(dǎo)。工程建設(shè)中，只有實(shí)現(xiàn)這些沉降觀測(cè)擬合方式的規(guī)范應(yīng)用，才能為工程地基荷載的穩(wěn)定性提供有效指導(dǎo)，確保工程建設(shè)質(zhì)量提升。

參考文獻(xiàn)

[1]袁偉，王斌強(qiáng)，章煦.基于沉降觀測(cè)資料預(yù)測(cè)最終沉降量的方法探討[J].工程質(zhì)量，2017，35（6）：21-24.

[2]孫常青，饒錫保，王月香.沉降觀測(cè)曲線的擬合和最終沉降量的確定[N].長江科學(xué)院院報(bào)，2002（05）.