基于监测的双曲线法沉降计算

基于监测的双曲线法沉降计算

1双曲线、实车法沉降推演高速公路和高速铁路的工作后沉降要求很高。为了有效控制工人随后的沉降，应尽可能正确地确定总沉降。确定总沉降的方法有理论计算法、沉降推算法两大类。工程实践表明,理论计算得到的沉降往往与实际沉降差异较大,根据实测沉降资料推算得到的沉降的可靠性、准确性更高,而且不需要地质资料、计算过程简便、易于被工程技术人员掌握和接受。目前,沉降推算法已经在公路、铁路等工程中广泛应用。目前,沉降推算法有指数法、三点法、Asaoka法、对数法、沉降速率法、双曲线法、星野法、神经网络法、泊松法、支持向量机模型、S型曲线法、各种组合方法等。工程实践表明,相对其他沉降推算方法,双曲线方法具有适应性强、适用性广、方法简单易懂、推算结果比其他方法更接近实测沉降等优点。但是,双曲线法需要较长的恒载预压时间(一般大于6个月),且推算结果受(t0,S0)影响,而且(t0,S0)选取任意性较大。目前,普遍采用的超载预压工程往往需要利用较短时间内的沉降资料推算最终沉降。为了解决上述问题,在大量监测工程实践和对双曲线法深入研究的基础上,提出了两种新的沉降推算方法:全量双曲线法、TS双曲线法。TS双曲线法是由t,tSt数列拟合推算最终沉降的方法。23超球法的起源2.1t计算参数工程实践表明,恒载预压阶段的沉降-时间曲线自反弯点G开始可以采用式(1)所示双曲线方程拟合(见图1)。式中:x=ta+t,ta为时间调整量;y=Sr=S∞-St,Sr为剩余沉降,S∞为最终沉降,St为t时的沉降;k为系数。由式(1)和式(2),可得设a=(ta+t0)(S∞-S0),b=1(S∞-S0),由式(3)可得式(4)是常见的双曲线公式,它可以转变为由t-t0,(t-t0)(St-S0)数列可以拟合得到式(5)直线,其截距和斜率分别是参数a,b。当t→∞时,由式(4)可得由于常规双曲线法利用∆t=t-t0,∆S=St-S0推算沉降,为便于区分其他双曲线法,将其称为增量双曲线法。2.2填土间隔时间的tb恒载预压阶段的沉降-时间曲线自G点开始可以采用式(1)拟合。双曲线通过图2中的修正点A(tb,0)。单级等速加荷,tb取加荷期的中点;二级荷载可以用式(8)确定tb(参见图3);对于多级荷载可以采用类似方法确定tb。为简便起见,间隔时间相差不大的各层填土可以看作同一级等速加荷;当各层填土间隔时间不是很大时,可以取tb=0。将t=tb,St=0代入式(1),可得由式(1)、式(9)可得设a=(ta+tb)/S∞,b=1/S∞,式(10)可转换为式(11)可转换为由t-tb,(t-tb)/St数列可以拟合得到式(12)直线,其截距和斜率分别是参数a,b。当t→∞时,由式(11)可得由于该方法采用t-tb,(t-tb)/St数列推算沉降,称其为全量双曲线法。大量工程表明,全量双曲线法推算结果与增量双曲线法接近,全量双曲线法拟合曲线的相关系数比增量双曲线法大,需要的沉降监测时间较短。2.3曲线法的计算方法大量监测工程表明,式(1)中令ta=0时推算的沉降与增量双曲线法推算沉降接近,相关系数更大,需要的监测时间更短。因此,令ta=0,式(1)变为由式(14)可得由t,tSt数列可以拟合得到式(15)直线,其斜率和截距分别为S∞,k。3工程实例3.1双曲线法计算结果江-中高速公路沿线软基路段约占全长的50%以上。淤泥层平均厚12m,淤泥质层平均厚10m。软土含水率为50%左右,孔隙比为1~2,压缩系数为0.5~2.0MPa-1。对江-中高速公路软基试验段采用不同方法推算沉降的结果见图4、表1。由图4、表1可知,目前常用几种沉降推算方法推算的最终沉降基本相同。但是Asaoka法不适用于推算某时刻的沉降;星野法推算的某时刻的沉降与最终沉降相同,不合理;Asaoka法、三点法需要等时间间隔的沉降监测数据。因此,总体而言,双曲线法适用性最强。3种双曲线法推算的沉降基本相同,拟合曲线相关系数由小到大依次为:增量双曲线法、全量双曲线法、TS双曲线法。全量双曲线法和TS双曲线法适应性强于增量双曲线法。3种双曲线法利用k23+790断面不同预压期的沉降监测资料推算的最终沉降见表2。可见,3种双曲线法利用较长预压期监测资料推算的最终沉降基本相同;预压期小于6个月时,采用增量双曲线法推算的最终沉降相差很大,相关系数较小;全量双曲线法和TS双曲线法利用预压32d的沉降资料推算的最终沉降与利用预压180d以上的沉降资料推算的最终沉降基本相同,且相关系数大于0.99。因此,全量双曲线法和TS双曲线法可利用较短预压时间的监测资料推算沉降,具有较强的实用性和适应性。3.2工后沉降与设计方案的对比京珠高速公路广州-珠海东线沿线软基广泛分布。该条高速公路于1999年底通车,通车后已经进行工后监测接近6年。根据施工期沉降监测资料利用增量双曲线法推算得到的工后沉降(通车20年产生的沉降)与通车后的实测沉降对比见表3。可见,利用施工期监测资料采用增量双曲线方法推算得到的工后沉降普遍偏小。根据部分工后监测资料采用3种双曲线法推算得到工后沉降见表4。可见,几种方法利用工后监测资料推算沉降都不是很理想,这与工后沉降小,测量误差比重大,路面加铺等因素有关。总体而言,全量双曲线法、TS双曲线法适应性大于增量双曲线法(部分断面无法采用增量双曲线法推算)。4监测数据的特性(1)双曲线法推算沉降与其他方法推算结果接近。相对其他沉降推算方法,双曲线法具有方法简单、对监测数据适应能