全過程沉降量的灰色verhulst預(yù)測方法論文

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1、全過程沉降量的灰色verhulst預(yù)測方法論文摘要：根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，在全面分析建筑物的全過程沉降量與時(shí)間關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了灰色verhulst預(yù)測模型，并給出了該模型的適用條件。利用編制的計(jì)算機(jī)程序?qū)σ痪唧w工程實(shí)例的分析表明：灰色verhulst模型的預(yù)測方法性能良好，且為建筑物工后沉降的預(yù)測和控制提供了有效可行的方法。關(guān)鍵詞：灰色verhulst預(yù)測模型沉降量與時(shí)間的關(guān)系灰色系統(tǒng)理論verhulst理論沉降計(jì)算是巖土工程中主要問題之一。由于沉降一般不可能短時(shí)間內(nèi)完成，故計(jì)算時(shí)要考慮沉降的時(shí)間效應(yīng)問題。目前計(jì)算沉降有兩類方法：

2、(1)理論法。通過固結(jié)理論，結(jié)合各種土的本構(gòu)模型，采取一定的數(shù)值計(jì)算方法(有限元、有限差分等)來建立的.freel指出，這一沉降的組成部分更確切地說應(yīng)是側(cè)向的屈服。對(duì)非飽和土，荷載施加后，空隙中的氣體可立即壓縮，土骨架可變形，故開始時(shí)荷載就由骨架、水和氣三者來承擔(dān)。這表現(xiàn)到沉降過程線上存在一個(gè)瞬時(shí)的沉降。因此全過程的沉降量S與時(shí)間t的關(guān)系曲線并不通過原點(diǎn)［5，6］，如圖1中的a點(diǎn)。圖1S-t曲線固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降隨著荷載和時(shí)間變化而變化，如圖1所示，一般可分為4段：(1)直線段ab(彈性階段)。在剛加載時(shí)，土體處于彈性或近似彈性

3、狀態(tài)。(2)變化率增大的曲線段bc。隨著荷載的不斷加大，土體進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，且隨著塑性區(qū)的不斷開展，土體的沉降速率也在不斷增加，直至荷載不再增加。(3)變化率減少的曲線段cd。當(dāng)荷載不再增加時(shí)，由于固結(jié)尚未完成以及土體的流變，土體的沉降隨著時(shí)間的推移而不斷地增加，但沉降速率遞減。(4)新的直線段de(穩(wěn)定階段)。當(dāng)時(shí)間為無限大時(shí)，沉降到達(dá)極限狀態(tài)，此時(shí)沉降將不隨時(shí)間發(fā)生變化。對(duì)于建筑物t取5年即可。綜合以上分析，全過程的沉降量與時(shí)間的關(guān)系曲線為不過原點(diǎn)的“S”形曲線。2灰色verhulst預(yù)測模型及其特點(diǎn)灰色verhulst

4、預(yù)測模型是在verhulst理論的基礎(chǔ)上，利用灰色系統(tǒng)建模只需要貧信息、小樣本的優(yōu)勢及其特定的建模方法而形成的，是描述一個(gè)系統(tǒng)趨向飽和狀態(tài)的“S”形曲線。2.1灰色verhulst預(yù)測模型［7，8］記原始沉降觀測數(shù)據(jù)序列為S(1)={S(1)(1)，S(1)(2)，…，S(1)(n)}(1)記原始沉降所對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列為t(1)={t(1)(1),t(1)(2),.freel；基礎(chǔ)采用箱基，高3.7m，底板厚0.5m，其平面示意圖以及地質(zhì)情況詳見文獻(xiàn)［９］。該工程從開工到最終監(jiān)測結(jié)束共歷時(shí)6年多。4.1不同點(diǎn)數(shù)對(duì)預(yù)測沉降量的

5、影響(灰色verhulst預(yù)測模型)運(yùn)用建立的灰色verhulst模型，選用不同的點(diǎn)數(shù)對(duì)沉降量與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行預(yù)測，如圖2所示，從圖中可以看出：(1)灰色verhulst模型所預(yù)測的S與t的關(guān)系曲線都呈“S”形變化，與建筑物實(shí)際沉降變化規(guī)律相一致。(2)當(dāng)所選取的實(shí)測點(diǎn)數(shù)較少時(shí)，預(yù)測的S～t的關(guān)系曲線和實(shí)測值相差較大，最大誤差可達(dá)30%，如圖2中已知10點(diǎn)的預(yù)測值。(3)當(dāng)選取的實(shí)測點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，預(yù)測的結(jié)果和實(shí)測值相差較小，誤差可控制在10%以內(nèi)，如圖2中已知16、22、全部點(diǎn)的預(yù)測值。通常，若已知建筑物荷載全部加完時(shí)的沉降量的實(shí)測

6、值，利用灰色verhulst模型就能較準(zhǔn)確地預(yù)測工后沉降的發(fā)展，可以采取相應(yīng)的方法加以控制。圖2已知不同點(diǎn)數(shù)的預(yù)測沉降量S與時(shí)間t的關(guān)系圖3不同預(yù)測方法的比較(已知16點(diǎn))4.2不同預(yù)測方法的比較對(duì)本工程分別采用灰色verhulst模型、指數(shù)模型和雙曲線模型來預(yù)測沉降量與時(shí)間的關(guān)系曲線。預(yù)測結(jié)果如圖3所示，從圖中可知：(1)灰色verhulst模型能夠很好地反映全過程的沉降量與時(shí)間的關(guān)系，而指數(shù)模型和雙曲線模型就不能全面的反映S與t的變化關(guān)系。(2)采用相同的已知點(diǎn)數(shù)(16點(diǎn))，灰色verhulst模型預(yù)測結(jié)果和實(shí)測結(jié)果基本一

7、致，而雙曲線模型和實(shí)測結(jié)果的誤差可達(dá)30%，指數(shù)模型預(yù)測結(jié)果的最大誤差達(dá)40%。5結(jié)語地基沉降是一個(gè)復(fù)雜的工程問題，存在著許多不確定的因素，從系統(tǒng)方面看屬于灰色系統(tǒng)，因此運(yùn)用灰色verhulst預(yù)測模型來對(duì)沉降量進(jìn)行預(yù)測是可行的，和其它預(yù)測沉降量的方法相比有如下特點(diǎn)：(1)灰色verhulst預(yù)測模型所模擬的沉降量與時(shí)間的關(guān)系曲線和實(shí)測變化規(guī)律相一致，都呈“S”形，因此能夠反映全過程的沉降量與時(shí)間的關(guān)系。(2)和其它預(yù)測方法相比，灰色verhulst模型具有精度可靠，所需的觀測數(shù)據(jù)少等優(yōu)點(diǎn)。而且能隨著監(jiān)測資料的不斷增加，預(yù)測模型還

8、可不斷地更新、優(yōu)化。(3)通常，要反映“S”形曲線后段，就要有相應(yīng)段數(shù)據(jù)的輸入，而如果已有了充分長的實(shí)測，又失去了“預(yù)測”的意義。但用灰色verhulst預(yù)測模型，只要知道加載完成后的沉降觀測值，就能較準(zhǔn)確地預(yù)測工后沉降的大小。參考文獻(xiàn)：［1］謝新