基于灰色理论的黄土高填方地基沉降变形.docx

《基于灰色理论的黄土高填方地基沉降变形.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于灰色理论的黄土高填方地基沉降变形.docx（10页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、第35卷第5期2015年10月Vol.35, No.5Oct. 2015辽宁工业大学学报(自然科学版)Journal of Liaoning University of Technology(Natural Science Edition)DOI: 10.15916/j.issn 1674-3261.2015.05.012基于灰色理论的黄土高填方地基沉降变形预测研究步艳洁，刘红艳，万志辉(辽宁工业大学土木与建筑工程学院，辽宁锦州121001)摘要：以某黄土高填方工程为研究对象，建立黄土高填方沉降变形的GM(LI)预测模型。运用MATLAB 编程程序并结合工程实际监测的数据，分别对黄土高填方沉降

2、变形进行了短期、中期及长期预测。结果表明，GM (1.1)模型用于预测高填方地基沉降，不仅短期的预测精度高，中长期的预测精度也可以保证，可以大大缩短高 填方工程施工工期，降低工程成本。关键词：黄土；高填方；灰色预测；Madab;沉降变形中图分类号：TU473.2文献标识码：A文章编号：1674-3261(2015)05-0328-04Research on Settlement Predicting for Loess High FillEngineering Based on Grey TheoryBU Yan-jie, LIU Hong-yan, WAN Zhi-hui(Civil and

3、 Architectural Engineering College, IJaoning Universily of Technology, Jinzhou 121(X) I, China)Abstract: Loess high fill engineering as the research object, a GM(I,I) model was established to predict its settlement. While settlement was predicted, Matlab was chosen to program. Based on the monitor d

4、ata of the practical engineering, prediction was completed on the short term and long term. The results show that the above model is of high accuracy for both short-term and long-term prediction. It can shorten the construction period and reduce the cost for high fill engineering.Key words: loess; h

5、igh fill; grey prediction; Mailab; settlement黄土地区高填方地基的变形计算是该地区工 程建设亟待解决的难题。首先黄土具有不同于其他 土的特殊土性。黄色多呈黄色或者褐黄色、浅 灰黄色；以硫酸盐碳酸盐含量为主也含有少量的易 溶盐；以粉粒为主要颗粒组成，砂粒其次，粘粒最 少；具有多孔性，垂直节理发育，透水性大，特别 是黄土具有不同程度的湿陷性，仅仅一个土质因素 已经给工程带来不小的困难，如果工程为高填方地 基或路基，问题变得更加棘手，何况还要有天气因 素、人为因素、荷载因素、时空因素等,这使得按一 般土力学理论算出的黄土地区地基变形结果往往与实际值有很大的

6、区别。一般的有限元方法无法 对岩土变形问题进行准确地模拟，并且对高填方地 基有关沉降计算模型及沉降计算方法研究的也较少 111O有很多学者将灰色理论应用于地基沉降变形预 测取得了一些成果，如对中等间隔时序系统传统 模 型进行修正以获得更为优越的灰色预测模型；并 且灰色预测模型在软土路基应用中获得了较高精度 等55。目前对于黄土高填方沉降值的确定方法主 要是对实际监测数据进行分析，这种基于监测数据 的沉降值确定方法虽然比较准确但太耗费时间。为 降低成本、提高效率，本文尝试将灰色系统理论收稿日期：2014To-IO作者简介：步艳洁(1987-),女,河北廊坊人，硕士生。 刘红艳(1966-),女，

7、辽宁凌海人，教授。? 1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, h即:WWW.cnki.ne应用于黄土而填方地基沉降变形预测。建立了灰GM(1,1)相应的微分方程为： d22 + OX U) = b色预测模型，并通过某工程实例的实际监测数据不检验了模型的预测精度，对其沉降值分别进行了最后根据最小二乘法求解, b数值:短期与中长期预测，得出了对高填方特殊土质进行动态控制地基整体稳定性、缩短工期、提高施 工质量与降低成本有意义的方法。,? 1994-2015 China Ac

8、ademic Journal Electronic Publishing House.1建立灰色预测GM(1, 1)模型1.1 灰色预测理论用“白”代表信息完全明确，“黑”代表信息 未知，“灰”代表部分信息已知部分信息未知，称 该部分的系统为灰色系统。灰色系统预测理论是我 国著名学者邓聚龙教授1982年创立的一门新兴学 科，该理论是以“部分信息已知，部分信息未知” 的“贫信息、贫样本”为对象的不确定系统。灰色 预测就是用特定的科学方法对已知数据序列进行处 理，发现系统发展变化的规律，从而建立恰当的 预测模型，目的是为了对未来的发展趋势做出正确 的预测f71o灰色预测模型一般为(，加模型，表 示

9、h个变量的阶微分方程，、h取值不同得到的 模型不同，当与都为“1”时，即得到了 GM(Ll)模型。目前运用GM(1,1)模型较多，此模型 建模理论为使指数函数模型变为微分方程形式求解， 并且引入初始条件以减小某时刻的数据误差，从而预 测事物将来的发展趋势，将得到预测值与实际值对比 获得残差,再利用残差对GM(1,1)进行修正，从而 建立真正价值的信息，建立更高精度的和可行性的模 型。填方地基变形工程实际就是一个灰色系统， 基于此利用灰色预测系统对填方地基变形进行预测是 可行的方法。1.2 数据处理为了得到GM(1,1)模型，必须运用一定的方法 将已知数据进行生成处理，使原本杂乱无章的数据 序列

10、生成有规律的数据序列得到GM(1,1)模型的中 间信息、弱化数据序列的随机性。主要思路：先对 数据进行累加进行建模，之后由生成模型再进行递 减得到原始数据预测值，最后进行预测。原始数据列为：,02), #)(3), #)(4),， ; 一次累加数列(I-AGO) : (l), (2), x(3)t X(4),X(D(T0：其中 ,(i)=0(i); (2)= a(0)(1)+ x(0)(2)； ,0= 01)+0j(2)+ x(0)(3)+.+ 0n)oa bl = ( B B ), BY (1)L JN其中3与YN为GM(1,1)的两个矩阵：lr (I)zix , /2一 x + X (2)

11、 Ii 2-15 +W(3) J2IIJ1I1 (I)z n , (I) I- (w-1)+L 2W1l)(3)l最后通过边界条件得到微分方程解，即得到预测模型:x(r+l) = xw(D- -a eat + -a(D,1,2,-1)(2)由原始数据序列经过累减得到预测值与相应的实际值之差为残差()(0 ,再用残差作为序列对模型进行修正，建立具 有更高精度的模型。详细步骤与利用均方差模型 验证精度的指标均方差比值C和小误差概率P算法可参考文献10。根据上述2个指标可将模型的精度划分为4个 等级113从一级到四级，模型精度依次降低，见表k模型的精相对误差均方差比值C小误差概率P一级O.O1CWo

12、.35P0.95二级0.01 0.050.35VCWO.50,80P0.95三级0.05 0.10.5C0.650.70P0.1000.65P0.70表1模型预测的精度等级划分根据相对误差平均值，将预测值的精度划分为 从高精度预测到错误预测4个等级H3,见表2。表2预测值的精度等级划分精度等级相对误差平均值/%高精度的预测50根据地基变形的前期监测数据建立模型，运用 Matlab语言编程，从而得到灰色预测GM(IJ),进 而将其编制成预测程序。根据模型对黄土高填方地All rights reserved. ki.nei基的变形进行预测，本文通过相对误差、均方差比 值、小误差概率与相对误差平均值

13、相结合的方法对 GM(1,1)模型的精度进行检验，以提高黄土高填方 地基变形预测的精度。2黄土高填方地基变形预测分析2.1工程概况某西北黄土高填方地基工程，填方高度达82 m 以上，地形起伏较大，冲沟发育，纵横切割沟谷横 截面上游呈“V”形，下游呈“U”形，沟谷两侧坡 度为40o-60o,局部地段可达80。以上，沟宽1050 m,沟长约700 m,地面标高介于1050 1198 m之间。 边坡区地基从上到下主要分为：1素填土(Q42ml) 层厚1.765m; i湿陷性粉土(Q3ed)，2粉土(Q3e,)层厚在3.121.5 m；第四系中更新统风 积相离石组黄土组成岩性主要为第四系上更新统 离石

14、黄土(Q2)层厚5,510.2 m； i第三系上新 统湖积相保德组粉质粘土(N2t5)沟谷中揭露厚度平 均20m,层厚在17.123.5m； 2第三系上新统湖19.1 m,层厚在13.524.6m分布。经施工前试验后 决定采用离石黄土与马兰黄土为填筑材料，为了确 保填方地基的稳定性及边坡的稳定性，在地基填方 过程中对地基的变形进行了监测，包括马道、填筑 体顶面沉降监测，坡体水平位移与分层沉降监测及 其深层土压力监测等。2.2黄土高填方地基变形预测分析对马道地基进行累计分层沉降监测，本工程沉 降监测点位甚多，限于篇幅，本文选用CX-2(第五 级马道)与CX-4(第六级马道)监测点的沉降资料 进行

15、分析，具体位置及深度见图U在测点位置每 个布设管上按每4m布设一个分层沉降环，其中图 1中的CX-3/4表示CX-3与CX-4在此界面设计了 2个不同的监测点，本文选取其中1个数据。该工 程从2009年10月开始监测，每次监测期为10-15 d, 采用电磁式分层沉降仪进行监测。预测模型的数值 取自2010年3月1日至2010年4月10的监测数 据，此时间阶段土体填方高度在65.672.4m。以 CX-2和CX-4分别5个监测数据建立时间序列模图1填筑体深层测斜管与分层沉降管布设示意图2.2.1 CX-2环1填筑体沉降监测点预测分析按1.2中的计算步骤建立预测模型，根据表3 中的原始数据列可得：X(0) (0 = (98.5,100.7,103