软土地基沉降的优性组合预测和数值模拟

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沉降问题一直是岩土工程中的主要问题之一,长期以来为学术界、技术界、工程界所重视合理、准确地预测沉降的发展过程,是软土地基需要解决的关键技术问题。通过分析现场实测沉降资料反演确定物理力学模型参数,再对后期响应进行预测的方法是实际运用较多的一类方法。 在这些预测实践中,由于建模机制和出发点不同,通常同一问题可以有不同的预测方法,不同的预测方法提供不同的有用信息,其预测精度往往也是不同的。组合预测方法的主要目的就是较大限度地综合利用各种方法所提供的信息,尽可能地提高预测精度。它比单个预测模型考虑问题更系统、更全面、更科学,能有效地减少单个模型预测过程中一些环境因素的影响。 根据这些预测方法的特点,本文选择简单曲线配合法中的双曲线配合法和Asaoka法,建立优性的组合预测模型进行探讨。对于提高类似工程的沉降的计算和预测的精度具有很实用的意义,对于建立组合范围更宽的优性组合模型也有一个前瞻和参考作用。 另外,随着计算机技术的发展,很多数值计算方法也应用到了地基稳定性分析中。FLAC3D是由美国Itasca Consulting Group Inc开发的三维显式有限差分法程序,它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为。这里采用FLAC软件,主要用于对文中的工程实例进行模拟,对得到的沉降预测结果和优性组合模型得到的结果以及实测数据进行分析比较,判断各种方法的精度和准确性。 本文做了将组合预测应用到地基的沉降预测中,建立起了优性组合预测模型,并根据南京某地区的码头料场工程实例的沉降观测资料,实现了该预测模型。本文所做的工作和得到的结论主要如下: 第一章介绍软土的含义、成因、类型,对其性质做了重点介绍,同时也介绍了一般常见的软土地基的加同方法。对地基沉降的机理进行了分析。 第二章根据目前预测沉降的各方法的特点,把目前主要的预测方法分为两类:理论和动态预测方法,并对各种预测方法都进行了介绍,其中对双曲线法和ASAOKA法的原理都进行了详细的介绍。 第三章从其定义、原理、研究现状和发展方向方面介绍了组合预测理论。并对组合预测的权重进行反而分析,对其确定过程进行了介绍,重点对最优加权法和次优加权组合法进行了介绍。并提出基于最优加权法的优性组合预测模型的可行性。 第四章在介绍完南京某料场的工程概况后,根据该工程的11组(每组间隔10天)的前8组沉降实测数据,分别用双曲线法和Asaoka法进行了沉降曲线拟合,图解法求得适用本工程的具体参数,并对每组数据进行了预测,分别求得每种方法和实际沉降值的误差。然后根据组合预测理论,设定非负条件后,将系数矩阵和上述求得的误差矩阵联立,以最小二乘法为运算法则,求得系数矩阵,即每一单项方法在每组沉降预测数据各自所占的权重。将其中一个单项方法的所有权重值相加求得均值,即该方法在参与下一组值的预测时的权重,通过循环这个过程,连续求得后3组预测值。然后根据比较两传统方法和组合预测方法的预测误差,得到组合预测模型的精确度最高的结论。 第五章介绍了FLAC3D的的原理和特点,然后根据本工程试验数据得到了用于建立模型的几个计算参数,并建立了模拟模型,由模拟模型分别求得11组的沉降数据。对后3组数据进行精度分析,确认得到组合预测模型的精确度是可靠的,而且较FLAC3D数值模拟法精确。同时也验证了FLAC3D数值模拟法用于软土地基沉降预测的有效。 第六章通过对优性组合预测方法与两个传统方法和FLAC3D的比较,说明了优性组合预测模型的一些优点,也验证了FLAC3D数值模拟法用于软土地基沉降预测的有效。但同时也指出,组合预测方法应用研究尚处于初步探讨阶段,无论在优化方法还是研究应用的范围都还不够广泛和全面,而且在模型的建立中,应该尽量使用精确度好的试验数据,尽量增加参与组合预测的方法的个数。 本文先是选择了传统预测方法中的双曲线法和Asaoka法,以南京某工程料场的11组(每组间隔10天)的前8组沉降实测数据为依据,求得拟合沉降曲线,对后3组沉降数据进行了预测,并求得每组预测数据于实测数据的误差。然后根据组合预测理论将两种方法优性组合,通过合理分配权重,连续求得后3组预测值;然后用FLAC3D数值模拟方法进行了该工程的沉降模拟并求得沉降预测值。通过比较分析优性组合预测方法、单项传统理论沉降计算方法和FLAC软件模拟方法,并相互验证,说明优性组合预测模型在软土地基沉降预测这一问题上的是可行的而且精确度较其他方法高。
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