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软弱粘性土(或简称软土)在我国分布范围很广,包括沿海地区、黄河、长江、珠江等河流的两岸冲积平原、三角洲以及湖泊沉积区,我国经济比较发达的主要城市基本上都位于(或部分位于)这类软土地区。随着我国经济的快速发展,公路作为基础建设的一部分,也得到了迅猛的发展。全国每年新建高速公路2000公里左右,到2007年底已建成高速公路总里程已突破5万多公里。但我国许多省市的公路地基中大量存在着软弱地基,有的甚至为数十米以上的深厚淤泥质软土地基,若不经过处理或处理不当,则会引起道路质量的降低甚至引发交通安全事故,因此,必须加强高速公路软基处理的研究。目前常采用的软基加固方法有:挤密砂桩法、排水预压法、深层搅拌法和强夯法。挤密砂桩法是在地基中打入砂桩,形成复合地基,该法能明显地提高地基的强度,但对消除地基在后期使用荷载下的沉降效果差一些;深层搅拌法的工期较短,但造价高,且施工质量不易控制;强夯法主要用于砂性土、碎石土和杂填土等无粘性土地基的加固,而对淤泥及淤泥质土加固效果不明显。与其它方法相比,排水预压法造价低,能充分利用天然材料,其地基变形均匀,不会产生突变性的沉降差异,对环境影响小且工程施工简单,相互干扰小。真空-堆载联合预压法是结合了堆载预压法和真空预压法二者优点的一种排水预压法,近年来,在公路工程中得到了广泛的应用,它既克服了堆载预压法堆载速度不能过快、预压时间较长的缺点,又弥补了真空预压法荷载不能全部满足设计要求的不足,是一种值得推广的软基处理方法。
目前,对于真空-堆载联合预压法的沉降研究大多数仅仅在理论和试验上,这些方法要么在理论上存在着前提和假设,要么就是对地基沉降进行了简化,其沉降规律很难用某一确切的数学模型反映,由于各种理论计算方法本身的局限性及现场工程条件的复杂性,依靠纯理论计算有时是难以实现或不精确的,因此根据已获得的部分实测数据或历史积累的经验资料估算软土地基的沉降,在现阶段有很强的现实意义。一些学者提出不少预测估算的方法,这些方法大多将软土地基的时间-沉降曲线假定为某一数学模型,利用已获得的试验数据确定该数学模型中的各个参数,外推或估算软土地基的沉降,常用的沉降预测方法包括双曲线法、三点法等,但这些沉降预测方法也各有一定的局限性。人工神经网络法在处理非线性问题上具有其独特的优越性,可以充分运用人工神经网络较强的非线性映射能力,基于路堤沉降的前期实测资料,对高度复杂、高度非线性的沉降影响因素进行直接建模来预测路堤的沉降量,这样更能准确地反映软基路堤的沉降规律。
本文运用人工神经网络,通过研究武汉新区真空-堆载联合预压工程实测的沉降变形资料,对真空-堆载联合预压处理软土地基的沉降问题进行了一定程度的研究,讨论了人工神经网络在真空-堆载联合预压处理软土地基的应用。按照本文研究的内容,简要介绍如下:
1.简要介绍了本文研究工作的目的和意义,比较全面地介绍了目前软基沉降预测的研究现状,存在的问题,系统分析了真空堆载预压的沉降研究方法,提出了本文的研究方向和主要研究内容。
2.通过真空-堆载联合预压的机理研究和本文工程实例的实测资料,不仅总结了真空度、填土高度和超孔隙水压力等因素在真空-堆载联合预压工程的整个过程中随着施工时间的变化规律,而且对引起真空度、填土高度、超孔隙水压力以及沉降大小、速率等变化的原因,进行了详细的分析。
3.通过真空-堆载联合预压的理论研究,总结出了真空-堆载联合预压处理软基的沉降影响因素,并且利用人工神经网络,对真空-堆载联合预压处理软基的沉降影响因素的权重进行了研究,给出了各因素对沉降影响程度大小关系。
4.分别利用神经网络中常用的BP网络和RBF网络,对本文真空-堆载联合预压建立了考虑沉降影响因素的参数优化模型,对本文中的四个监测断面的沉降分阶段地进行了预测,通过结果对比分析,提出BP神经网络更适用于本文的沉降预测。
5.传统的沉降预测方法包括双曲线法、三点法等,但这些沉降预测方法也各有一定的局限性。人工神经网络方法与传统的沉降预测方法有着根本的不同,与传统的双曲线法、指数曲线法等相比,它更能清楚地表现出真空-堆载联合预压的沉降发展趋势和规律,预测的精度也更高。人工神经网络方法避免了传统方法的许多弊病,它具有较强的非线性映射能力,能基于路堤沉降的前期实测资料,综合考虑各沉降影响因素,对高度复杂、高度非线性的沉降影响因素进行直接建模来预测路堤的沉降量,这样更能准确地反映软基路堤的沉降规律,其计算精度高,抗干扰能力强,因此具有广阔的工程应用前景。