一种基于监测过程数据的软土路基沉降预测方法、预测系统、存储介质技术方案

本发明专利技术涉及一种基于监测过程数据的软土路基沉降预测方法、预测系统、存储介质，设计要点在于，在考虑增量侧向变形引起的沉降量增量时，考虑了排水这一影响，并且给出了两种计算排水影响的方法。采用本发明专利技术的一种基于监测过程数据的软土路基沉降预测方法、预测系统、存储介质，能够在进入预压期较短时间内获得更为精确的沉降预测结果。

A prediction method, system and storage medium of soft soil subgrade settlement based on monitoring process data

【技术实现步骤摘要】
一种基于监测过程数据的软土路基沉降预测方法、预测系统、存储介质
本专利技术涉及道路工程施工领域，具体涉及一种基于监测过程数据的软土路基沉降预测方法、预测系统、存储介质。
技术介绍
对于路基沉降、地基沉降而言，已有许多学者进行了研究。第一类是研究加快路基沉降进程的结构设计，如申请人在文献“江强,陈育民,王翔鹰,等.排水刚性桩沉桩挤土效应的现场试验研究[J].土木工程学报,2018”，提出了一种新型的排水刚性桩，且对其特性进行了试验研究。第二类是研究路基沉降的变形规律。如：“考虑侧向变形的软土地基非线性沉降计算的简化法”，杨光华，岩土工程学报，2017年第9期，认为：软土地基侧向变形占总沉降的比例大，通常的计算方法采用有侧限的一维压缩状态下的压缩模量应用于分层总和法来计算，这样的方法不能反应侧向变形对总沉降的影响，而规范方法则在该方法计算结果的基础上乘以1.1～1.7的经验系数，以修正计算误差。但经验系数的选取具有较大的人为性。为此，在广义胡克定律的基础上推导出可考虑侧向变形的计算方法，把软土地基沉降分为有侧限的压缩沉降Sc和侧向变形产生的沉降Sd两部分，前者采用传统的e-p曲线分层总和法计算，后者采用基于e-p曲线和邓肯-张(Duncan-Chang)本构模型的概念求取非线性割线模量Ep应用于分层总和法计算，这样就可以由e-p曲线进行考虑软土侧向变形的非线性沉降计算。另外，鉴于工程中初始孔隙比e0和压缩模量Es1-2(压力为100kPa和200kPa对应的压缩模量)是常用的参数，相对稳定且可较好反映软土的特性，建立了由e0和Es1-2求e-p曲线和e-lgp曲线的方法，从而可以求出不同应力水平下的压缩模量Esi，由Esi进行Sc和Sd的计算，实现可由初始孔隙比e0和压缩模量Es1-2进行考虑软土侧向变形的非线性沉降计算，为工程计算带来极大的方便。再该文章中，将路基(地基)的沉降分为两部分：1)是侧限条件下的沉降；2)是侧向变形引起的竖向变形。杨光华提出了上述理念，然而其给出的方法主要用于事前设计时采用。而沉降计算的另一条思路，是根据实测数据来推算最终的沉降量。三峡大学强跃老师在CN105603955B涉及公路路基施工
，提供一种基于实测数据的剩余沉降计算方法及应用。一种基于实测数据的剩余沉降计算方法，包括：测量并记录沉降数据；路基填土至预压高度的时间记为第0天，测量得到的沉降值记为S0；计算理论剩余沉降量。一种卸载预压荷载的施工方法，根据所述的剩余沉降计算方法进行计算，确定卸载时机。该剩余沉降计算方法将指数曲线法与双曲线法的计算结果组合，其组合系数C以月沉降速率为确定的指标，测量误差小，同时其时效性高，并具有实际的物理意义，因此该剩余沉降计算方法的计算结果准确度高。利用该剩余沉降计算方法，能准确推算预压荷载的卸载时机，指导卸载预压荷载的施工。该专利的思想也是：总沉降由侧向沉降引起的沉降和固结沉降组成，双曲线法可以反映侧向变形引起的沉降和固结沉降，而指数曲线法则反映固结沉降。通过将指数曲线法与双曲线法的计算结果组合，所得计算方法准确度高，更接近实际沉降情况。通过组合系数C、1-C来体现固结沉降与侧向变形引起的沉降的比例大小。CN105603955B的优点在于，将双曲线法、指数法的组合赋予了物理意义，而不是简单的将其视为两种数学模型的组合。但是其缺点在于C的计算缺乏理论支撑。随后，强跃老师在CN106649970B，提出了一种路基沉降预测方法，分别拟合侧向变形引起的沉降量的变形规律、拟合固结排水变形引起的沉降量的变形规律，进而得到了路基沉降的时程变形规律。其优点在于：侧向变形引起的沉降量的变形规律是依赖于实测数据而得，而非CN105603955B中的经验计算公式。然而，CN106649970B也存在一个重大的问题：CN106649970B的方式如下：沉降量预测模块根据高程计算模块和侧向位移计算模块的数据进行测算；且沉降量分为两部分：侧向位移引起的沉降和固结沉降，分别对上述两部分采用数学模型拟合计算，然后加和得到预测的沉降量结果；侧向位移引起的沉降由测斜管得到的数据进行转换求取的方法为：或或式中，C左t、C右t分别表示基于测斜管测量的数据得到进入预压期t时刻下的侧向“鼓肚子”的变形面积，S侧t表示基于路基边坡坡脚处两侧的测斜管得到的数据求得进入预压期t时刻下侧向变形引起的路基中心沉降，B表示路基横断面两跛脚的距离；上述直接将测斜管测量得到的数据直接等同于侧向变形，进而来计算侧向变形引起的沉降，其本质上忽略了侧向变形的土体也存在排水情形。如图1为某工程AK0+180左侧侧向位移面积的时间曲线，从中可以发现：C左t并不是一直增大，而是先增大、后减小的特征；如果按照CN106649970B的方式来计算的话，其S侧t会随着时间的前进逐渐减小，即侧向变形随着时间逐渐变小、侧向变形引起的沉降随着时间逐渐减小，进而预测得到的结果与双曲线法、指数法相比必然偏小。、因此，上述方法的准确性以及背后的物理意义有待商榷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于监测过程数据的软土路基沉降预测方法，其改进了CN106649970B的方法，考虑了侧向挤出也会土体排水的影响。本专利技术的另一目的是提供一种基于监测过程数据的沉降预测系统。本专利技术的另一目的是提供一种存储介质，其能够存储运行上述方法的程序。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于监测过程数据的软土路基沉降预测方法，包括以下步骤：第一步，埋设监测设备；第二步，设进入预压期的时间记为0，通过监测设备，得到以下数据：进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基中侧沉降值依次为(S中0，S中t1，S中t2，……S中tN)；得到进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基坡脚左侧测斜管测得的鼓肚子面积为(C左0，C左t1，C左t2，……C左tN)；得到进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基坡脚右侧测斜管测得的鼓肚子面积为(C右0，C右t1，C右t2，……C右tN)；得到进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基左侧坡脚沉降为(S左脚0，S左脚t1，S左脚t2，……S左脚tN)；对应的路基右侧坡脚沉降为(S右脚0，S右脚t1，S右脚t2，……S右脚tN)；第三步，采用增量法来进行计算路基中心沉降的变形规律：3.1步，拟合进入预压期后的增量侧向变形土体引起的沉降增量的变形规律；3.2步，拟合进入预压期后的增量固结排水变形引起的沉降量的变形规律；第四步，基于下式：路基中心沉降量＝S中0+进入预压期后的增量侧向变形土体引起的沉降增量+进入预压期后的增量固结排水变形引起的沉降量；可求得进入预压期后路基中心任意时刻的沉降量；其中，增量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于监测过程数据的软土路基沉降预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n第一步，埋设监测设备；/n第二步，设进入预压期的时间记为0，通过监测设备，得到以下数据：/n进入预压期后时间序列(0,t1，t2……t

【技术特征摘要】
1.一种基于监测过程数据的软土路基沉降预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，埋设监测设备；
第二步，设进入预压期的时间记为0，通过监测设备，得到以下数据：
进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基中侧沉降值依次为(S中0，S中t1，S中t2，……S中tN)；
进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基坡脚左侧测斜管测得的鼓肚子面积为(C左0，C左t1，C左t2，……C左tN)；
进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基坡脚右侧测斜管测得的鼓肚子面积为(C右0，C右t1，C右t2，……C右tN)；
进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基左侧坡脚沉降为(S左脚0，S左脚t1，S左脚t2，……S左脚tN)；对应的路基右侧坡脚沉降为(S右脚0，S右脚t1，S右脚t2，……S右脚tN)；
第三步，采用增量法来进行计算路基中心沉降的变形规律：
3.1步，拟合进入预压期后的增量侧向变形土体引起的沉降增量的变形规律；
3.2步，拟合进入预压期后的增量固结排水变形引起的沉降量的变形规律；
第四步，基于下式：
路基中心沉降量＝S中0+进入预压期后的增量侧向变形土体引起的沉降增量+进入预压期后的增量固结排水变形引起的沉降量；可求得进入预压期后路基中心任意时刻的沉降量；
其中，
增量侧向变形土体引起的沉降增量S侧t求解如下；
通过下式：



或

或



其中，D左t、D右t分别表示进入预压期后t时刻下的路基左侧、右侧侧向变形增量的面积；B表示路基横断面两跛脚的距离；
其中，D左t、D右t的求解方法如下：



其中，C左增t、C右增t基于测斜管测量的数据得到进入预压期t时刻下的侧向鼓肚子的增量变形面积,C左增t，C右增t计算如下：



其中，C左水增t、C右水增t是指左、右两侧侧向鼓肚子排水的大小，计算方法如下：



其中，C左回缩ti-1-ti计算如下：
若C左ti-1＞C左ti则，C左回缩ti-1-ti＝C左ti-1-C左ti；
若C左ti-1≤C左ti则，C左回缩ti-1-ti＝0；
其中，C右回缩ti-1-ti计算如下：
若C右ti-1＞C右tti则，C右回缩ti-1-ti＝C右ti-1-C右ti；
若C右ti-1≤C右ti则，C右回缩ti-1-ti＝0。


2.如权利要求1所述的一种基于监测过程数据的软土路基沉降预测方法，其特征在于，所述的第一步，包括：在塑料板或者袋装砂井施工完成后，埋设以下监测设备：在路基中侧埋设沉降板，在路基坡脚两侧埋设测斜管，在路基坡脚两侧埋设沉降板。


3.一种基于监测过程数据的软土路基沉降预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，埋设监测设备；
第二步，设进入预压期的时间记为0，通过监测设备，得到以下数据：
进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基中侧沉降值依次为(S中0，S中t1，S中t2，……S中tN)；
得到进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基坡脚左侧测斜管测得的鼓肚子面积为(C左0，C左t1，C左t2，……C左tN)；
得到进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基坡脚右侧测斜管测得的鼓肚子面积为(C右0，C右t1，C右t2，……C右tN)；
得到进入预压期后时间序列(0,t1，t2……tN)下的对应的路基左侧、右侧各层土体的压缩量；
第三步，采用增量法来进行计算路基中心沉降的变形规律：
3.1步，拟合进入预压期后的增量侧向变形土体引起的沉降增量的变形规律；
3.2步，拟合进入预压期后的增量固结排水变形引起的沉降量的变形规律；
第四步，基于下式：
路基中心沉降量＝S中0+进入预压期后的增量侧向变形土体引起的沉降增量+进入预压期后的增量固结排水变形引起的沉降量；可求得进入预压期后路基中心任意时刻的沉降量；
其中，
增量侧向变形土体引起的沉降增量S侧t求解如下；
通过下式：



或
<...

【专利技术属性】
技术研发人员：江强，
申请(专利权)人：江强，
类型：发明
国别省市：江苏;32