探讨公路软土地基沉降预测方法

探讨公路软土地基沉降预测方法
在进行公路作业的过程中，要掌控相应的施工进度，为后续作业提供一些依据，并且使得路基具有稳定性和适用性，因此要计算预测路基的最终沉降量。

传统的理论计算方法是，按常规的一维固结理论来计算土工试验指标进行理论，但是通过这样获得的结果，跟实测结果相比差距非常的大，地基沉降的研究命题多数都是三维课题，具有现实的复杂性，所以要运用相应的沉降观测资料，进行推断和计算后期沉降，同时也包含了最终沉降，其意义是非常深远的。

1 软土路基沉降机理
1.1 次固结沉降
超静孔隙水的压力基本上已经消散开，指的就是次固结沉降，随时间继续发生的沉降量的条件是基本上有效应力不变。

通常会觉得这是一种恒定应力状态，土中粘滞流动的形态结合水，移动的速度十分缓慢，使得相应的变化出现，骨架产生徐变在结合水膜厚度之中。

在实际的次固结时，也会存在微小的超土孔隙压力，使得图块中有相应的水流。

对于这样很小的沉降，跟土层的厚度没有关系，而且具有很长的历时，通常不予考虑。

1.2 瞬时沉降
在加荷的瞬间，来不及排出土中的孔隙水，孔隙没有产生体积变化，但是因为荷载的作用，剪切变形在土中发生，这就是瞬时沉降。

很小的瞬时沉降出现在严格的土体一维变形情况之下。

在土体全部饱和之后，对土块中的颗粒变形情况忽略不计，此时瞬时沉降几乎属于零。

针对土体的二维或三维变形的情况，也就是说在沉降地基总沉降量中瞬时沉降占有的比例很大。

加荷方式和加荷速率跟瞬时沉降有着非常大的关系，如果使用一次加载瞬时的方式，地基的瞬时沉降会大大地超过均匀慢速加载的情况，其原因是因为增量加载的时刻不同，土体在不断的固结，随之土中有效应也在增大，土体相应的变形模量也会随之增加。

1.3 固结沉降
在外荷载的情况下，受到超孔隙水压力的水力梯度的影响，水从土内排出，土骨架上因为转移了应力增量因此产生沉降，这就是固结沉降。

这个过程跟时间有着紧密的联系，重点是在体积的变化，当中也包括了剪切变形，所以使得进一步沉降的发生，在粘性土地基沉降当中，这是最重要的一个组成部分。

2 软土路基沉降预测方法
2.1 分层总和法
在建立一维变形假定的基础之上使用变形计算方法，这就是分层总和法，也就是范围控制在地基压缩层之内，把土分成若干层，根据其特性和应力状态来区分，然后对各部分的压缩量进行计算，在侧限条件之下，参照土的压缩性指标，得出最后的总和。

在具体的实践过程中，一维变形的假定具有一定的误差，所以使得得出的计算结果跟实测数据出现非常大的误差，再用经验系数m来调整在实际中的应用，如下式所示：
S=mS'
在上式中：用S代表最终取值；用S'代表分层计算总和法值；m作为经验系数，取值范围是0.7～1.7。

从理论方面上来分析，m主要起到调整作用，在计算地基一维固结公式时土体剪胀性而引起的变形可以不计。

但是使用m调整之后的分层总和法，跟实测结果相比也会出现非常大的误差，其原因是计算土的附加应力和特性参数会出现一些导误差，而且还会因为m取值的不正确而产生误差。

m取值具有很大的空间，并且在取值标准上并不仔细，所以该法的最后结果具有一定的人为性。

想要提高m取值，并且获得准确性，就要照顾到各种因素，比如软土的强度、厚度、填土高度和加载方式等，这些都是需要照顾到的，同时还要顾虑到该区域经验值的累加和统筹并进行
加强。

2.2 双曲线法
这是一种完全按照经验来进行的曲线配合办法，通过实际观测沉降曲线发现它其实跟近一条双曲线非常相似，因此通过双曲线的配合，按照推算曲线外延来计算对应时间的沉降量或最终沉降量。

通常用以下公式来表示：
2.3 灰色系统法
灰色系统理论的提出在20世纪80年代，被一位知名教授提出后，在岩土工程中该理论的应用显得十分广泛，尤其软土地基沉降预测领域的运用显得更为广泛。

灰色模型是灰色系统法核心，通常用意义上的GM（n，h）来代表灰色模型，代表的是建立n阶微分方程针对h个变量。

通常用GM（n，1）来作为预测模型。

现在被广泛运用的灰色预测模型是，该GM（1，1）模型针对数列预测的一个变量、一阶微分。

是在随机的原始时间序列的基础上，GM（1，1）模型通过时间累加，时间序列呈现出新的状态，对应的规律就可以发现，用一阶线性微分方程式来算出逼近方法的值。

2.4 遗传算法
遗传算法是一种新的计算方法，其优点是具有高度并行、随机和自适应搜索的特点。

该算法跟传统的方法相比较，具有自身的优势，该算法和模型参数没有直接的关联，只处理一些参数编码；在该进程中，遗传算法掌控着一个解群，而且不会只停留在某一点，这样的话，对搜索效率来说是一个有效的提高，而且避开了局部极值；不通过计算目标函数的微分来求解，因此不会过分地要求目标函数和约束条件，因此遗传算法跟传统方法相比，在处理高度非线性问题时优势非常的明显。

设定如下识别优化估计问题为普通非线性模型的
参数：
在上式里：{cj}模型表示待优化参数有p个，cj∈[aj，bj]，j=1，2，…，p；X 代表N维输入向量模型；Y为模型M维输出向量；f代表一般非线性模型；‖·‖代表取范数；q代表实常数；Q代表优化准则函数。

按照上面的计算，不难看出，遗传算法具有相应的独特性，并且优势非常明显，能够解决一些很难的、繁琐的最优化问题，该算法具有宽广的应用前景。

3 结语
总之，想要使得后期沉降量推算结果具有准确性，就必须准确观测路基的沉降情况，并且要在刚刚填筑路堤就要观测，而且还要最大限度地保持长期的观测，要选择具有实用性的数据处理。

在这里，笔者要强调的是，预测沉降时，要详细熟悉和了解各种计算方法，并且进行比对，在具体的运用过程中选择最具适用的方法。

参考文献
[1] 凌建明，王硕，钱劲松.浅覆土路基构筑物结合部力学响应与设计方法[J].同济大学学报（自然科学版），2013，（1）.
[2] 杨建永，刘勇军，刘浩然.红砂岩风化土在不同约束条件下单点冲击作用效应[J].江西理工大学学报，2013，（1）.。