一种路基沉降预测方法技术

本发明专利技术涉及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。采用本发明专利技术的方法，考虑了侧向变形引起的沉降量的影响，在预压期较短时，可以获得较为准确的路基沉降变形结果，为确定合理的路基卸载时机具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及公路路基工程施工领域，具体涉及一种路基沉降预测方法。
技术介绍
路基沉降预测一直是公路路基施工中较为重要的一个工作，是路基确定卸载时机、评价路基施工质量的主要依据。现有技术中，例如CN105603955A公开了一种基于实测数据的沉降计算方法，但其主要是考虑沉降变形。工程经验表明，侧向变形与沉降变形的呈正相关性关系：侧向变形越大，沉降越大。然而，现有技术中侧向变形一般只是定性地用来评价路基的稳定性；还未能被用到测算路基沉降变形中，起到定量测算的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种路基沉降预测方法，该方法综合考虑沉降变形和侧向变形对于整体沉降的影响，预测准确性显著提高。为实现上述专利技术目的，本专利技术专利所采用的技术方案是：一种路基沉降预测方法，其包括以下步骤：A.埋设测量装置及测斜管，记录监测数据：测斜管管底到埋设地面高度记为H，路基坡脚宽度记为B,按照监测频率记录测斜数据；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，进入预压期后第t天测量得到的沉降值记为St；B.拟合侧向变形引起的沉降量的变形规律：1)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S侧t；进入预压期当天测量得到的侧向变形引起的路基中心沉降记为S侧0；上述计算方法为：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C左t、C右t；通过下式：可以求的系列数据S侧t、S侧0；2)采用双曲线模型拟合S侧t：上式可变为：由上式线性拟合，可求得参数：a1，b1。C.拟合固结排水变形引起的沉降量的变形规律：1)实测数据处理：其中，St为预压期后第t天测量得到的沉降值，S0进入预压期单天的沉降值；S侧t为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，S侧0为进入预压期当天测量得到的侧向变形引起的路基中心沉降记；S排水t为预压期后第t天排水变形引起的沉降值，S排水0为预压期当天排水变形引起的沉降值。2)采用双曲线模型拟合S排水t：上式可变为：由上式线性拟合可求得参数：a2，b2。D.路基中心沉降量的预测：采用上式可预测任意时刻下的路基沉降值。进一步，路基沉降最终值为：进一步，基于测斜管数据计算侧向鼓肚子的变形面积的方法是：其中，进入预压期后第t天测量得到的测斜管中n个点位的倾斜数据，第i个点位的距离管底高度和测斜数据记录为hi(hn＝H，H为测斜管管底到埋设地面高度)、yit，土体单侧“鼓肚子”的变形面积Ct。进一步，所述测斜管测量数据时，多个点位选取测量值时，自管底每隔0.5m～1m选取1个点。进一步，所述步骤A中，路基排水体施工完成后，在路基中部埋设沉降测量装置如预埋沉降板、布线等，采用沉降测量设备测量沉降值，并按照监测频率记录沉降数据；在路基边坡两侧坡脚处埋设测斜管，测斜管管底进入硬土层。相应的，一种道路施工方法，核心技术在于：按照上述任意一项所述的方法监测沉降数据，在预压期1～3月的时间内，计算沉降值，确定卸载时机。可以显著提高沉降预测精度，缩短施工周期。本专利技术的有益效果在于：根据工程实践：排水引起的沉降(单一变量)是符合双曲线变化的。而1-3个月之内的沉降数据，侧向变形引起的沉降也是在不断增大(两个变量)，因而用双曲线拟合出来的结果不佳。本专利技术将测斜管监测的数据纳入到路基沉降的预测体系中；沉降测算兼顾固结排水变形引起的沉降量和侧向变形引起的沉降量，该测算方法在预压期1-3月的时间内，可以获得较为准确的结果。较现有技术预测精准度明显提升。采用本专利技术的方法可以在预压期较短时，就获得较为精确的沉降计算结果，可以为卸载时机的确定提供更为准确的结论。附图说明图1为路基填土、测斜管示意图；图2为侧向变形引起的土体变形图；图3为侧向变形计算示意图；图4为土体凹陷示意图。具体实施方式双曲线法是路基沉降预测常用的方法，但是在进入预压期1个月的时候，采用该法预测的结果与实际测量结果相差较大，无法满足工程实际需要。但是，如果在预压期达到6个月的时候，在实际运用工程中，在采用双曲线法预测时，一般选取进入预压期3-6个月期间来拟合参数，该法预测得到的结果与工程实际测量结果相差不大。沉降变形主要包括三方面：一是弹性变形(时间很快，基本在1天内完成，变形量较小，可忽略)，二是路基固结排水变形(简称排水形变或固结形变)，三是路基下方土体侧向变形引起的变形。之所以预压期3-6个月期间计算到的结果与实际相差不大，是由于3个月后，侧向变形基本稳定，路基沉降基本上是以排水引起的沉降为主。上述工程实践表明:排水引起的沉降(单一变量)是符合双曲线变化的。而1-3个月之内的沉降数据，侧向变形引起的沉降也是在不断增大(两个变量)，因而用双曲线拟合出来的结果不佳。为此，路基沉降增量：1)排水引起的增量；2)侧向变形增大引起的增量；将上述两部分的增量分别来进行分析的话，就可以得到较为准确的结果；上面的分析用数学可表达为：St＝S侧t+S排水t(1)路基边坡坡脚处侧向变形一般在10cm以下，与边坡跛脚距离相比，基本可忽略不计。为了简化分析，侧向变形引起的沉降可用附图2来表示，每延米边坡两侧“鼓肚子”的变形面积＝每延米路基底面“凹陷”的沉降面积。进入预压期t时刻“鼓肚子”的变形面积Ct为：式中，进入预压期后第t天测量得到的测斜管中n个点位的倾斜数据，第i个点位的距离管底高度和测斜数据分别记录为hi、yit，该侧土体的“鼓肚子”的变形面积Ct。由上述方法可以求得：两侧进入预压期t时刻“鼓肚子”的变形面积，分别采用C左t，和C右t来表示。为简化分析，路基底面凹陷(即侧向变形引起的沉降)假设为对称圆弧，中心处的凹陷高度为S侧t(即侧向变形引起的路基中心沉降量)，由附图4可知：R为凹陷的半径，θ为凹陷弧长角度(单位为弧度)；由式(3)可求得：凹陷面积Dt为：由式(3)(4)可知，已知凹陷面积Dt和B即可求得S侧t。S侧t较难给出解析解，但是可以通过MATLAB程序进行试算得到结果。边坡两侧“鼓肚子”的变形面积＝路基底面“凹陷”的沉降面积，采用公式可表达为：C左t+C右t＝Dt(6)由此可求得：进入预压期t时刻两侧侧向变形引起的路基中心沉降量S侧t。由式(6)可知：由路基边坡坡脚处两侧的测斜管得到的数据可换算求得：不同时刻下侧向变形引起的路基中心沉降S侧t。从式(1)可知：基于实测数据拟合S侧t、S排水t即可得到St的变化规律。第一，S侧t的规律：1)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S侧t；进入预压期当天测量得到的侧向变形引起的路基中心沉降记为S侧02)采用双曲线模型拟合S侧t：上式可变为：由上式(8)线性拟合，可求得：a1，b1。第二，S排水t的规律：1)实测数据处理：其中，St为预压期后第t天测量得到的沉降值，S0进入预压期单天的沉降值；S侧t为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，S侧0为进入预压期当天测量得到的侧向变形引起的路基中心沉降记；S排水t为预压期后第t天排水变形引起的沉降值，S排水0为预压期当天排水变形引起的沉降值。2)采用双曲线模型拟合S排本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路基沉降预测方法，其特征在于：包括以下步骤：A.埋设沉降测量装置及测斜管，记录监测数据：其中，路基坡脚宽度记为B,按照监测频率记录测斜数据；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，进入预压期后第t天测量得到的沉降值记为St；B.拟合侧向变形引起的沉降量的变形规律：1)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S侧t；进入预压期当天测量得到的侧向变形引起的路基中心沉降记为S侧0；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C左t、C右t；通过下式能够求得数据S侧t、S侧0：2)采用双曲线模型拟合得S侧t：上式可变为：由上式线性拟合，可求得参数：a1，b1；C.拟合固结排水变形引起的沉降量的变形规律：1)实测数据处理：其中，St为预压期后第t天测量得到的路基中心沉降值，S0进入预压期当天的沉降值；S侧t为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，S侧0为进入预压期当天测量得到的侧向变形引起的路基中心沉降记；S排水t为预压期后第t天排水变形引起的沉降值，S排水0为预压期当天排水变形引起的沉降值；2)采用双曲线模型拟合S排水t：上式可变为：由上式线性拟合可求得参数：a2，b2；D.路基中心沉降量的预测公式为：St=S0+ta1+b1·t+ta2+b2·t]]>采用上式可预测任意时刻下的路基沉降值。...

【技术特征摘要】
1.一种路基沉降预测方法，其特征在于：包括以下步骤：A.埋设沉降测量装置及测斜管，记录监测数据：其中，路基坡脚宽度记为B,按照监测频率记录测斜数据；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，进入预压期后第t天测量得到的沉降值记为St；B.拟合侧向变形引起的沉降量的变形规律：1)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S侧t；进入预压期当天测量得到的侧向变形引起的路基中心沉降记为S侧0；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C左t、C右t；通过下式能够求得数据S侧t、S侧0：2)采用双曲线模型拟合得S侧t：上式可变为：由上式线性拟合，可求得参数：a1，b1；C.拟合固结排水变形引起的沉降量的变形规律：1)实测数据处理：其中，St为预压期后第t天测量得到的路基中心沉降值，S0进入预压期当天的沉降值；S侧t为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，S侧0为进入预压期当天测量得到的侧向变形引起的路基中心沉降记；S排水t为预压期后第t天排水变形引起的沉降值，S排水0为预压期当天排水变形引起的沉降值；2)采用双曲线模型拟合S排水t：上式可变为：由上式线性拟合可求得参数：a2，b2；D.路基中心沉降量的预测公式为：St=S0+ta1+b1·t+t...

【专利技术属性】
技术研发人员：强跃，李莉，刘芳平，杨茂，何泽平，
申请(专利权)人：重庆三峡学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50