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        基于震蕩殘差修正的灰色模型在堆場(chǎng)沉降預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

        2015-07-01 07:31:56宋龍超張光偉覃晴
        水運(yùn)管理 2015年6期
        關(guān)鍵詞:模型

        宋龍超 張光偉 覃晴

        【摘 要】 以鹽城港射陽(yáng)港區(qū)某碼頭后方堆場(chǎng)為例,提出灰色模型GM(1,1)的震蕩殘差修正方法,對(duì)比分析雙曲線法和原始灰色模型GM(1,1)二種方法。結(jié)果表明,經(jīng)震蕩殘差修正后的原始灰色模型能夠更精確地描述堆場(chǎng)的初期沉降現(xiàn)象,利用此模型可以獲得更為可靠的最終沉降量。

        【關(guān)鍵詞】 碼頭堆場(chǎng);沉降預(yù)測(cè);灰色模型GM(1,1);震蕩殘差修正

        0 引 言

        地基最終沉降量(尤其是工后沉降)是工程上十分重要的問(wèn)題。在海港工程中,堆場(chǎng)陸域形成后常需進(jìn)行地基處理,以避免場(chǎng)地后期大沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。對(duì)于地基沉降的計(jì)算或預(yù)測(cè)是判定地基處理成功與否的重要環(huán)節(jié),國(guó)內(nèi)外學(xué)者就此進(jìn)行了大量的研究,這些計(jì)算方法可大致分為以下3類(lèi):

        (1)《建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范》推薦的分層總和法;

        (2)根據(jù)固結(jié)理論,結(jié)合土體的本構(gòu)模型,采用數(shù)值計(jì)算土體最終沉降量的有限元法;

        (3)根據(jù)前期沉降資料,建立預(yù)測(cè)模型,得出沉降規(guī)律及最終沉降量的模型預(yù)測(cè)法。

        在模型預(yù)測(cè)法中,一般先要對(duì)地基處理后的沉降進(jìn)行持續(xù)半年以上的觀測(cè),然后利用有限的前期觀測(cè)數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的預(yù)測(cè)模型,預(yù)估地基沉降的發(fā)展趨勢(shì)并推測(cè)出最終沉降量;因此,建立能夠精確描述初期沉降現(xiàn)象的預(yù)測(cè)模型十分必要。

        本文針對(duì)堆場(chǎng)沉降數(shù)據(jù)采用灰色模型GM 進(jìn)行預(yù)測(cè),觀察到相應(yīng)的預(yù)測(cè)殘差更接近于震蕩函數(shù)形式,進(jìn)而引入新的二階殘差白化方程以描述這種震蕩殘差行為,最終得到更符合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)結(jié)果。

        1 預(yù)測(cè)模型的建立

        本文將沿用灰色模型思想,著力描述GM模型殘差的系統(tǒng)性變化規(guī)律。在大部分工程實(shí)踐中,E(0)應(yīng)該是一個(gè)繞0值上下震蕩的序列,并保持一定的連續(xù)性;因此,可以使用正弦函數(shù)級(jí)數(shù)描述?;谶@一思想,前人發(fā)展出傅立葉變換方案,以提取殘差中反映系統(tǒng)偏差的內(nèi)稟信息。但是,堆場(chǎng)沉降測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)一般偏少,數(shù)據(jù)周期性并不明顯,傅立葉變換方案的直接應(yīng)用可能使計(jì)算過(guò)程過(guò)于完備而掩蓋了系統(tǒng)真實(shí)的震蕩特性??紤]到沉降數(shù)據(jù)的有限性,為簡(jiǎn)化計(jì)算,直接假定殘差序列對(duì)應(yīng)一個(gè)單頻的正弦函數(shù)

        2 實(shí)例分析

        2.1 樣本數(shù)據(jù)的選取

        碼頭位于鹽城港射陽(yáng)港區(qū),擬建項(xiàng)目位于射陽(yáng)河入??谧蟀?,后方場(chǎng)區(qū)與魚(yú)塘堤圍相接,碼頭前沿為射陽(yáng)港出海航道。后方陸域布置有煤炭堆場(chǎng)、鋼材堆場(chǎng)、一般件雜貨堆場(chǎng)、集裝箱堆場(chǎng),以及生產(chǎn)、生活輔助區(qū),陸域形成采用砂土回填,陸域堆場(chǎng)設(shè)計(jì)高程為5.4 m。根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求,工程場(chǎng)地地基工后固結(jié)度要求達(dá)到80%以上,工后地基殘余沉降值滿足規(guī)范要求(工后殘余沉降設(shè)計(jì)按小于30 cm控制)。

        本文以煤炭北堆場(chǎng)工后沉降的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(監(jiān)測(cè)點(diǎn)B1,B2)作為樣本進(jìn)行研究,具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖1。監(jiān)測(cè)時(shí)間為2013年11月12日至2015年1月21日,具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

        2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

        針對(duì)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行雙曲線擬合及GM(1,1)預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2,預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)圖2。雙曲線法對(duì)后期沉降值有較好的描述,但前期預(yù)測(cè)值系統(tǒng)性地高于實(shí)測(cè)值;GM(1,1)預(yù)測(cè)則平衡了前期與后期沉降的誤差分布,得到了適中的預(yù)測(cè)曲線。

        需要注意的是,GM(1,1)的預(yù)測(cè)曲線并未完全地考慮到沉降現(xiàn)象在沉降監(jiān)測(cè)前期與后期的不同。圖2(c)(d)給出了GM(1,1)模型殘差隨時(shí)間的演變。以2014年5月為分界,在監(jiān)測(cè)前期,GM(1,1)給出了較高的估計(jì);而在后期,殘差值演變行為完全相反。整個(gè)殘差值演變出現(xiàn)系統(tǒng)性的震蕩,符合本文提出的震蕩殘差修正方案的適用條件。

        針對(duì)B1和B2兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)GM(1,1)預(yù)測(cè)的殘差值進(jìn)行震蕩殘差修正計(jì)算,計(jì)算得到震蕩頻率 分別為0.350和0.355(單位為月 1)。圖2(c)(d)展示了計(jì)算所得震蕩殘差修正函數(shù),計(jì)算震蕩殘差函數(shù)與的殘差大致吻合,可以用于對(duì)的進(jìn)一步改進(jìn)。圖2(a)(b)給出了考慮到震蕩殘差修正后的預(yù)測(cè)值。圖2中多個(gè)模型預(yù)測(cè)的對(duì)比結(jié)果顯示,在經(jīng)過(guò)考慮震蕩殘差修正后,GM(1,1)可以更有效地避免系統(tǒng)性的誤差偏離,得到最為吻合的預(yù)測(cè)曲線。

        3 結(jié) 語(yǔ)

        本文提出的GM(1,1)震蕩性殘差修正新方案,可為工程實(shí)踐得到更高精度的初期沉降預(yù)測(cè),有利于遠(yuǎn)期最終沉降值的驗(yàn)證工作。本方法充分考慮了GM(1,1)殘差的震蕩性質(zhì),避免了傅立葉變換冗繁的算法和復(fù)雜的數(shù)學(xué)理解,利用二階白化方程,將計(jì)算過(guò)程線性化、解析化。運(yùn)用雙曲線法、GM(1,1)方法及GM(1,1)殘差震蕩修正方法,試驗(yàn)性地對(duì)鹽城港射陽(yáng)港區(qū)某碼頭后方煤炭北堆場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)B1、B2進(jìn)行預(yù)測(cè),得到了最吻合實(shí)測(cè)值的預(yù)測(cè)曲線,證明該方案的有效性。

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