王 銘, 郭 豪, 胡光輝, 張 壯, 杜金亮, 劉塬熙

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 道橋與建筑學(xué)院, 陜西 渭南 714000; 2.陜西理工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院, 陜西 漢中 723001; 3.西安建筑科技大學(xué) 華清學(xué)院, 西安 710043)

0 引 言

隨著基坑工程數(shù)量的逐漸增加,其施工環(huán)境亦日趨復(fù)雜,如基坑周邊條件越來越復(fù)雜,這給基坑安全施工帶來了巨大隱患,因此,為保證基坑施工安全,在基坑開挖的同時(shí),有必要進(jìn)行變形監(jiān)測(cè),其中,沉降監(jiān)測(cè)是其必測(cè)項(xiàng)目,使得開展基坑沉降研究具有重要意義[1-2]。

秦勝伍等[3]在基坑沉降影響因子篩選基礎(chǔ)上,構(gòu)建了沉降預(yù)測(cè)模型,取得了良好的預(yù)測(cè)精度。胡長明等[4]通過理論公式構(gòu)建了沉降變形的簡化計(jì)算模型。謝洋洋等[5]利用多種算法優(yōu)化支持向量機(jī)的模型參數(shù),建立了基坑周邊建筑物的沉降預(yù)測(cè)模型,所得結(jié)果良好。文獻(xiàn)[6-7]研究了超載對(duì)基坑沉降的影響以及分析了降雨對(duì)基坑沉降的作用規(guī)律。上述研究雖取得了相應(yīng)成果,但均未涉及基坑沉降穩(wěn)定性方面的研究,也未涉及基坑沉降方面的專項(xiàng)研究,因此,進(jìn)一步研究基坑沉降穩(wěn)定性是十分必要的。以往基坑沉降穩(wěn)定評(píng)價(jià)多為現(xiàn)狀評(píng)價(jià),考慮到此評(píng)價(jià)過程應(yīng)具有全面性,因此,文中將基坑沉降穩(wěn)定性評(píng)價(jià)過程劃分為兩個(gè)階段:一是開展基坑沉降穩(wěn)定性的現(xiàn)狀評(píng)價(jià);二是研究基坑沉降穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢(shì)?；映两惮F(xiàn)狀穩(wěn)定性的分析手段較多,如數(shù)值模擬[8]和理論計(jì)算[9]等,但前述手段均存在一定不足,如數(shù)值模擬無法實(shí)現(xiàn)基坑周邊巖土體的非均勻性特征。分析文獻(xiàn)[10-11]的研究結(jié)果,尖點(diǎn)突變理論可基于變形數(shù)據(jù)判斷評(píng)價(jià)對(duì)象的穩(wěn)定性,具有較強(qiáng)的普適性,因此,提出利用其實(shí)現(xiàn)基坑沉降穩(wěn)定性的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。

在基坑沉降穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)過程中,考慮文中是以基坑沉降變形為其穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),沉降量越大,穩(wěn)定性相對(duì)越差;反之,穩(wěn)定性相對(duì)越好。因此,提出通過變形預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)基坑沉降穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢(shì)。筆者借鑒基坑沉降監(jiān)測(cè)成果,在基坑沉降穩(wěn)定性現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上,綜合分析基坑沉降特征,以期為現(xiàn)場(chǎng)施工提供一定的理論指導(dǎo)。

1 基本原理

1.1 穩(wěn)定性現(xiàn)狀評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

尖點(diǎn)突變理論能有效評(píng)價(jià)事物的連續(xù)性,已被廣泛應(yīng)用于巖土領(lǐng)域,實(shí)用性較強(qiáng),因此,利用其構(gòu)建基坑沉降穩(wěn)定性的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)模型是可行的。根據(jù)尖點(diǎn)突變理論的基本原理,其標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)V(t)形式為

V(t)=t4+qt2+pt,

(1)

式中:t——時(shí)間;

q、p——待擬合參數(shù)。

基坑沉降數(shù)據(jù)可由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),利用擬合軟件即可實(shí)現(xiàn)對(duì)式(1)的擬合處理,得到q、p參數(shù);同時(shí),再以q、p參數(shù)為基礎(chǔ),可計(jì)算出突變特征值,具體公式為

β=8q3+27p2。

(2)

以突變特征值β為基礎(chǔ)的穩(wěn)定性判據(jù)。當(dāng)β<0時(shí),基坑沉降在現(xiàn)狀條件下屬不穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)β=0時(shí),基坑沉降在現(xiàn)狀條件下的穩(wěn)定性處于臨界狀態(tài),無法判斷其穩(wěn)定性。當(dāng)β>0時(shí),基坑沉降在現(xiàn)狀條件下屬穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)β>0時(shí),β值越小,說明其越趨向于臨界狀態(tài),穩(wěn)定性應(yīng)相對(duì)越差;反之,穩(wěn)定性相對(duì)越好。

1.2 穩(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

基于前述分析思路初探,確定以變形預(yù)測(cè)進(jìn)行穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià),且結(jié)合文獻(xiàn)[12]研究成果,得出組合預(yù)測(cè)的穩(wěn)定性和預(yù)測(cè)精度相較單項(xiàng)預(yù)測(cè)更好,因此,利用組合預(yù)測(cè)思路來實(shí)現(xiàn)基坑沉降穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)。

1.2.1 以往研究的不足分析

單項(xiàng)模型的確定及優(yōu)化問題。一方面,各種單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型的適用性存在一定差異,使其在基坑沉降預(yù)測(cè)中的預(yù)測(cè)效果會(huì)隨之不同,因此,確定合理的單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型顯得至關(guān)重要;另一方面,單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型的理論形成時(shí)間相對(duì)較早,已難以滿足現(xiàn)有需求,有待進(jìn)一步提升。

單項(xiàng)模型的組合方式問題。在以往組合預(yù)測(cè)過程中,組合方式相對(duì)較多,如均值組合、誤差權(quán)值組合和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合等,各類組合方式均具有一定的缺點(diǎn),因此,仍有必要研究組合方式。

1.2.2 發(fā)展趨勢(shì)模型的構(gòu)建流程

以往組合方式存在一定不足,分析優(yōu)化組合以構(gòu)建出基坑沉降穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)模型。

(1)單項(xiàng)模型的確定及優(yōu)化處理

筆者認(rèn)為:首先,單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型應(yīng)具有互補(bǔ)性,即各類單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型在基坑沉降預(yù)測(cè)中的優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)是互補(bǔ)的,以降低預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn);其次,為彌補(bǔ)單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型的理論不足,并提升其預(yù)測(cè)能力,提出對(duì)各單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型均進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化處理,以保證其預(yù)測(cè)精度。

通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)[5,13,14]的研究成果總結(jié),得出支持向量機(jī)(SVM)、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和GM(1,1)模型在基坑變形預(yù)測(cè)中具有較好的適用性,且三類模型在應(yīng)用過程中各有優(yōu)缺點(diǎn),即SVM模型優(yōu)點(diǎn)為短期預(yù)測(cè)效果較優(yōu);全局預(yù)測(cè)能力較強(qiáng);泛化能力較強(qiáng);該模型缺點(diǎn)為基礎(chǔ)參數(shù)具有較強(qiáng)的敏感性;對(duì)大樣本的訓(xùn)練能力有限。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)為非線性擬合能力較強(qiáng),適用于長期預(yù)測(cè),具有較優(yōu)的魯棒性和泛化能力;該模型缺點(diǎn)為無法解釋自身推理過程;具有一定的數(shù)據(jù)量要求。GM(1,1)模型優(yōu)點(diǎn)為適用于短期預(yù)測(cè);可削弱原始序列的隨機(jī)性;該模型缺點(diǎn)為難以表示樣本的概率分布規(guī)律,對(duì)樣本要求較高。

綜上,三種模型的優(yōu)缺點(diǎn)具有較強(qiáng)的互補(bǔ)性,因此,確定此三類模型為基坑沉降發(fā)展趨勢(shì)模型的單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型。

同時(shí),為保證單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)能力,對(duì)三類模型再進(jìn)行模型參數(shù)的優(yōu)化處理,具體如下:SVR模型的參數(shù)優(yōu)化處理。由于SVR模型的連接權(quán)值和閾值是隨機(jī)產(chǎn)生的,缺乏一定的客觀性,為保證此兩參數(shù)的合理性,提出利用雞群優(yōu)化算法(Chicken swarm optimization,CSO)進(jìn)行此兩參數(shù)的優(yōu)化處理。

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化處理。在RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用過程中,其核函數(shù)的寬度及數(shù)目參數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)精度具有一定影響,有必要對(duì)此兩參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。由于粒子群算法(Particle swarm optimization, PSO)具有極強(qiáng)的全局尋優(yōu)能力,因此,利用其進(jìn)行RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)核函數(shù)的寬度及數(shù)目參數(shù)優(yōu)化處理是可行的。結(jié)合PSO算法的基本原理,其優(yōu)化流程如下。

(1)先將粒子群規(guī)模設(shè)置為600個(gè),迭代次數(shù)最大值設(shè)置為500次,剩余參數(shù)由系統(tǒng)隨機(jī)設(shè)置。

(2)將預(yù)測(cè)誤差設(shè)置為適應(yīng)度值,且一般來說,預(yù)測(cè)誤差的絕對(duì)值越小,其預(yù)測(cè)效果越優(yōu);反之,其預(yù)測(cè)效果越差。

(3)計(jì)算所有初始粒子的適應(yīng)度值,通過對(duì)比確定出最優(yōu)初始全局適應(yīng)度值;同時(shí),不斷更新粒子的位置及速度,并計(jì)算新條件下的粒子適應(yīng)度值,將此適應(yīng)度值與全局適應(yīng)度值進(jìn)行對(duì)比,以實(shí)現(xiàn)全局適應(yīng)度值的更新迭代。

(4)當(dāng)達(dá)到最大迭代次數(shù)后,輸出全局適應(yīng)度值條件下的核函數(shù)寬度及數(shù)目參數(shù),以完成RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化處理。

(5)GM(1,1)模型的優(yōu)化處理。在GM(1,1)模型的應(yīng)用過程中,采用累加處理來削弱原始序列的波動(dòng)性和隨機(jī)性,但是,此處理過程中的初始值對(duì)后續(xù)預(yù)測(cè)效果的影響較大,為避免其影響,提出利用最小二乘法(Least squares,LS)進(jìn)行優(yōu)化處理,以確保初始值具有最小誤差求解。

為便于后續(xù)分析,將三類單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型在優(yōu)化處理后的模型分別定名為CSO-SVM模型、PSO-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和LS-GM(1,1)模型。

1.2.3 單項(xiàng)模型的組合優(yōu)化處理

以往組合方式較多,但均存在一定不足,由文獻(xiàn)[15]提出的集對(duì)分析能有效評(píng)價(jià)系統(tǒng)在不確定性和確定性間的相互作用關(guān)系,即可對(duì)集對(duì)的差異性、同一性和對(duì)立性進(jìn)行定量描述,能有效評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型間的聯(lián)系性和差異性,使組合過程具有系統(tǒng)性特征。因此,提出利用集對(duì)分析理論構(gòu)建出集對(duì)分析組合預(yù)測(cè)模型,以實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)模型的組合優(yōu)化處理。

基坑沉降變形的實(shí)測(cè)樣本為S={s1,s2,…,sD},并以其為基礎(chǔ)進(jìn)行單項(xiàng)預(yù)測(cè),再結(jié)合實(shí)測(cè)值及單項(xiàng)預(yù)測(cè)值,得到對(duì)應(yīng)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)處絕對(duì)誤差ai的計(jì)算公式為

ai=|ski-si|,

(3)

式中,ski——第k類單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果。

對(duì)ai進(jìn)行歸一化處理,以求得其歸一化值pi,并以其代表預(yù)測(cè)值的有效性及進(jìn)度,即可將其表示為實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值間的集對(duì)關(guān)系,具體如下。

(1)若誤差值小于界限值T1時(shí),得該節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)效果較好,即實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值具同一性關(guān)系。

(2)若誤差值大于界限值T2時(shí),得該節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)效果較差,即實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值具對(duì)立性關(guān)系。

(3)若誤差值介于界限值T1和T2時(shí),得該節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)效果一般,即實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值具差異性關(guān)系。

通過集對(duì)關(guān)系統(tǒng)計(jì)得到實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值間的同一性、對(duì)立性和差異性個(gè)數(shù),并將三者的統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)分別記為ε、φ和φ,再以三者為基礎(chǔ),計(jì)算出實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值間聯(lián)系度μk的計(jì)算公式為

(4)

式中:D——統(tǒng)計(jì)樣本總數(shù);

i——差異性系數(shù),介于-1～1;

j——對(duì)立性系數(shù),取值多為-1。

一般來說,μk值越大,說明實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值間越接近,預(yù)測(cè)效果相對(duì)更優(yōu),則此單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型所占的權(quán)重值應(yīng)相對(duì)更大;μk值越小,說明實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值間的差異越大,預(yù)測(cè)效果也越一般,那么此單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型所占的權(quán)重值應(yīng)相對(duì)更小。因此,以聯(lián)系度μk為指標(biāo),對(duì)其進(jìn)行歸一化處理,所得歸一化值即為組合權(quán)值,計(jì)算公式為

(5)

式中:wk——第k種單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型的組合權(quán)值;

m——單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型的個(gè)數(shù)。

基于上述,通過集對(duì)分析理論構(gòu)建了組合預(yù)測(cè)思路,并利用其完成基坑沉降的發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià),具體判據(jù)為:若外推預(yù)測(cè)速率相對(duì)增加,那么后續(xù)沉降穩(wěn)定性趨于減弱;若外推預(yù)測(cè)速率相對(duì)減小,那么后續(xù)沉降穩(wěn)定性趨于增加;外推預(yù)測(cè)速率相對(duì)變化不大,那么后續(xù)沉降穩(wěn)定性將維持現(xiàn)有狀態(tài)。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

基坑位于某機(jī)場(chǎng)T4航站樓下方,為地下一層一島兩層站臺(tái)式基坑,東側(cè)的起止里程為:ZDK2+881.49 m～ ZDK3+511.92 m;西側(cè)起止里程為YDK3+467.00 ～ YDK4+183.00 m[16]。同時(shí),此基坑共分為三段,其中,始發(fā)井基坑的開挖長度為86.00 m,寬度為7.05 m,開挖深度間于9.97～13.30 m;暗埋段基坑的開挖長度為397.60 m,寬度為20.05 m,開挖深度間于9.02～9.97 m;敞開段基坑的開挖長度為233.00 m,寬度為20.05 m,開挖深度介于0～9.02 m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查成果,將不同開挖段基坑的土層特性詳述如下。始發(fā)井段:此區(qū)段地層主要以淤泥質(zhì)黏土為主,含有云母、有機(jī)質(zhì)等礦物,并夾雜有薄層粉砂,土質(zhì)較為均勻,韌性、干強(qiáng)度較高。暗埋段:此區(qū)段地層主要有兩層,即淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和石質(zhì)粉土,前者也含有云母、有機(jī)質(zhì)等礦物,但土質(zhì)不均勻,韌性、干強(qiáng)度中等;后者含云母,夾薄層黏性土,振搗反應(yīng)快,無光澤反應(yīng)。敞開段:此區(qū)段依舊以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和石質(zhì)粉土為主,性質(zhì)與暗埋段巖性一致,只是分布厚度存在一定差異。

由于工作區(qū)段地質(zhì)條件一般,加之基坑開挖深度相對(duì)較深,為保證現(xiàn)場(chǎng)安全施工,進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),其中,沉降監(jiān)測(cè)是其必測(cè)項(xiàng)目,共計(jì)布設(shè)了48個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量滿足規(guī)范要求,并按1次/d的頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè),所得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量較優(yōu),能充分反映基坑沉降變形規(guī)律。

由于DC34～DC37監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降值較大,代表性顯著,因此,以此4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為后續(xù)分析的數(shù)據(jù)來源,以驗(yàn)證文中沉降穩(wěn)定性分析思路的合理性。

經(jīng)統(tǒng)計(jì),4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降監(jiān)測(cè)頻率為1次/d,共計(jì)得到28 d的監(jiān)測(cè)成果,變化曲線如圖1所示。由圖2可知,基坑沉降總體呈增加趨勢(shì),目前累積沉降量h的變化范圍為10.01～16.54 mm。

圖1 基坑沉降變化曲線

2.2 沉降穩(wěn)定性現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

利用尖點(diǎn)突變分析開展基坑沉降穩(wěn)定性的現(xiàn)狀評(píng)價(jià),所得結(jié)果如表1所示。從表1可知,4個(gè)監(jiān)測(cè)的擬合度介于0.951～0.974,擬合效果較優(yōu);同時(shí),4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的突變特征值β均大于0,說明四者均處于穩(wěn)定狀態(tài),并按突變特征值β大小排序,得DC36監(jiān)測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定性相對(duì)最好,其次是DC35監(jiān)測(cè)點(diǎn)、DC34監(jiān)測(cè)點(diǎn)和DC37監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

表1 基坑沉降穩(wěn)定性的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3 沉降穩(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)

考慮到沉降組合預(yù)測(cè)模型的多步計(jì)算特征,提出以DC34監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例,進(jìn)行各組合階段的預(yù)測(cè)效果評(píng)價(jià),且在預(yù)測(cè)過程中,將1～23周期為訓(xùn)練集,將24～28周期為驗(yàn)證集。

2.3.1 組合預(yù)測(cè)效果分析

首先,對(duì)DC34監(jiān)測(cè)點(diǎn)在優(yōu)化前后的單項(xiàng)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表2。從表2可知,傳統(tǒng)單項(xiàng)預(yù)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差均值范圍為3.34%～3.48%,優(yōu)化后預(yù)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差均值范圍為2.69%～2.82%,以優(yōu)化后的預(yù)測(cè)效果相對(duì)更優(yōu),充分驗(yàn)證了進(jìn)行單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型參數(shù)優(yōu)化處理的必要性,也說明各類優(yōu)化算法是合理有效的。

表2 DC34監(jiān)測(cè)點(diǎn)的單項(xiàng)預(yù)測(cè)結(jié)果

其次,在DC34監(jiān)測(cè)點(diǎn)的單項(xiàng)預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上,再進(jìn)行此監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降組合預(yù)測(cè),且為充分驗(yàn)證集對(duì)分析組合預(yù)測(cè)思路的合理性,結(jié)合以往研究成果,設(shè)置4類組合預(yù)測(cè)模型。

模型1:均值組合預(yù)測(cè)模型,即對(duì)三類單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型的結(jié)果進(jìn)行均值求解,以均值作為組合預(yù)測(cè)值。

模型2:誤差權(quán)值組合預(yù)測(cè)模型,即以三類單項(xiàng)預(yù)測(cè)結(jié)果的誤差值為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)其進(jìn)行歸一化處理,以誤差值的歸一化值作為組合權(quán)值。

模型3:BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合預(yù)測(cè)模型,即以三類單項(xiàng)預(yù)測(cè)結(jié)果為輸入層,通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組合處理,并輸出組合預(yù)測(cè)值。

模型4:集對(duì)分析組合預(yù)測(cè)模型,即以三類單項(xiàng)預(yù)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ),通過前述1.3節(jié)的原理進(jìn)行集對(duì)分析組合預(yù)測(cè)。

經(jīng)預(yù)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì),得到4類組合模型的預(yù)測(cè)結(jié)果,如表3所示。由表3可知,4類組合模型的預(yù)測(cè)結(jié)果是有差異的,四者的相對(duì)誤差均值范圍為2.04%～2.75%,模型4的相對(duì)誤差均值最小,其值為2.04%,其次是模型3、2和1,因此,集對(duì)分析組合預(yù)測(cè)模型相較以往組合模型具有顯著的優(yōu)越性。

表3 DC34監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同組合條件下的預(yù)測(cè)結(jié)果

DC34監(jiān)測(cè)點(diǎn)的組合預(yù)測(cè)結(jié)果得出集對(duì)分析組合預(yù)測(cè)思路適用于基坑沉降變形預(yù)測(cè),且優(yōu)于其他以往組合預(yù)測(cè)思路。

最后,再利用集對(duì)分析組合預(yù)測(cè)模型對(duì)剩余3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)分析,并進(jìn)一步進(jìn)行外推預(yù)測(cè),且設(shè)置外推預(yù)測(cè)周期為4期,所得結(jié)果如表4所示。從表4可知,4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)效果相當(dāng),預(yù)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差均在2%左右,相對(duì)誤差均值的范圍為1.96%～2.04%,均具有較高的預(yù)測(cè)精度,充分說明集對(duì)分析組合預(yù)測(cè)模型在基坑沉降預(yù)測(cè)中具有較優(yōu)的預(yù)測(cè)精度和較強(qiáng)的穩(wěn)定性。同時(shí),通過外推預(yù)測(cè),初步得出4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變形仍會(huì)進(jìn)一步增加,但增加速率較小。

表4 基坑沉降預(yù)測(cè)及外推預(yù)測(cè)結(jié)果

2.3.2 預(yù)測(cè)結(jié)果的校驗(yàn)及穩(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步驗(yàn)證前述預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性,提出再利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和Arima模型進(jìn)行類似預(yù)測(cè),并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差均值及訓(xùn)練時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表5所示。從表5可知,通過對(duì)比3類模型的預(yù)測(cè)效果,得文中預(yù)測(cè)模型具有相對(duì)最小的相對(duì)誤差均值和最短的訓(xùn)練時(shí)間,說明其不僅具有較優(yōu)的預(yù)測(cè)精度,還具有更快的收斂速度。因此,綜合得出集對(duì)分析組合預(yù)測(cè)模型相較傳統(tǒng)預(yù)測(cè)模型具有更優(yōu)的預(yù)測(cè)效果。

表5 沉降預(yù)測(cè)效果的校驗(yàn)結(jié)果

最后,為合理、定量評(píng)價(jià)基坑沉降穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢(shì),提出以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中的最后4個(gè)沉降速率為基礎(chǔ),計(jì)算其均值,以其為現(xiàn)狀速率;同時(shí),再以4個(gè)外推預(yù)測(cè)速率為基礎(chǔ),計(jì)算其均值,以其為預(yù)測(cè)速率。

DC34監(jiān)測(cè)點(diǎn):現(xiàn)狀速率為0.390 mm/d,預(yù)測(cè)速率為0.353 mm/d。DC35監(jiān)測(cè)點(diǎn):其現(xiàn)狀速率為0.270 mm/d,預(yù)測(cè)速率為0.109 mm/d。DC36監(jiān)測(cè)點(diǎn):現(xiàn)狀速率為0.388 mm/d,預(yù)測(cè)速率為0.101 mm/d。DC37監(jiān)測(cè)點(diǎn):現(xiàn)狀速率為0.110 mm/d,預(yù)測(cè)速率為0.088 mm/d。因此,4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)速率均不同程度地小于現(xiàn)狀速率,說明基坑沉降趨于穩(wěn)定方向發(fā)展。

總體來說,除DC34監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)速率相對(duì)偏大以外,其余3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)速率均較小,且4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)速率均小于現(xiàn)狀速率,得出基坑后續(xù)的沉降穩(wěn)定性趨于增加。

2.4 沉降穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)

在基坑沉降穩(wěn)定性現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上,再進(jìn)一步總結(jié)基坑沉降穩(wěn)定性特征,即:基坑沉降穩(wěn)定性現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果,經(jīng)對(duì)沉降變形數(shù)據(jù)的尖點(diǎn)突變分析,得4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的突變特征值β均大于0,說明四者均處于穩(wěn)定狀態(tài),即在現(xiàn)狀條件下,整體處于穩(wěn)定狀態(tài)?；映两捣€(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)結(jié)果,經(jīng)對(duì)沉降變形數(shù)據(jù)的集對(duì)分析組合預(yù)測(cè),得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)外推預(yù)測(cè)速率相對(duì)較小,且小于現(xiàn)狀速率,得出基坑后續(xù)的沉降穩(wěn)定性趨于增加。

綜合上述,得出基坑沉降穩(wěn)定性目前處于穩(wěn)定狀態(tài),且后期趨于增加,側(cè)面驗(yàn)證了各類支護(hù)手段的合理性,為基坑安全評(píng)價(jià)提供了理論依據(jù)。

3 結(jié) 論

通過尖點(diǎn)突變分析、集對(duì)分析組合預(yù)測(cè)模型對(duì)基坑沉降的穩(wěn)定性評(píng)價(jià),主要得出如下結(jié)論:

(1)在基坑沉降穩(wěn)定性的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果中,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的突變特征值β均大于0,但隨時(shí)間持續(xù),突變特征值β具有減小趨勢(shì),因此,得出現(xiàn)狀條件下,基坑沉降穩(wěn)定性始終處于穩(wěn)定狀態(tài),但隨時(shí)間持續(xù),穩(wěn)定性具有一定的減弱趨勢(shì)。

(2)在基坑沉降穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢(shì)評(píng)價(jià)結(jié)果中,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形速率趨于減小,說明基坑沉降變形趨于穩(wěn)定方向發(fā)展,后續(xù)沉降穩(wěn)定性亦趨于增加。

(3)限于篇幅,僅對(duì)基坑沉降開展了穩(wěn)定性分析,建議后續(xù)可繼續(xù)在此研究基礎(chǔ)上,進(jìn)一步利用文中思路開展其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的穩(wěn)定性分析,以便為基坑安全施工提供更充分的依據(jù)。