李廷高,趙含雨,張 峰
(1.山東黃河東平湖工程局,山東 泰安 271000;2.山東黃河河務局東平湖管理局,山東 泰安271000)
填方渠堤沉降變形擬合及預測分析
李廷高1,趙含雨2,張峰1
(1.山東黃河東平湖工程局,山東 泰安 271000;2.山東黃河河務局東平湖管理局,山東 泰安271000)
【摘要】根據(jù)南水北調(diào)安陽段工程渠堤沉降變形資料,用雙曲線預測公式對其進行分析,得到了預測公式的各個系數(shù)。由于該預測公式的局限性,提出了一種包含堤高的沉降變形預測公式,并對類似工程的沉降變形進行了擬合和預測。
【關鍵詞】南水北調(diào);填方渠堤;沉降變形;擬合
填方渠堤的沉降由瞬時沉降、固結(jié)沉降(也稱主固結(jié)沉降)和次固結(jié)沉降3部分組成,由于實際填筑土體與設計和試驗的差異性,理論計算的沉降往往與實際值有較大的差異。大量的工程實踐表明,要準確地計算填筑渠堤的沉降,特別是預測填筑施工完成后沉降,仍是一個需要解決的關鍵問題。工程實踐中,可利用施工前期觀測得到的沉降資料,找出沉降規(guī)律,利用有限時間內(nèi)的沉降觀測資料預測沉降的發(fā)展趨勢并推測未來沉降規(guī)律和總沉降量。常用的觀測曲線擬合方法有三點法、指數(shù)曲線法、時間對數(shù)法、雙曲線法和修正雙曲線法等。河海大學許永明等提出一種拋物線形的時間對數(shù)法方程來確定最終沉降量的方法,其公式為s=a(lgt)2+blgt+c,式中參數(shù)a、b、c可用優(yōu)化方法求得。
筆者收集了南水北調(diào)安陽段4個渠堤斷面的變形監(jiān)測資料,各斷面基本情況見表1。
表1 安陽段部分填筑渠道施工情況
原始觀測點如圖1、圖2所示,由于全部為填筑至渠頂后沉降,所以各組數(shù)據(jù)可以采用雙曲線模擬。但需要說明的是,監(jiān)測起始時間與填筑至渠頂?shù)臅r間不一致,監(jiān)測起始時間較為滯后。
圖1 A1和A2兩個斷面沉降變形過程線
圖2 B1和B2兩個斷面沉降變形過程線
因監(jiān)測初期的沉降變形值有一定波動,擬合時考慮局部數(shù)據(jù)的這種特性,進行分段模擬。從圖形上看,整體數(shù)據(jù)按沉降速率的快慢設置分界線為t=200d比較合適,200d以內(nèi)沉降速率有所波動,但平均沉降速率較大,200d以后沉降速率明顯變緩。為使擬合曲線更符合實際,前段用高次冪方程曲線擬合,后段采用雙曲線進行模擬。
1.1函數(shù)擬合
1)分段函數(shù)模擬,經(jīng)多次試算,擬采用三次曲線和雙曲線結(jié)合的分段函數(shù),方程為:
2)雙曲線方程為:
式中:t為基準期后的天數(shù),d;s 為沉降量,cm。
A1(A1-1為測點1,A1-2為測點2,下同)和A2斷面數(shù)據(jù)整理結(jié)果及曲線擬合相關參數(shù)見表2。
表2 參數(shù)及擬合度表
A1和A2監(jiān)測數(shù)據(jù)最終擬合的曲線方程為:
B1和B2監(jiān)測數(shù)據(jù)最終擬合的曲線方程為:
1.2整體函數(shù)模擬
采用上述方程雖能模擬填方渠堤沉降變形,但具有一定的局限性,表現(xiàn)在兩方面,一是未能反映渠堤填筑完成時刻至監(jiān)測起始時間內(nèi)發(fā)生的沉降量;二是未能反映與渠堤填筑高度的關系。對填筑材料壓實特性、地下水情況等暫不考慮。
為此,筆者對上述方程進行改進,改進公式為:
式中:參數(shù)a,b,c用優(yōu)化方法求得;s為最終沉降量,cm;t為填筑至渠頂后的監(jiān)測時間,d;h為渠堤填筑高度,m。
根據(jù)估計的數(shù)據(jù)系列,用上述改進拋物線公式進行擬合,擬合后的公式為:
采用上述公式對溫縣段未填筑的缺口渠堤進行沉降計算,其中,根據(jù)已有的工程經(jīng)驗,按該式預測計算時,90d以前的不采用上述公式預測,最終沉降量按720d的沉降量進行估算。計算成果見表3。
表3 溫縣段渠道未填筑缺口渠段沉降量預測
從表3可以看出,對于7m高的填筑渠道,預留5cm的沉降超高比較合適,對于5m高的填筑渠道,預留3.5cm的沉降超高比較合適。
1)渠堤在填筑施工完成后,均將產(chǎn)生一定量的沉降變形。2)對于一般黏性填土,渠頂沉降變形一般在3年內(nèi)基本完成,初期6~10個月約完成總沉降量的80%。3)對已有的安全監(jiān)測資料進行整理分析,預測類似渠堤沉降變形,為預留沉降超高等具有重要意義。
(責任編輯 崔春梅)
【中圖分類號】TV672
【文獻標識碼】B
【文章編號】1009-6159(2015)-03-0034-02
收稿日期:2014-11-12
作者簡介:李廷高(1969—),男,高級工程師