变权重组模型在路基工后沉降预测方面研究_孙鹏轩.pdf

收稿日期：；修回日期：作者简介：孙鹏轩（），男，安徽怀远人，实验师，从事土木工程试验检测教学与研究工作。第 卷第期安徽水利水电职业技术学院学报 年月 变权重组模型在路基工后沉降预测方面研究孙鹏轩，孙开旗（安徽交通职业技术学院，安徽 合肥 ）摘要：利用 模型和双曲线法变权分配组合建立了变权重组模型，并应用于普通压实路基及回填路基的工后沉降预测，结果显示大大提高了预测精度，而且在普通压实路基工后沉降预测具有更好效果。关键词：路基工后沉降预测；模型；双曲线法；变权重组模型 ：中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；道路路基的稳定对于道路的安全具有至关重要的作用，因为道路路基会由于填筑压实不合格或车辆重载的作用下发生沉降，从而导致道路破坏，既影响了道路的质量又会影响行车安全，因此道路路基沉降研究具有重要的工程意义。如果可以利用预测模型将路基前期观测的沉降数据通过数学计算来预测后期沉降发展，大大节省了路基沉降观测所需要的时间、人力、物力，并且在发现预测的路基沉降趋势出现异常的情况下施工人员还可以提前采取措施减少路基沉降，从而起到保护道路及行车安全的作用。目前一些预测方法如灰色理论模型、双曲线模型、时间序列模型、神经网络模型等模型，在沉降预测方面被广泛应用，然而各个模型在进行计算预测时会受到自身特点和测量数据的影响，其预测结果的精度也不同。然而双曲线模型是在模型曲线与实测沉降形状相似的基础上提出的，没有足够理论依据。模型由于计算过程初始值的选取易受陈旧信息和波动性数据的影响，导致预测精度相对较低。而变权重组方法可以利用各个模型预测值与现场实测值的误差大小来调整权重的分配，从而达到缩小模型预测误差的目的。所以本文将 模型与双曲线模型利用变权组合方法得到变权重组模型，并应用于工程实际。变权重组模型的计算过程本文主要以 模型和双曲线模型为基础通过变权组合得到变权重组模型，模型和双曲线模型首先分别建模计算得到相应的模拟预测值，模型建模过程参考文献 ，双曲线模型建模过程参考文献 。模型和双曲线模型建模计算依据的是现场实地观测到的沉降观测值，假设采用的沉降观测值是由 个时间节点采集到的，假设（）为 模型在第期的模型预测值，假设（）为双曲线模型在第期的模型预测值，假设（）为现场实际观测值。假设 模型在第期的加权值为（），双曲线模型在第期的加权值为（），加权值则满足：（）（）（）本文利用预测误差平方和倒数法来确定模型计算权重，此方法是利用误差较大的模型权重较小，误差较小的模型权重较大这个思想来确定权重，其计算过程如下：模型预测误差（）（）（）（）双曲线模型预测误差（）（）（）（）所以 模型权重为（）（）（）（）（）双曲线模型权重为（）（）（）（）（）最后经两种模型变权组合得到的变权重组模型为：（）（）（）（）（）（）工程实例及预测结果分析 工程概况及观测方案为了对变权重组预测模型方法的实用性进行分析，本文选取安徽某公路的路基工后沉降监测数据作为研究对象。公路全长 ，双向四车道。所处地区为平原地区，沿线分布较多池塘淤泥地区，故公路路基为普通压实路基或池塘回填路基软基，易发生沉降。故本文只考虑普通压实路基和回填路基种工况。选取此公路 ，为试验工点，试验工点简介如表所列。表试验工点简介试验工点桩号路基类型土壤类型取样深度最佳含水率最大干密度（）普通压实路基黏土 回填路基粉质粘土 路基沉降数据采集间距是 ，主要采取 和 处工点在 内采集到的 组观测数据，利用 软件进行建模计算，分别计算 模型、双曲线模型及变权重组模型这种模型的建模预测结果，由于建模计算需要一部分数据进行建模，所以用前期 采集到的 个数据用于建模，后期 采集到的个数据用于预测，来验证不同预测方法的预测精度。同时，比较分安徽水利水电职业技术学院学报第 卷析不同预测方法在预测不同类型路基工后沉降时的准确性。模型在不同类型路基的沉降预测利用 模型、双曲线模型及变权重组模型对 工点的普通压实路基及 工点的回填路基进行建模计算结果与现场实际观测的沉降值进行比较，工点普通压实路基工后沉降模型模拟结果如表所列，工点的回填路基工后沉降模型模拟结果如表所列。根据表和表所绘制的个工点实测值与模型拟合值对比图如图所示，个工点实测值与模型预测值对比图如图所示。表普通压实路基工后沉降模型模拟结果普通压实路基工后沉降模型模拟观测时间观测数据传统 模型预测值变权系数双曲线法预测值变权系数变权重组模型预测值 表回填路基工后沉降模型模拟结果普通压实路基工后沉降模型模拟观测时间观测数据传统 模型预测值变权系数双曲线法预测值变权系数变权重组模型预测值 第期孙鹏轩，等：变权重组模型在路基工后沉降预测方面研究图实测值与模型拟合值对比图图实测值与模型预测值对比图通过图中（）和（）两图可以看出，无论是 工点的普通压实路基还是 工点的回填路基，模型、双曲线模型及变权重组模型这种模型的拟合曲线与实测值曲线走向一致，符合随着时间增长路基沉降速率逐渐变缓的沉降规律，说明种模型都可以应用于压实路基和回填路基的工后沉降预测。通过图中（）和（）两图可以看出，无论是 工点的普通压实路基还是 工点的回填路基，变权重组模型的预测曲线都和实测曲线几乎重合，而 模型和双曲线模型的曲线离实测曲线相对较远。说明相对于 模型和双曲线模型，二者变权组合得到的变权重组模型在压实路基和回填路基的工后沉降预测中具有较好预测效果，预测结果接近实际。预测误差分析本文通过计算不同模型预测结果的相对误差来进一步比较种模型的预测精度，普通压实路基工后沉降预测结果与现场观测沉降数据计算的相对误差如下表所列，回填路基沉降预测结果与现场观测沉降数据计算的相对误差如表所列：安徽水利水电职业技术学院学报第 卷表普通压实路基工后沉降预测结果相对误差分析表普通压实路基工后沉降预测结果相对误差观测时间观测数据 模型预测数据相对误差双曲线法预测数据相对误差变权重组模型预测数据相对误差 平均相对误差 表回填路基工后沉降预测结果相对误差分析表普通压实路基工后沉降预测结果相对误差观测时间观测数据 模型预测数据相对误差双曲线法预测数据相对误差变权重组模型预测数据相对误差 平均相对误差 通过表可以看出，普通压实路基工后沉降时种预测模型的平均相对误差从高到低排序为：模型双曲线法变权重组模型，变权重组模型的平均相对误差是种预测模型中预测误差最小的，仅为 。通过表可以看出，回填路基沉降预测时种预测模型的平均相对误差从高到低排序为：模型双曲线法变权重组模型，变权重组模型的平均相对误差是种预测模型中预测误差最小的，仅为 。通过种类型预测结果误差分析可以看出，种模型在普通压实路基预测结果误差均小于在回填路基预测结果误差，说明种预测模型在普通压实路基的沉降预测优于回填路基。而且在两种类型的路基沉降预测中，模型和双曲线方法通过变权组合得到的变权重组模型预测结果都最优，平均相对误差均小于，其次是双曲线方法，然后是 模型预测方法。结论本文新建立了一种变权重组模型，此模型是通过 模型和双曲线方法变权组合而得到的，并将种模型应用于公路普通压实路基及回填路基工后沉降预测，结果表明：（）变权重组模型可以准确预测不同类型路基的工后沉降发展趋势，而且在普通压实路基的沉降预测精度优于回填路基。应用此组合模型可以应用路基前期观测的沉降数据通过数学计算来预测后期沉降发展，大大节省了路基沉降观测所需要的时间、人力、物力，并且在发现预测的路基沉降趋势出现异常的情况下施工人员还可以提前采取措施减少路基沉降，从而起到保护道路及行车安全的作用。（）实例结果表明，在普通压实路基工后沉降预测中变权重组模型预测平均相对误差将 模型的 和双曲线法的 降为了 ，在回填路基工后沉降预测中变权重组模型预测平均相对误差将 模型的 和双曲线法的 降为了 。说明无论是在普通压实路基还是回填路基沉降预测中，模型和双曲线方法变权分配组合得到的变权重组模型预测精度都最高，其次是双曲线方法，然后是 模型预测方法。（下转第 页）第期孙鹏轩，等：变权重组模型在路基工后沉降预测方面研究 培养路径的创新课程标准、教学内容融入技能竞赛要求，教学过程注重技能训练，课程考核推行以赛代考。根据学生认知规律，通过四方协同条件下的理论与实践学习场景轮换，以学生、学徒、准员工身份，实现认岗、跟岗、顶岗、轮岗四个阶段的岗位能力训练。评价体系的创新从内部评价与外部评价相结合的人才评价体系，升级为“校校行企四方协同”评价体系，人才培养质量评价更具全面性。基于四方协同评价，按照“改进结果评价、强化过程评价、探索增值评价、健全综合评价”的评价思路，完善“全过程全要素评价”方式，开展学生各年级学习情况全过程纵向评价、德智体美劳全要素横向评价。制定 学生学习成果学分认证转化办法，竞赛成绩、研究论文、调查报告、职业技能等级证书、技术改进与发明专利等成果均可依规转化为相应学分，促进学生全面而有个性地发展。结束语“四方协同、专本互鉴、项目载体、工学交替”技术技能人才培养模式，率先在学校水利专业群开展复制，并辐射校内其他专业群建设，有效支撑地方经济发展，推动学校改革发展。先后面向全国 多所职业院校，介绍推广办学经验，示范引领职业教育改革，推动职业教育高质量发展。参考文献俞林，颜炳乾，周桂瑾职业本科教育如何实现“稳中求进”：现实需求、发展定位与行动路径职业技术教育，（）：匡瑛，李琪此本科非彼本科：职业本科本质论及其发展策略教育发展研究，（）：陈群新时期我国本科层次职业教育试点研究教育与职业，（）：徐国庆 确立职业教育的类型属性是现代职业教育体系建设的根本需要 华东师范大学学报（教育科学版），（）：（责任编辑胡进）（上接第 页）参考文献吴联威高填方路基沉降量控制方法及质量控制措施智能城市，（）：孙鹏轩基于改进灰色模型的公路路基沉降预测方法研究安徽水利水电职业技术学院学报，（）：张满想，赵健，郭昕，等灰色模型在路基沉降预测中的研究及应用中外公路，（）：杨三强，段士超，刘娜，等黄土质高填方路基沉降变形与预测河北大学学报（自然科学版），（）：卢飞强，师旭超基于时间序列分析法的软土路基沉降预测研究路基工程，（）：周黎基于神经网络算法的路基施工沉降预测长江工程职业技术学院学报，（）：，郭亚宇，庞旭卿 变权重组合模型在路基沉降预测中的应用 河南科学，（）：罗强，程明，王腾飞，等 中等压缩性土地基工后沉降预测三参数幂函数模型 北京交通大学学报，（）：王伟，宰金珉，卢廷浩 软土工后沉降双曲线模型与指数曲线模型分析 江苏大学学报（自然科学版），（）：邓洪高，姚鹏远，孙希延，等 灰色马尔科夫 动态模型在滑坡形变预测中的应用 科学技术与工程，（）：赵诗涛公路软土地基沉降量变权重组合预测的研究哈尔滨：东北林业大学，严亚波基于初值与背景值组合优化的灰色 模型构建及应用研究无锡：江南大学，马捷，谭国强，韩文喜不同沉降预测方法在机场地基中的应用分析民航学报，（）：施旭光，章程，王旭东，等 建筑基础沉降预测方法 中国科技信息，（）：（责任编辑胡进）第期张延，等：专本互鉴的本科层次技术技能人才培养的实践与思考