BP神经网络模型预测高速铁路路基沉降的适用性分析

以武广高速铁路乐昌段19个路基断面的沉降数据为研究对象,利用Matlab软件建立BP神经网络预测模型,计算原始模型和改进模型的预测误差,对两种模型的适用性进行评价,结果显示：单纯的BP模型容易陷入局部最小,不适用于高速铁路路基沉降的预测,采用双隐含层的GA-BP网络模型可以明显减小误差,提高预测的稳定性。     

考虑实测数据新旧程度的工后沉降单项模型预测方法

工后沉降预测是建筑物地基或路基安全性与加固维护方案决策的重要依据。因此,为了获得更加合理而简单实用的单项模型工后沉降预测方法,本文针对实测沉降数据新旧程度对地基沉降预测效果的影响,引入新鲜度函数,对单项预测模型沉降计算值与实测值之间的误差描述方法进行改进,从而建立出单项预测模型拟合分析的新型目标误差函数,并在此基础上,提出了基于实测沉降曲线的拟合分析确定地基单项沉降预测模型参数的新方法,进而提出了反映实测沉降数据新旧程度影响的单项模型工后地基沉降预测新方法。它既不失传统单项模型沉降预测方法简单实用的特点,还能明显改善地基沉降预测的效果。     

背景值优化的多变量灰色模型在路基沉降预测中的应用

路基沉降是一个复杂的系统过程,常用的单点预测模型不能考虑各沉降监测点间的相关性,不足以反映路基整体的变形规律。多变量灰色模型MGM(1, n)是单点GM(1, 1)模型在多元变量条件下的拓展,可以实现对路基中相互影响的多个监测点变形预测模型的建模和预测。针对传统多变量灰色模型背景值取值存在的误差,利用非齐次指数函数拟合模型中各变量的一次累加生成序列重构了背景值计算公式,提出了背景值优化的多变量灰色模型。对路基横断面上3个监测点进行了灰色关联分析,建立了相应的背景值优化的MGM(1,3)模型,采用新陈代谢方法预测路基沉降值。实例计算表明,与传统MGM (1, n)模型以及GM(1, 1)模型相比,背景值优化的多变量灰色模型具有更高的预测精度,显示了该方法进行路基沉降预测的有效性。     

软土路基沉降变权重组合S型曲线预测方法研究

通过对软土路基沉降发展规律及其沉降曲线特点进行深入研究,在S型单项预测模型基础上,基于5种S型增长曲线模型,引进组合预测的思想,重点探讨了软土路基沉降发展的预测方法与理论,并建立了软土路基沉降预测的变权重组合S型增长模型,通过数学规划方法求解,从而可根据有限的实测沉降观测数据预测软土路基沉降发展过程。工程实例分析表明,利用该模型与方法得到的预测曲线与实测曲线吻合良好,能够满足工程要求,此外,变权重组合预测模型比其它单项模型具有明显的优越性,为软土路基沉降发展预测提供了一种有效而实用的方法。     

沉降预测的非等步长灰色时变参数模型

根据灰色系统理论的信息处理原则,在灰色模型中引入时变参数,建立了沉降预测的非等步长灰色时变参数模型。模型充分考虑了预测系统的时变性和灰色性,在求解过程中,引入遗忘因子以修正预测结果,并根据后验方差比C确定遗忘因子λ的最优值,以提高预测精度。沉降预测实例表明：沉降预测的非等步长灰色时变参数模型具有较强的适用性,可降低沉降量的预测误差和提高沉降的预测精度。     

路基沉降预测的Usher模型应用研究

基于线性或近似线性加载情况下路基沉降过程和Usher曲线,将广泛用于经济和资源预测的Usher模型应用于路基沉降预测。对Usher模型微分方程式的分析表明,目前用于沉降预测的Logistic模型和Gompertz模型是Usher模型的两种简化形式,但Usher模型对于实际情况具有更强的适应性。阐述了Usher模型参数的计算方法,并结合某工程实例进行了计算分析,对比结果说明Usher模型用于沉降预测的效果较好,且比Logistic模型和Gompertz模型具有更高的预测精度,可供工程应用参考。     

准等时距QGM(1,1)模型分段预测法及其在草炭土路基沉降预测中的应用

利用传统非等时距模型预测草炭土路基沉降时,存在计算繁琐、中短期预报精度低等缺点,尤其是当沉降曲线存在斜率突变点时,采用该模型很难达到预测精度的要求。针对以上不足,对非等时距时间序列进行平均步长换算,得到准等时距序列,利用线性插值法对原始沉降数据进行修正,得到改进后的准等时距QGM(1,1)预测模型,并将沉降曲线在斜率突变点处分成两部分进行分段预测。实例计算表明:采用改进后的准等时距QGM(1,1)模型预测草炭土路基沉降,两段的预测值平均误差分别为2.99%和0.25%,均远远小于传统非等时距模型,且具有很高的中短期预测精度,可以为工程沉降控制提供可靠参考。     

泊松模型预测路基沉降

路基沉降变形有其自身的规律性。本文根据路基沉降特征,结合泊松曲线特点,建立了路基沉降量随时间而变化的泊松曲线预测模型。结合具体工程实例,证实泊松曲线很好地反映了路基沉降过程中沉降量与时间的“S”形关系。最后指出,采用泊松模型进行路基沉降预测,建模所需实测数据不能太少,实测点数据越多,预测曲线越逼近实测曲线,预测精度也越高,从而得出有一定参考价值的结论。     

软土路基沉降实时建模动态预测

在路基填筑施工过程中,用多项式与时间序列AR组合模型预测其沉降变形发展。根据沉降观测值,采用统计分析方法识别和建立多项式预测模型,预测在某时期沉降趋势值;用平稳时间序列分析方法建立随机部分模型,并预测沉降随机部分值,二者之和即为某时期沉降预测值。随着新观测数据的不断加入,及时修改预测模型参数值,达到实时预测之目的。工程实例研究表明：组合模型预测值明显优于单一趋势模型预测值。组合模型一步预测误差绝对值大多数情况下小于5 mm。预测步数越多,预测误差则越大。     

基于GM（1，1）的组合灰色模型预测软基沉降

以灰色系统理论为基础,建立了沉降预测的组合灰色模型,对一般灰色模型具有的无限增长特性进行了改进和修正。在求解过程中,采用spline插值函数对现场观测沉降数据进行插值变换生成等时距序列,并对沉降预测模型的初值进行了优化选择,以提高预测精度。运用MATLAB语言编制模型计算程序,通过沉降预测实例及后验差法检验模型精度,表明沉降预测的组合灰色模型预测精度较高,具有较强的适用性。     

改进灰色模型对路基沉降预测的应用研究

讨论了灰色系统理论在路基沉降预测中的应用,并对等间隔的灰色模型GM（1,1）进行了改进,建立了任意间隔的非时序改进灰色模型。通过具体工程实践,给出了两种模型对路基沉降量预测结果与实测结果的比较,结果表明改进灰色模型的预测沉降量与实际沉降量更接近,精度更高,更能满足工程需要。     

动量BP算法在路基沉降预测中的应用

提出一种采用动量BP算法来预测路基沉降的方法,结合具体的工程实例,构建了预测路基沉降的具体BP神经网络模型。预测结果表明,该模型有较高的预测精度,可作为预测路基沉降的一种新方法。     

铁路客运专线路基沉降预测的新方法

路基的工后沉降控制是高速铁路建设的重要问题之一,利用铁路客运专线路基现场观测数据,找出相应的路基沉降规律有利于指导设计与施工。在分析武广铁路客运专线路基大量数据的基础上,将三点法的基本思想引入到双曲线模型,建立了基于双曲线模型的三点法。其具体做法是：在实测沉降曲线上选取3个适当的点作为预测样本,代入双曲线模型进行预测。为了检验新方法,运用常用的双曲线方法、三点法、Asaoka法、星野法、泊松曲线法进行对比分析,并且提出了新方法的取点控制条件。研究表明：基于双曲线模型的三点法的预测误差小、相关系数高、与实测数据吻合较好,具有一定的实用价值,为铁路客运专线无砟轨道铺设的沉降预测问题提供了参考。     

太湖软土地基沉降特性分析

根据太湖地区某高速公路路基沉降实测资料,通过现场原位取样结合室内试验,分析了太湖冲湖积相软土的压缩特性,总结出软土路基的沉降变化规律,研究了工程地质条件和填土高度对路基沉降的影响,并采用归一化指标得到不同地基处理方式下的沉降估算公式,同时对两种常用全过程路基沉降预测方法进行了比较。结果表明,太湖冲湖积相软土具有较强的结构性;相似地质条件下的路基沉降差异较大,土体结构性是影响路基沉降的重要因素之一;归一化指标分析可得到不同路基处理方式下的简单沉降估算式;常用的全过程沉降量预测方法对于最终沉降量的预测均存在一定的偏差,可综合分析预测结果得到较为准确的预测值。     

黄土路基沉降量预测方法的研究

归纳对比了评估指南所提出的几种常用沉降预测模型的优缺点,提出检验任一拟合方法是否是通过实测沉降数据预测最终沉降量的最优方法,除检验其拟合精度外,还必须检验其预测精度,并基于所提出的拟合指标及预测指标,分析郑西客运专线实测数据后提出了适用于黄土路基沉降预测的预测方法。并根据组合预测的思想,通过加权系数调整各单一预测模型的比例,基于最小二乘法进行求解,建立了组合预测模型。探讨了其拟合及预测精度,指出使用组合预测模型可综合利用各种方法所提供的信息,有效地减少单个预测模型受随机因素的影响,较大地提高预测精度,其拟合精度比任何单一预测模型高得多。但用其预测之前,必须将参与组合的模型进行筛选,预测精度与所选取的筛选准则是否合理息息相关,如何选择一个比较合理的筛选准则使得在保证被筛选用于最优组合模型的预测模型其权系数均大于0的前提下,误差平方和最小,仍需进一步研究。     

考虑固结历史的结构性软土路基沉降数值模拟

沿海地区广泛分布结构性海相软土,给公路运营带来很多安全隐患。通过研究某高速公路江苏段,提出了基于Shanghai软土本构模型,利用现有路基下软土的固结试验结果反推施工前原状土本构参数取值的方法。通过水-土耦合有限元程序模拟路基长期沉降,分析了土层结构性、渗透性、软土层厚度对路基沉降发展的影响。结果表明,土层初始结构性越强,加载阶段孔隙累积值越大,施工沉降越大;工后土体结构性变化越大,土层压缩越明显。土体渗透性影响路基沉降,渗透性越小,累积孔压越大,沉降时间越长,总沉降量与工后沉降占比越大。软土层厚度影响路基沉降发展,土层越厚,路基最终沉降越大,沉降稳定时间越长。     

基于尖点突变理论的软岩弃渣路堤局部稳定性分析

为充分利用现场材料资源,达到节约成本的目的,文章基于筛分试验、击实试验、承载比试验（CBR试验）,分析了软岩弃渣的工程特性;其次,以路基沉降监测为基础,采用尖点突变理论分析路基填筑后的稳定性;再利用粒子群优化极限学习机模型（PSO-ELM）对路基变形进行预测,以评价路基稳定性的发展趋势。研究结果表明:成武高速的软岩弃渣具有较好的级配,且最优含水率条件下的CBR值符合路堤设计要求,说明软岩弃渣作为路基填料的可行性;在现场监测结果中,Ⅰ号监测断面的最大沉降量为71.3 mm,Ⅱ号监测断面的最大沉降量为61.4 mm;在尖点突变理论的整体稳定性分析中,两监测点的突变特征值均大于零,路基处于稳定状态;同时,在分阶段的稳定性分析中,不同阶段的突变特征值也大于零,并随沉降时间的增加,突变特征值具减小趋势,得出路基在不同沉降阶段也处于稳定状态;通过变形预测,得出两监测点均具有较高的预测精度,验证了PSO-ELM模型在路基变形预测中的适用性,并得出路基稳定性的发展趋势趋于稳定,验证了软岩弃渣在路基填筑中具有适用性。     

旋喷群桩复合地基承载特性的数值分析

旋喷桩加固软土地基在各种地基处理工程中得到了广泛应用。对旋喷桩的研究多数集中在其施工工艺的改进上,或者针对单桩的承载特性进行研究,而对旋喷群桩的承载特性则研究不多。根据工程实际情况,采用基于MIDAS-GTS的三维有限元分析技术,通过改变旋喷群桩的布置方式、桩弹性模量、桩长、桩径、桩距等设计参数及桩-土接触面等参数对旋喷群桩复合地基承载特性的影响进行了研究。研究表明：旋喷桩加固软土地基主要减小了地表至桩底深度范围内土体的竖向沉降,对桩底下方的土体沉降基本无影响;提高旋喷桩桩径及材料强度会提高复合地基承载能力;不同旋喷桩布置方式、桩-土之间是否设置Goodman接触面单元对地基承载能力基本无影响。     

软土地基桩板结构路基离心模型试验研究

为研究和分析软土地区桩板结构路基的沉降特性,采用离心模型试验方法对不同预压时间（6/12个月）下的桩板结构路基进行了模拟试验。试验结果表明,桩板结构路基沉降主要发生在施工期,预压时间超过16个月后,沉降比例超过80%;预压土卸载期间路基回弹与否与土层性质和预压时间有关;超载预压可以显著降低工后沉降,预压12个月后路基工后沉降相比预压6个月沉降减小了71%;在桩板结构路基施工过程中,桩基存在负摩阻力,中性点位置的变化是一个动态的过程,其与桩长的比例在0.47~0.70之间。     

基于黄土变形时效试验的高填方工后沉降研究

以填土厚约80 m的吕梁机场黄土高填方试验段为研究对象,开展不同性状黄土的室内变形时效性试验,并建立了反映其变形时效性的修正Burgers模型（M-B模型）,将其引入到有限差分法软件FLAC3D中,开展了填土在不同压实度、含水率控制标准和不同地基处理方案下高填方的工后沉降规律敏感性分析。基于原位监测结果进行数值反演和预测分析,进一步探究室内试验得到的变形时效性参数与高填方概化层参数之间的差异。结果表明：深厚黄土地基上的高填方工程,其原地基的处理是控制工后总沉降的首要因素,在设计填料的压实度时,其含水率的控制也是影响工后沉降的重要因素;经反演分析得到,概化层变形参数比室内大1～4倍,预测得到深厚黄土地基上的高填方沉降稳定的时间需3～4 a,建议竣工后1.5～2.0 a开展基础设施建设。