土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究

黄先昌

摘要：当前土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究拟合曲线误差率较大，导致在数据预测的过程中存在着一定的数据操作失误，数据预测准确率较小。文章提出一种新式土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究，对土石混填路基工程概况进行检验，并拟合沉降数据，提升整体沉降变形数据的预测效率，计算沉降变形数据数值，获取数值参数，同时构建模拟模型，达到整体模拟的目的。实验结果表明，在相同的参数条件下，所研究的拟合曲线误差率更小，数据预测的准确度更高。

关键词：土石混填路基;路基沉降变形;数据预测模拟;预测模拟研究

中图分类号：U416.1⁺1文献标识码：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.026

文章编号：1673-4874（2021）01-0093-05

0引言

山区公路中最为常见的路基填充材料为土石混填材料，这些路基填充材料由于自身颗粒结构复杂，在施工过程中将在一定程度上增加施工的难度，若施工处理不当，极有可能导致路基产生沉降现象。为此，不少研究学者针对土石混填材料的基础结构信息进行数据判断，进行了土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究，以有效避免沉降现象的产生。

由于土石混填路基在施工的过程中需要不断增强对填充材料的辅助施工力度，在进行路基施工的同时需时刻监控路基的基础状况以及路面的信息情况。目前的土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究利用数值模拟计算的方式对路基的沉降状况进行预测计算，筛选施工中的土石混填材料，确保材料来源的可靠性。

传统基于有限元计算的土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究利用数值模拟技术，计算路基的沉降变化规律，通过构建路基模型的形式再现路基的基础状况，同时加大对路基的填充材料管理，提升预测模拟的准确性。传统基于灰色理论的土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究对系统路基模型进行修正，在获取较高的操作精度后，对路基沉降值进行短期与中长期的数据预测，控制路基处于整体稳定的状态，由此完成整体预测模拟研究。但传统研究对于路基的路面条件与施工状况的掌握程度较低，无法达到系统对数据进行精准收集的要求，预测的数据精准度较低。为此，针对上述问题，本文提出一种新式土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究，对以上问题进行分析与解决。

本文研究能够在一定程度上提升土石混填路基的材料填充搭配精准度，避免因材料填充错误而导致的沉降预测结果失误现象，有利于后续实验研究的开展，具有良好的发展空间。

1土石混填路基工程概况与沉降数据拟合

1.1土石混填路基工程概况

本文选择的研究对象全长20km，基础时速为120km/h，其起点与路基中心点的距离较短，无法实现绝对沉降监测操作。由于路基后半段为人工自行操作，当施工过程中产生路基材料填充不均匀的现象时，不同的路基状态将产生不同的数据操作步骤。对路基的流变区域控制元件进行改良，并设置元件内部结构如图1所示。

选取路线较为开阔的截面通道，对公路的路基状况进行初始了解[1]。全线路面地势较为平坦开阔。当产生路基转移现象时，需对路基的表面土壤进行固定操作，确保土层处于平稳状态中。随时观察与土层状态不同的路基沉降特征，并设置相应的路基板对路基中的非数据性土层进行管理。采用填充路基软土的方式，将软土倾倒在路基表面上，并将倾倒的软土与路基材料填充中心相结合，及时记录与结合数据相符的信息。在施工的同时，需不断强化对路基沉降的观察，及时调整路基沉降的收录方式，同时划分收录的范围。

当发生数据预测内部失误的状况时，土石混填路基將添加数据路基管理系统，将外来信息阻挡在数据入口中，并调整操作口的位置信息，简化施工的步骤，强化对沉降变形数据预测的管理力度。

1.2沉降数据拟合

在施工初始阶段，对土石混填路的浇灌物进行管理。在进行路基沉降预测与管理的同时，进行曲线拟合的对比操作。及时调节模拟现场的拟合信息，并在数据拟合成功后进行数据预测的处理操作，根据数据沉陷值以及数据预判值进行数据判断[2]。

加大对需进行模拟研究的数据的处理力度，在获取相关文件信息的同时加大对模拟数据的管理。匹配拟合处理方法，当处理方法与预测系统的原则不相符时，将执行数据管理任务。在数据管理的前提下实现对内部数据空间的审核，并对空间内部的元件组件进行整理。设置空间组件结构如图2所示。

构建指数曲线，将指数曲线的曲线走向与数据预测走向进行对比。疏散与指数曲线不相重合的数据，保留重合度较高的数据，由此获取沉降拟合数据，完成整体数据拟合操作。

2土石混填路基沉降变形数值模拟计算

在路基数据预测计算中，运用沉降检测模型对路基沉降数据进行检测，利用数值模拟的方式执行沉降数据检测指令，并根据土石混填路基的基础状况进行道路清理，加强对道路表面的处理力度，防止因地标问题而造成的数据预测失误现象。根据数值模拟计算结果构建路基基础模型，同时对路基的滑坡范围进行设定，控制滑坡范围处在路基倾斜的许可范围内。由于本文研究对于路基的沉降关注力度较大，为此，在施工建设过程中对于路基的滑动性能的监管力度可以适当缩小[3]。假设路基的地面为x轴，路基的垂直方向为y轴，在坐标系中建立路基模型如图3所示。

根据数值模拟计算方式中的有限元模型计算形式对路基的基础长度与宽度进行测量，并按照测量的结果对路基的基础数据进行排序，对路基的理想填充材料进行预判，将符合条件的所有填充材料进行模拟推算处理，根据推算的路基状况进行沉降规律预测处理，不考虑路基在沉降过程中遭受的外界压力因素信息。将路基的地形进行定位处理，调节路基的地表温度，控制温度处于沉降发生范围内。在自助动力的作用下，路基内部将产生一定的形变。

在产生形变后，对路基模型进行网格化分处理，构建二维实体网格，利用路基节点组合单位形状，设置路基模型的控制高度为0～40m，并划分不同的实体单位，将路基模型数据按照实体单位的数据情况进行匹配。划分路基建筑高度，按照填筑高度设置不同的路基地标信息收集空间，标记路基特殊点的位置，同时将特殊点的位置与沉降点的位置进行对比。经过对比审核后的位置点将被集中收录至路基状态审核中心中等待后续实验操作处理，控制路基的状况，并对其操作流程进行检验。构建沉降检验流程如图4所示。

结合路基浇灌状况分析该路基沉降的可能性数值，根据概率调查路基的基础状况，并分析不同地形对路基沉降的影响。加载填筑高度，将填筑高度控制在20～30m，避免因填筑高度过高而导致的沉降检验误差率增大[4]。

在不同的高度与土石压实度之间确定土石混填的比值，并在填充足够的路基材料后将土石比值记录下来，存储至数据预测指挥系统中，等待后续材料填充操作。模拟加载点以及路基填充材料点，将土石材料的性能进行对比，并设置不同的对比区域，将部分区域的温度控制在1℃～30℃，其余区域的温度控制在0℃～10℃。根据获取的信息数值判断该区域是否为沉降监测点，由此能够准确地获取沉降监测区域的位置，精准判断沉降数据预测信息[5]。

将沉降的高度提升至30m以上，并及时管理沉降高度信息，针对土石混填的材质信息对填充的材料进行检验，时刻监控材料对路基沉降的影响程度，完成数值模拟计算。

3土石混填路基沉降变形数据预测模拟模型构建

3.1路基模型样本

以区域高速公路为研究模型，公路沿途地区土地多为红土，因此这一带高速公路填充材料多为红土与砂石混合填充物。根据现场勘测情况，本文以土石混合填充路段的路堤横截面作为研究对象。路堤樣本高度为25m，填充材料为红土与碎岩石混合物，将路堤横截面依据沉降程度分为三层，地面到海拔12m范围为第一层;海拔12～24m部分为第二层;最顶端向下1m范围为第三层。将观测仪器放置在每个层面交界处的路堤两侧，对不同时间段路堤各方位沉降状况进行测量[6]。

3.2测量数据分析

在路堤每一层沉降层面之间放置沉降板，在施工期间进行沉降程度测量。测量过程中路堤累计沉降为15cm，大约占路堤整体高度的0.6%。施工完毕后再次对其进行长期测量，得到的数据呈现以下特征：第三层和第二层横剖面沉降值分别对应总沉降值减去每一层对应的沉降值之差。通过计算能够得到路堤对应标高测量点的沉降值，也就是整个路堤本身的沉降值，不包括地基部分的沉降值。

本文对数据预测进行测量估计，每月进行一次测量数据记录，持续12个月，将得到路堤长期沉降值为10.2cm，大约占路堤整体建筑高度的0.39%。路堤的沉降值随着施工时间的增长逐渐降低，前期下降的速度较快，后期下降趋势逐渐缓慢，最终累计总沉降值为25.2cm[7]。据观测，路堤的沉降状况受填充材料密度与受压程度影响，呈现不均匀分布的情况，一般中间沉降程度大，两侧沉降程度较小，路堤沉降横剖面呈凹状形态。

3.3数据计算与分析模型

根据模型样本公路的实际尺寸，在计算机设计程序中建立三维公路模型，将测量所得数据依次输入，对红土岩石混合物填充的路堤筑体的沉降变形过程进行具体的数据计算。计算模型引进了Buergers流变模型，并对其进行了改进。根据力学原理，引入类比方程公式，将一维的流变模型拓展至三维状态的流变模型。代入路堤不同填充材料数据，可得到三维状态下土石混合填充物的相关数据变化，并测试路基剖面，设置剖面沉降测试如图5所示。

为了具体对比路堤筑体实际测量值和路堤筑体后续沉降值变化差异，计算模型对路堤筑体横剖面各方位沉降值进行了曲线绘制，得到数据分布图呈凹状曲线，证实了实验结果中所说的路面沉降不均匀分布状况，中间沉降幅度大，两边沉降程度小[6]。这一结果与实验测量结果相一致，表明了本文利用Buergers流变计算模型进行分析后的数据预测精准度更高。

4实验与研究

本文在结束以上模拟研究后，对模拟的结果进行实验检验，并对比实验结果。

4.1土石混填路基沉降变形数据模拟模型构建

本文实验研究的模型在数值模拟计算的基础上进行，同时对实验的目标路基进行初始检验，确保路基的地表处于平整状态。对施工工艺进行检验，并设置相关的沉降观测装置。

实验现场采用分层沉降的观测手段对数据进行实地勘测，在路基的横截面上设置中心标记点，同时设置路肩与路面隔离带，在隔离带中分散安装不同的监测点，同时对监测点的情况进行数据分析与清理。设置沉降观测桩，将观测桩的信息录入基础数据库中，并及时调节观测数据库内部的信息存储位置。设置坚固的钢板与沉降板，当发生路基沉降时，及时对路基的地表状况进行整合与结构分析，避免因路基的地表状况变化造成数据间的操作混乱。

安装观测钢管，在钢管两端安装监控器，当发生路基沉降时，监控器的监控系统将自动开启，并进行实时监控。在掌握相关的监控数据后，对监控的内部信息进行调整，加强对公路的路基数据转化力度。对测量点的高程进行判断与处理，设置高程为H，即钢管的整体高程减去钢管的自身高度。对路基上的混填材料进行基础填充施工操作，根据沉降检验的基本原理判断测量点的埋藏位置，并设置相应的埋藏范围。控制测量点的埋藏位置处于埋藏范围之内，同时设置路基断面结构图对路基的断面状况进行处理，如图6所示。

现场对路基进行水泥混凝土浇灌操作，将填充材料全部输送至路基地表中，同时对地表的状态进行观察。当发生异常地表状态时，警报器系统将自动发出数据警报，提醒施工队在施工过程中需注意对周围区域的管理与操控。为了更加方便地进行数据连接操作，执行数据控制指令，在钢管中截取相同间隔的小段，并利用接头将分离的钢管连接。沉降钢管随着路基内部土层的沉降而变化，当路基地表处于平整状态时，可更加高效地进行路基沉降测量实验。

在实现对观测装置的设计后，进行模型的整体构建操作。选取整体水平方向宽度为130m，垂直方向高度为24m的路基模型，并保留路基两端的通道空间。由于模型两侧收到x方向的拉力，在进行地表检测时，应对模型约束力进行清理，缓解模型构建压力。模型内部的操作岩石选用粉砂质地的砂岩，路基的填充土层选择弹性较大的可塑性土层。将岩石材料与涂层材料一同放置于模拟模型中，等待模拟模型的自我消化与数据处理。由此完成实验研究的操作工具与步骤设置。

4.2模型数据对比分析

将实验获取的数据结果全部收录至数据存储空间中，等待后续数据空间的处理，并分配与预测模型数据相符的操作模型。加大对取得数据的信息管理力度，并调整力度参数，执行数据对比质量，构建对比结果（如图7～9所示）。

根据图7～9可知，本文土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究的拟合曲线误差率小于其他两种传统模拟研究。由于本文模拟研究在研究的过程中不断增强对土石混填路基的状况处理，在获取精准的工程概况信息后，将其余沉降数据进行拟合处理，并随时调配处理的数据信息。在取得拟合数据后执行规律运算指令，避免因操作步骤繁杂而造成的模型构建失误。由此提升整体预测的有效性，取得较小的拟合曲线误差率，完善整体模拟研究操作。

在经过以上对比后，根据获取的实验信息數据，进行二次实验研究，并构建实验研究表如表1～3所示。

在上述表格中，本文土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究的预测准确率高于其他两种传统模拟研究。造成此种差异的主要原因在于本文模拟研究对路基的数据勘测模式进行调整，将勘测的信息流数据收录至路基数据管理中心中，当发生内部数据混乱状况时，路基数据存储系统将开启数据自保模式，防止数据间的操作混乱现象的出现。在路基内部发生沉降时，检测装置将及时拍摄沉降现象，并根据沉降现象对下一次沉降发生的时间进行预判与推断。由此，实现对土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究，增强其内部数据转化能力，达到提升数据整体预测准确率的目的。

综上所述，本文土石混填路基沉降变形数据预测模拟研究具有良好的研究操作性，在收集可靠数据的基础上进行指令执行操作，时刻管理路基的基础状态，具有较强的数据预测精准度以及较小的拟合误差率，能够更好地为路基沉降数据预测提供有力的数据支撑。

5结语

在完成上述操作后，对所进行的模拟研究进行总结如下：

（1）根据测量的数值结果可知，土石混填路基的沉降状况与土石间的比值大小有关，当土石间的比值越小，路基的沉降程度就越大。为了更加直观地反映数据预测现象，可采用压路机预压的方式平整路面状况，由此获取精准的数据结果。

（2）在实际的工程建设过程中除了注意路基高度以及土石间的比值外，需对施工周期以及路基填充过程中的自然因素进行检验，排除干扰因素，从而保证模拟研究的安全进行。

（3）利用改进后的数值预测模型可有效缓解路基数据预测的压力，提高预测结果的有效性，并在计算沉降曲线后执行数据预测指令，能够更好地实现对数据的精准预测研究。

参考文献

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