文摘

本文提出一种postconstruction桩复合地基沉降预测方法基于多级模糊综合评价的原则。在这种方法中,postconstruction沉降的变化范围可以从一个简单的计算基于实际工程的基本数据。首先,根据影响因素的特点在软土路基的施工,评价指标集和二级因素指标集。评价指标的分级标准和因素指数据的许用值测定标准和数值模拟的结果。其次,每个因素指数标准,正态分布函数形式的指数被用来构建标准的第一和第二因素隶属函数索引。最后,综合评价矩阵postconstruction解决复合路基构造了基于熵权的方法。postconstruction沉降的变化范围是预测的最大成员的原则。实例分析表明,预测方法的预测结果与现场测量方法有很好的一致性,表明该方法可以实现postconstruction复合路基沉降预测,结果更准确、更有教育意义。

1。介绍

postconstruction解决复合路基的高速公路一直被学术界和工业界都担心,特别是在一些特殊的部分,如桥头过渡段和部分包含结构(1,2]。提出了更高的要求对postconstruction解决路基在这些部分。所以人们常采用桩复合地基的地基处理方法。与其他地基处理方法相比,桩复合地基有一定优势提高路基的稳定性和减少沉降。然而,仍然有一些大型postconstruction定居点的治疗部分桩复合地基,如汽车跳桥。许多学者和工程师进行了很多有用的工作通过理论分析预测postconstruction定居点(3,数值模拟4),和现场观测数据拟合5,6]。先前的相关讨论postconstruction沉降预测和列在下表中1。

本文基于大量postconstruction解决现场测试数据,一个新的预测方法postconstruction解决复合路基提出了利用多级模糊综合评价方法。这种方法计算postconstruction沉降的变化区间通过一个简单的计算只考虑来自实际项目的基本数据。计算结果是有益的优化设计和提高施工质量。该方法的建立过程中,很难准确计算重量和隶属度,还有很多因素。因此,熵权方法,标准化的隶属函数,介绍了二级评价体系。通过这种方式,不仅计算精度也有所改善,但该指数综合评价各影响因素的水平降低,这对于实际应用更方便。

2。研究的必要性

近年来,人工智能技术发展迅速,但目前,人工智能技术仍有一些缺点和局限性16- - - - - -18]。首先,它需要更多的数据来构建模型和数据支持。当数据不足,错误往往是大的。第二,有时,在建模过程中,一些工程特性或状态需要用数字表示,这将导致信息的损失。最后,通过人工智能技术模型获得的结果通常是定性指标,而相对较少的量化指标,不够严谨。然而,除了上述的缺点,人工智能技术也有明显的优势19- - - - - -21]。首先,它是系统分析的一个重要工具,将不影响因素和结果之间的关系。其次,它可以解决复杂的多种因素和预测未知数据之间的关系。最后,它的分析结果往往更简洁,容易做决定。

考虑到人工智能技术的优势有很大帮助解决复杂的工程问题,一些人工智能技术已广泛应用于土木工程。对嵌岩桩的沉降预测,丹尼尔et al。22,23]提出的发展混合ANN-based模型命名PSO-ANN(或neuro-swarm)与详细的建模过程和一种新的模式基于基因表达式编程(GEP)。李等人。16使用最小二乘支持向量机(LSSVMs)基于多点测量监控和预测基坑位移。此外,模糊综合评价(FCE)方法也是一个典型的人工智能技术;它可以更好地解决模糊但难以量化的问题,适合各种非确定性的问题。FCE考试方法已广泛应用于矿物(24)、环境(25],斜率[26和其他工程领域27]。然而,在postconstruction解决复合地基中的应用还没有报道。复合路基的postconstruction结算涉及许多因素,具有明显的随机性,探索是很有意义的不确定性,并建立预测模型的方法和计算方法。

3所示。评价指标和影响因素

postconstruction和解的复合地基可以受到许多因素的影响,两级模糊综合评判系统考虑选择的主要影响因素。评价系统可以弥补现有的单一评价方法的不足,使评价结果更准确和更有益的20.]。在二级模糊综合评价系统中,我们的主要工作之一是确定合理的评价指标集和因子指数的每一层改进预测方法的准确性和实用性。

3.1。评价指标集

在二级模糊综合评价系统中,一个评价指标构造了用于描述postconstruction解决复合路基的严重性,我们有什么 在哪里V是一组包含所有可能的值的评价指标 。根据当前的需求规范在中国,许用值postconstruction定居点桥头堡的过渡部分,高质量的高速公路的结构部分,和一般路段是100,200,和300毫米。因此,元素在评价指标集V获得基于postconstruction结算值。postconstruction结算值越小,施工质量就越好。本文评价指标设置包含四个值代表四个质量等级(见表2。

postconstruction和解的空间被分为四个部分,和相应的规范化分类间隔(w.r。给出t 400毫米)表1。postconstruction沉降大于400毫米,400毫米是应用于正常化的过程。因此,我们有一个封闭的范围postconstruction结算后的标准化过程。

3.2。影响因素集

自postconstruction解决CFG桩复合subgrade-based路段包括许多影响因素,采用二级模糊综合评价模型来解决这个问题:15个二级影响因素构建的叶子4主要影响因素(地质、桩、垫和建筑)。在数学上,我们有 在哪里是主要的影响因素,是次要影响因素,n_我是次要影响因素的数量包括在吗 。

二级影响因素的因子值随工程的特点。CFG桩复合地基在广东省为例,论述了确定二级影响因素的方法。根据收集到的样本数据大量CFG桩复合地基工程项目,现有规范要求,作者收集的和现场调查结果,每个二级影响因素的因子的范围提供如下。

地质的影响因素U₁由压缩土壤厚度u₁₁、压缩模量u₁₂,凝聚力u₁₃和内摩擦角u₁₄。

在实际项目中,CFG桩的深度不应超过30米。否则,复合地基的质量是不容易控制的。因此,压缩土壤厚度的范围u₁₁应该是0到30米。广东地区的博大的软土的抗剪强度通常是4到12个kPa。抗剪强度指数,最低凝聚力c< 3.2 kPa,最低内摩擦角 ,孔隙度比一般大于1.0,和压缩系数在0.5到1.0 MPa⁻¹。因此,凝聚力的范围u₁₃1到15 kPa,内摩擦角的范围u₁₄是1°15°,压缩模量的范围u₁₂是1到10 MPa。

桩的影响因素U₂由桩模量u₂₁,桩的长度u₂₂,桩直径u₂₃,桩间距u₂₄。

一般来说,CFG桩长度范围u₂₂是0到30米,桩直径u₂₃应该是0.35到0.60 m,桩间距u₂₄应该是1.4到3.0米。CFG桩设计强度范围是5到20 MPa, CFG桩的舍入范围压缩模量u₂₁从800年到30000 MPa。

影响因素的缓冲U₃包括垫层厚度u_31日,垫模量u₃₂内摩擦角和缓冲u₃₃。

在实际项目中,一般的CFG桩复合地基垫厚度是0.3到0.6米。考虑桩顶的行动支持,垫子的厚度u_31日在0到0.8的范围。作为缓冲主要是中粗砂和砾石垫层模量u₃₂范围从50到250 MPa和缓冲内摩擦角u₃₃范围从15°60°。

施工的影响因素U₄包括填充高度u₄₁、填充率u₄₂、预压高u₄₃,预压时间u₄₄。

高速公路的填充高度主要受地形和路线。除了几山区域,填充高度一般不超过20米(包括转换后的路面结构层的厚度)。因此,填充高度u₄₁范围从1到20米。路堤填常规加载速率是20到70 mm / d,加载速率通常小于20 mm / d,和加载速率大于70毫米/ d快速加载。为方便分析,填充率u₄₂范围从5到100 mm / d。超载预压法主要包括under-preloading、equal-preloading over-preloading。在正常情况下,重载的高度不超过3.0米,和预压时间不超过1年。因此,预加载的高度范围是0到3.0,预压时间范围是0到360天。

4所示。因素评分标准的次要影响因素

通过分析大量的工程样品,有限元数值计算软件可以用来计算的单因素影响复合地基的有代表性的工程实例。确定因素评分标准所有的次要影响因素,个人因素的影响分别进行了分析通过五到六值范围内。以CFG桩复合地基为例,Plaxis有限元数值软件可以用来分析单因素影响的规律。详细的简化处理、计算方法和计算过程,以及可靠性示范将不会讨论由于空间的限制。特定的方法来确定二级影响因素的评分标准如下。

4.1。量化的个人因素的影响

根据有限元仿真结果,可以得出三个类别描述postconstruction沉降之间的关系变化和次要影响因素。

第一个类别命名为积极的属性因子 。的因素增加,postconstruction结算价值增加和评价等级降低。根据仿真研究,压缩土壤厚度u₁₁,桩间距u₂₄、充填高度u₄₁,填充率u₄₂属于这一类。

第二类是命名为负属性的因素 。随着因素值的增加,postconstruction结算值减少和增加评价等级。压缩模量u₁₂,凝聚力u₁₃、桩弹性模量u₂₁,桩的长度u₂₂,桩直径u₂₃、垫层厚度u_31日,垫模量u₃₂,内摩擦角的缓冲u₃₃、预压高u₃₂,预压时间u₃₃属于这一类。

第三类是命名为零属性因素。随着因素值的增加,postconstruction结算值不变化或变化小。路基土的内摩擦角u₁₄属于这一类。

分析不同单位的物理量,正常化过程实现正面和负面属性因素(zero-attribute因素被认为是积极的属性因子摘要)。正面和负面属性的归一化公式因素如下:

根据公式(3),归一化积极属性因素与postconstruction解决负相关和正相关的评估等级。

postconstruction定居点和归一化值之间的关系影响因素的总结,如图1来4。

数据显示1来4,每个二级影响因素的贡献,可以用作参考重量分布的模糊综合评价过程。

基于图1,postconstruction和解压缩土壤厚度很敏感问₁₁和压缩模量问₁₂。相比之下,问₁₁和问₁₂变化的凝聚力问₁₃有一个小postconstruction结算。路基土的内摩擦角的变化不影响postconstruction结算。

在桩的影响因素中,postconstruction解决桩模量敏感问₂₁和桩的长度问₂₂。桩直径问₂₃最小的影响postconstruction解决在图吗2。

在图3内摩擦角的变化问₃₃和垫层的厚度问_31日postconstruction结算有重大影响。相比之下,垫层模量的影响问₃₂相对较小。

在construction-influencing因素,预加载的高度问₄₃预压时间问₄₄对postconstruction解决产生重大影响,填充高度的影响问₄₁和填充率问₄₂相对较小。

4.2。评分标准

根据模拟和分析结果如图1来4线性插值方法用于确定规范化的因素之间的关系问_ij和postconstruction结算 。在哪里年代_ppostconstruction结算,f_ij()是线性映射从postconstruction结算到规范化的影响因素问_ij。根据推导出的线性关系f_ij()的值归一化因子问_ij可以计算出当年代_p等于100、200和300毫米。因此,相应的u_ij可以了,可以确定的分级标准。对于特定的影响因素,当postconstruction沉降小于300毫米问_ij= 0。与此同时,我们需要考虑所有的情况年代_p> 100 mm。因此,添加额外的评分过程如下:(一) :线性插值方法用于确定问_ij值时,结算等于100和200毫米。的问_ij值年代_p= 300毫米等于0.5f_ij(200)。与问_ij为年代_p= 100、200和300毫米,相应的u_ij可以确定,评分标准可以获得。(b) :线性插值方法用于确定问_ij结算时价值100毫米。的问_ij值年代_p= 200毫米等于0.5f_ij(100)和问_ij值年代_p= 300毫米等于0.25f_ij(100)。与问_ij为年代_p= 100、200和300毫米,相应的u_ij可以确定,评分标准可以获得。

在路基土摩擦角的变化不会影响postconstruction结算年代_p。因此,整个范围的内摩擦角属于等级 。

分类标准的所有二级影响因素如表所示3和4。

5。隶属函数和权重

基于灵敏度分析在前一节中和影响因素的分类标准表2和3、隶属函数和权重的模糊综合评价可以确定。许多因素影响postconstruction解决CFG桩复合地基,一个标准化的隶属函数是用来描述每一个二级影响因素的影响。使用熵权法确定权重的主要和次要的影响因素。

5.1。标准化的隶属度函数

普通会员功能:岩土工程领域的常用的隶属函数是正常型函数,三角模糊函数,梯形函数和ridge-type函数(28]。隶属函数的参数,在岩土工程应该采取一个指数正态分布函数提出(29日]。因此,隶属函数(30.)的结构性影响因素u_ij在评价指标如下: 在哪里k的评价指标u_ij和和是常数,满足 和 。

标准化的隶属度函数:给一个标准化的隶属函数,次要影响因素是线性分类间隔的转换为一个分类标准间隔相同的大小作为评价指标。根据水平k而u_ij是,积极和消极属性因素分别是标准化的。经过标准化处理的影响因素,每个因素的分类标准的分类范围符合postconstruction结算表的分类标准1。和可以使用的上下边界计算每个因子的分类间隔分类标准。评价指标的水平 ,正态分布隶属函数归一化指数的形式 在哪里y_ij是归一化值的影响因素;是标准的成员每个影响因素的价值,然后呢k= 1,2,3,4。每个二级影响因素的成员可以获得使用公式(6)(9)。在获得会员的价值每一次要影响因素,一个矩阵R_我可以构造:

5.2。影响因素的权重

模糊综合评价的多个影响因素,体重是衡量各影响因素对评价指标的影响。确定权重的方法通常可以分为主观赋权和客观权重的方法。共同主观赋权方法有德尔菲法、层次分析法和统计方法。共同的目标熵权法、加权方法包括主成分分析方法,均方误差的方法。作为主观赋权方法依赖于人为因素,如可能导致偏见的专家经验评估结果,熵权法客观权重的方法用于确定影响因素的权重。

熵是一个物理量,反映了随机性和障碍的主题。每个影响因素的权重可以构造基于熵的影响因素(31日]。确定影响因素的权重的步骤通过熵权方法提供如下(32]:(1)收集样本的影响因素T项目。项目是命令t是项目的索引。(2)计算归一化值y_{ij t}的次要影响因素。(3)计算比率p_{ij t}通过 (4)计算熵E_ij的次要影响因素u_ij与 在哪里 是一个常数与样本的数量有关。有三个要求: 更大的E_ij是,小的信息U_我包含在u_ij是,反之亦然。(5)计算系数的区别d_ij每一次要影响因素E_ij通过 然后计算重量的u_ij关于U_我。的表达是 根据公式(15),次要影响因素的权向量, 所有重量因素满足在哪里 自然。(6)使用公式(16)计算归一化值的主要影响因素U_我,不为项目t,我们有 (7)使用熵权方法类似于过程从步骤2到5,可以计算重量的主要影响因素。根据公式(11),比P_我,不和熵E_我的主要影响因素U_我,不通过计算 当 , 。不同的系数,定义为主要影响因素U_我是

的重量在评价指标的主要影响因素

权重向量的主要影响因素可以获得: 所有重量因素满足在哪里 。

6。Postconstruction解决二级模糊综合评价的评价方法

引入评价指标后,影响因素评分标准,标准的隶属函数,影响因素的重量,postconstruction的二级模糊综合评价方法提出了解决CFG桩复合地基在这一节中。

6.1。评估过程

(1)根据postconstruction结算需求的CFG桩复合地基在不同道路部分和postconstruction沉降影响因素,评价指标评价集V,主要的影响因素集U,次要影响因素集U_我确定。二级影响因素是这个模型的输入。(2)推导出矩阵的关系R_我为每一个主要影响因素基于公式(10)。(3)基于公式(16),确定综合评价向量B_我的主要影响因素U_我使用 ,““是运营商组成的标志;本文以合成算子的加法和乘法操作符米(g +),即 (4)构造矩阵的关系R主要影响因素: (5)计算评价向量B评价指标使用 在哪里 (6)确定postconstruction解决基于评价结果的评价向量中的元素的值B。

6.2。影响因素的权重Postconstruction CFG桩复合地基的沉降

CFG桩复合地基在广东省为例,该指数的计算过程和分析方法描述每一层的重量。与广东省交通工程质量监督的支持,作者收集了数据来自71个不同的设计和施工CFG桩复合地基在广东省地区道路部分。所有的CFG桩复合地基路段已经运营了2至5年。基于熵权法在前一节中提到的,次要影响因素的权重计算,给出了表5和6。

根据二次加权因子值表所示5和6的权重,路基土的内摩擦角(2.5%)和填充率(9.3%)相对较小,他们几乎没有影响相应的主要影响因素。所有其他次要影响因素的权重超过20%,小于50%,这是我们声称postconstruction满意解决CFG桩复合地基取决于许多因素。所有二级影响因素的权重与灵敏度分析结果一致的在前一节中讨论。

类似地,可以计算重量的主要影响因素。结果如表所示7。

表中的数据7表明,垫的影响因素的权重,桩,施工、地质按降序减少,这意味着他们的影响postconstruction解决依次减少。复合路基、垫有助于调整桩和土的应力比和决定了轴承系统的结构形式。桩是主轴承的部分进行复合地基的重量。因此,地质影响因素的重量是最小的(15.7%)在所有主要的影响因素。然而,没有一个可以被忽略的主要影响因素。主要影响因素的权重计算也表明,拟议中的熵权法可用于分析主要影响因素之间的关系和postconstruction定居点。

6.3。实例分析

6.3.1。模型的输入

广东省一座桥梁过渡段被选中来验证提出的评价方法。目标桥梁过渡段CFG桩复合地基。地质条件和施工信息总结如下。压缩土壤厚度u₁₁22.6米,平均压缩模量u₁₂平均6450 kPa,凝聚力u₁₃9.5 kPa,内摩擦角吗u₁₄是6.7°。桩直径u₂₃是0.4米,桩的长度u₂₂是25米,桩间距u₂₄2.2米,桩模量u₂₁是8.0的绩点。桩有plum-type安排。碎石垫层厚度u_31日30厘米,垫模量u₃₂是100 MPa,缓冲内摩擦角吗u₃₃是35°。填充高度u₄₁5.3米,填充率u₄₂80毫米/ d。由于时间很紧,预压过程没有被应用于这条路部分。在这种情况下,预压高度u₄₃预压时间u₄₄都是0。二级索引值和归一化值的影响因素如表所示8和9。

再。Postconstruction沉降预测

基于目标路段的信息矩阵的关系R_我每一次要影响因素。在前一节中提到的过程后,矩阵的关系R可以计算,我们有什么

根据会员的最大的原则,从矩阵可以看出R地质影响因素的水平很好,pile-influencing因素和cushion-influencing因素的水平都很好,和construction-influencing水平的因素是坏的。分析结论与现实一致,不需要进行预加载到目标路段。

根据方程(25),综合评价向量postconstruction解决CFG桩复合地基可以获得

根据最大成员的原则,postconstruction和解的评价结果是好的。即postconstruction和解的范围是[100毫米,200毫米)。

路段的建设目标是完成,2015年7月建成通车。的观测频率postconstruction结算表所示10和收集postconstruction结算数据图所示5。

根据野外观测数据,当前结算为88.7毫米。采用双曲线法,最后postconstruction解决CFG桩复合地基经过15年操作是164.23毫米,满足计算和评估结果。由于路段是一个过渡部分的桥头堡,postconstruction和解的允许值应小于100毫米。因此,一定的补救措施,如灌浆,对于这条路是必要的部分,以满足规定。

7所示。结论

本文提出了一种二级模糊综合评价方法评价的postconstruction解决CFG桩复合地基。四个主要影响因素和15个二级因素选为二级指标构建评价体系。

熵权法和正常的隶属函数与标准化流程用于描述模糊评价结果和影响因素之间的关系。

一个真正的桥头堡路段的例子在广东省已经被选择来验证提出的模糊综合评价方法。该方法的评价结果与现场试验结果一致。因此,提出了模糊综合评价方法可以用来评估CFG桩复合地基的施工质量。

FCE考试的方法需要大量的数据和复杂的计算。此外,本文中使用的样本来计算重量的影响因素主要来自广东省,中国具有一定的局限性。前进,将努力探索如何减少主观性的评价因素和权重的确定,因此构建一个更理性和自适应FCE考试方法。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果提出了在表和数据。

信息披露

这项工作是一个原始徐州科技大学进行。描述的工作尚未提交发表了其他地方,全部或部分。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

所有作者都导致和批准。

确认

这项工作是由美国国家科学基金会支持的中国青年科学家(批准号51904270)。