机场高填方沉降变形分析与预测及数据可视化研究

摘要

西南地区因地形因素限制，机场建设具有挖填方工程量大及填方高度较高的特点，从而出现沉降量大、沉降期长的问题，严重影响着机场施工修建进度和投入使用后的安全。因此，针对机场高填方沉降的观测和沉降特征的分析是十分必要的。通过对现场实际监测资料的整理分析，可以分析总结高填方地基沉降变形的特征，从而分析原地基及填筑体沉降的机制。同时，根据长期的沉降监测数据，可以对工后沉降进行预测，为指导施工及相似工程的决策提供依据。
　　本文首先对昆明新机场高填方沉降监测资料进行了整理，根据实际监测资料，分别从原地基和填筑体两个方面对高填方地基沉降的主要影响因素进行了分析和总结;同时，对不同时段的原地基沉降特征、填筑体沉降变形进行实测分析及沉降机制的分析总结。
　　在沉降监测数据的基础上，分别采用双曲线法、对数曲线法、指数曲线法、Pearl曲线法、灰色GM(1，1)模型、灰色Verhulst模型及人工神经网络法建立不同时段沉降预测模型，对各模型的参数取值和预测精度进行分析讨论。然后，选取典型地基沉降监测点，分别以三个时间段监测数据为样本建立预测模型，对其后期沉降进行预测，并将预测结果进行比较，对比分析各方法在不同时间段预测的优缺点和适用情况。
　　通过有限差分理论，采用FLAC3D有限差分软件对昆明新机场高填方典型断面进行三维数值模拟，模拟典型断面的填筑过程，分析地基在填筑加载过程中的沉降变形规律，并在此过程对断面中地基沉降监测点进行竖向位移跟踪记录，得到沉降模拟曲线，与实测结果进行比较，结果显示模拟结果与实测曲线较为吻合，表明数值模拟是高填方地基沉降计算的一种快速、较准确的方法。
　　最后，根据昆明新机场填方施工后的地表沉降监测点及其沉降监测数据，引入ArcGIS技术，通过ArcCatalog建立机场施工后地表沉降数据库，采用三维空间分析实现沉降数据的空间插值、创建TIN表面，通过ArcScene三维可视化功能实现沉降数据的三维可视化显示和表达。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 沉降的理论计算研究现状

1．2．2 基于实测资料的沉降预测研究现状

1．2．3 沉降数据的可视化表达研究现状

1．3 本文主要研究内容、方法及技术路线

1．3．1 研究内容与研究方法

1．3．2 技术路线

第2章 高填方地基沉降变形特征及机制分析

2．1 工程概况

2．2 主要监测内容

2．3 高填方地基沉降影响因素

2．3．1 原地基沉降主要影响因素

2．3．2 填筑体沉降主要影响因素

2．3．3 降雨的影响

2．4 高填方地基沉降变形特征的实测分析

2．4．1 不同时段原地基沉降特征的实测分析

2．4．2 填筑体沉降变形的实测分析

2．5 原地基沉降机制

2．6 填筑体压实机制

2．7 小结

第3章 高填方地基沉降预测方法研究

3．1 概述

3．2 沉降预测方法

3．2．1 曲线拟合法

3．2．2 灰色模型法

3．2．3 BP神经网络法

3．3 非等时距监测数据的转化

3．4 各预测方法的工程应用及精度分析

3．4．1 双曲线法的预测分析

3．4．2 对数曲线法的预测分析

3．4．3 指数曲线法的预测分析

3．4．4 Pearl曲线法的预测分析

3．4．5 灰色GM(1，1)模型的预测分析

3．4．6 灰色Verhulst模型的预测分析

3．4．7 BP神经网络模型的预测分析

3．5 几种预测方法的实例比较与分析

3．6 小结

第4章 高填方地基沉降变形的数值计算

4．1 概述

4．2 FLAC有限差分法

4．3 机场高填方沉降的数值计算

4．3．1 实例一的数值模拟

4．3．2 实例二的数值模拟

4．4 小结

第5章 沉降数据的可视化表达

5．1 GIS技术简介

5．1．1 GIS概述

5．1．2 ArcGIS的可视化技术

5．2 沉降监测点及数据

5．3 基础数据库的设计与建立

5．3．1 沉降数据库设计

5．3．2 数据的连接入库

5．4 空间数据插值

5．5 生成沉降等值线

5．6 地表沉降的三维显示

5．6．1 TIN表面的创建

5．6．2 沉降三维显示

5．7 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果