考慮序列關(guān)聯(lián)性的公路隧道沉降預(yù)測(cè)模型

林曉東，林浩

(同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海市 200092)

公路隧道設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的強(qiáng)度驗(yàn)證和穩(wěn)定性驗(yàn)證，逐漸向關(guān)注結(jié)構(gòu)變形控制的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變。隧道沉降是反映隧道結(jié)構(gòu)安全性的一個(gè)重要指標(biāo)，根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)當(dāng)前安全狀態(tài)，預(yù)測(cè)沉降的發(fā)展趨勢(shì)，在實(shí)際工程中具有重要的意義。目前，隧道沉降的計(jì)算預(yù)測(cè)方法主要采用理論解析和數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)，如修正的Peck經(jīng)驗(yàn)公式、基于彈性地基理論推導(dǎo)的縱向變形表達(dá)式、隧道數(shù)值模型和室內(nèi)模型試驗(yàn)等。這類方法以土力學(xué)為基礎(chǔ)，由于地質(zhì)環(huán)境的隱蔽性與復(fù)雜多變性，土體物理力學(xué)參數(shù)存在隨機(jī)性和不確定性，獲取準(zhǔn)確信息難度大，而且土體本身是非均質(zhì)和各項(xiàng)異性的復(fù)雜介質(zhì)，故此類預(yù)測(cè)方法難度較大。

近年有學(xué)者采用智能算法對(duì)隧道沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)與蒙特卡羅方法和灰色理論預(yù)測(cè)等模型均應(yīng)用于沉降的預(yù)測(cè)，智能算法對(duì)于歷史數(shù)據(jù)的擬合和未來數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)相對(duì)其他方法更準(zhǔn)確，但這類方法不具有明確的物理含義，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過復(fù)雜的函數(shù)映射，在實(shí)際應(yīng)用中很難解釋訓(xùn)練的模型，甚至在數(shù)據(jù)較少的情況下，會(huì)出現(xiàn)過擬合的現(xiàn)象。

常用的具有完善理論推導(dǎo)和明確物理意義的模型有馬爾科夫和時(shí)間序列模型，如馬爾科夫鏈模型能較好地模擬沉降變形過程的隨機(jī)性，時(shí)間序列模型可結(jié)合外部輸入分析外部荷載、土體擾動(dòng)等對(duì)沉降預(yù)測(cè)的影響。……