sloboda模型在隧道围岩变形预测中适用性分析

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1、第14卷第3期2014年1月科学技术与工程Vo1．14No．3Jan．20141671—1815(2014)03—0263—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sei．Tech．Engrg．Sloboda模型在隧道围岩变形预测中适用性分析李现宾肖丹(黄淮学院，驻马店463000)摘要隧道围岩变形的监测和分析对于隧道工程的设计和施工都非常关键，鉴于Sloboda生长曲线与隧道围岩变形一时间曲线的相似性，将Sloboda模型引入到围岩变形预测中，通过围岩变形一时间曲线的拟合预测未来围岩变形发展趋势和围岩极限变形值。通过工程实例具体分析了Sloboda模

2、型的适用性，结果表明：Sloboda模型可以较好地拟合隧道围岩变形一时间曲线；围岩变形一时问曲线的波动性以及尾部阶段发展趋势对Sloboda模型预测效果存在影响；Sloboda模型预测效果要优于指数曲线模型和双曲线模型，具有更好的应用价值。关键词隧道围岩变形预测Sloboda模型中图法分类号U456．33；文献标志码A随着我国基础建设的快速发展，公路／铁路隧道型。通过多处工程实例分析了Sloboda模型在围岩工程越来越多，随之而来也导致了一系列隧道工程变形预测中的适用性，说明了围岩变形特征对Slo-问题。为了及早发现隧道工程安全问题，避免造成boda模型预测效果的影响。最后，将Slobo

3、da模型不必要的经济财产损失，应对隧道围岩变形开展动与岩土工程中常用的指数曲线模型和双曲线模型进态有效的监测，及时反馈信息，从而判断围岩-支护行对比分析，说明Sloboda模型在围岩变形预测中系统的稳定性，为隧道的施工和设计提供决策信息，的合理性和有效性。这同时也是信息化施工的实质。围岩变形包括拱顶1围岩变形预测的Sloboda模型沉降变形和洞室收敛变形两个方面，变形监测数据的分析和挖掘是监测信息是否能有效利用的关键，Sloboda模型是德国著名生物统计学家Sloboda通过对监测数据的分析可以评估变形的未来发展趋B于1971年提出的用来描述树高生长的一种生长势，预测围岩的极限变形量。曲

4、线模型¨。目前，其在岩土工程领域中的应用目前，围岩变形分析和预测的方法较多，包括支仅见用于抗压长支盘桩荷载一沉降曲线的拟合以及持向量机、神经网络等人工智能方法¨J，以及具有其极限承载力预测13]。鉴于Sloboda曲线与围岩变确定性的数学表达式的曲线预测模型，包括灰色系形一时问曲线的相似性，本文将其引入到隧道围岩变统预测模型、Verhulst模型、Usher模型等。人形分析预测中，Sloboda模型的数学表达式为”工智能方法最大的优点在于能够识别变形与时间的ydexpi—cexp【了。一Jj(1)内在非线性关系，获得很好的预测精度，但是其缺点是不具备确定的数学表达式，无法预测极限变形量。

5、式(1)中，a、b、c、d为模型参数。而具有确定数学表达式的曲线模型，在曲线形态同尝试将Sloboda模型用于围岩变形预测，则此时Sloboda模型数学表达式改写为围岩变形．时间曲线形态类似时，可以得到良好的预测精度，并且可以获得极限变形量。实际工程中的S=P1exP卜p2expltl}(2)大量围岩变形监测数据显示，围岩变形时间曲线常,p4一lJ式(2)中：t为时间，5为t时刻的围岩变形预测值，常具有s型特征或者具有从快速一～稳定增长的特P为围岩变形渐进极限值，P。，P，，P为模型参数。征，而这种特征恰好同生长曲线类似卜_加。为此，p。控制着Sloboda模型的曲线形态，P=3，P=现

6、选用Sloboda生长曲线模型作为围岩变形预测模2，P3=一0．2，P4=2和P1=3，P2=2，P3=一0．5，2013年8月29日收到P=2为例，做出Sloboda曲线如图1所示。从图1第一作者简介：李现宾，男。硕士。E．mail：lixianbin．In@163．tom。可以看出Sloboda模型具有良好的适应性。Sloboda模型是一个四参数非线性模型，参数难科学技术与工程14卷鲁董丑图lSloboda模型的适应性以求解，为此，选用具有良好非线性回归和拟合功能的Origin软件求解Sloboda模型的参数。Origin软件内部自带多种曲线模型，但是Sloboda模型不在其列。但是

7、，Origin软件支持编程创建新的数学模暑型，因此，现利用此功能求解Sloboda模型的参数。{2工程实例分析固1以六处隧道围岩的变形数据为例说明Sl—11oboda模型的适用性。其中，新会市隧道(隧道1)为双洞双向四车道曲墙连拱隧道，观测数据为某断面拱顶沉降⋯；赣定高速公路大老地隧道(隧道2)，观鲁()『＼-。=S萁lo测bo数cta据,~-型测数据为某断面水平收敛的实测数据；香河分离式隧道(隧道3)为双向四车道，观测数据为某断面