基坑工程地表沉降预测模型及应用研究 ——以重庆某基坑工程为例

论文摘要

地球资源的有限性、人口数量的不断增长以及人们对资源需求的日益提升,导致地面可用空间明显不足,为缓解地球的压力,地下商场、高层建筑逐渐增多。地下工程和高层建筑物的建设都离不开基坑工程,基坑施工的安全系数代表着工程本身和周边事物的安全程度,因此基坑变形监测与数据处理也逐渐进入人们的视野。变形监测数据的处理范围很广,包括对观测结果的平差、去噪、模拟、预测、分析等一系列处理过程。其中,变形监测数据的模拟预测分析是本文研究的重点。本文以重庆某基坑工程变形监测数据为例,采用ARIMA和卡尔曼滤波两种预测模型,基于MATLAB编程实现模拟预测分析,分析的主要对象是基坑周边地表最大下沉点BM17和次最大下沉点BM16。由于观测数据中存在奇变的现象,文中以2倍中误差为界限,对奇变值进行判断,超过限值时视为粗差,对其用二均值滤波和中值滤波进行实验,对比得出,二均值滤波更适应于本文的研究数据;并采用人工干预法对BM17的观测值进行改变,验证二均值滤波的适应情况,由试验结果得出:当出现类似V形和倒置的V形、M形和W形、N形和倒置N形的奇变形状时,采用二均值滤波来处理奇变值;当出现拱形和倒置拱形的奇变形状时,釆用三均值滤波来处理奇变值。对最大下沉点BM17采用ARIMA、卡尔曼滤波、均值ARIMA和均值-卡尔曼滤波等四种模型进行模拟预测,对比可知,均值-卡尔曼滤波的模拟预测效果最好,残差平方和（SSE）为3.789、均方根误差（RMSE）为0.251、平均绝对误差（MAE）为0.200、模拟预测值的相关系数（R2）为0.836,外推预测两期预测值为-20.15和-20.18mm,小于30mm,在预警范围之内。对次最大下沉点BM16做验证分析,验证结果与之前结论一致,均值-卡尔曼滤波模型最优。经过精度指标对比得知,针对本文研究基坑的观测数据,未对奇变值进行处理时,卡尔曼滤波有较好的模拟预测效果,经过二均值处理后,均值-卡尔曼滤波的模拟预测精度最高,为本论文实验中的最优模型。由此说明,不存在奇异值时,卡尔曼滤波模型的模拟预测效果最好,且本文的研究对类似的基坑地表沉降模拟预测有一定指导意义。图[28]表[23]参[82]

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究的背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 主要研究内容及结构
•     1.3.1 主要内容
•     1.3.2 文章结构
• 2 工程概况及地表沉降监测数据预处理
•   2.1 基坑工程概况
•     2.1.1 工程测区概况
•     2.1.2 工程地质概况
•     2.1.3 水文地质概况
•     2.1.4 周边建（构）筑物概况
•   2.2 基坑变形监测要求
•     2.2.1 监测目的及依据
•     2.2.2 观测内容及方法
•     2.2.3 沉降监测网的布设
•     2.2.4 监测精度等级
•     2.2.5 监测期限、频率及预警值
•   2.3 地表沉降监测数据预处理
•     2.3.1 监测数据
•     2.3.2 监测数据预处理
•     2.3.3 水准基点稳定性评价
•   2.4 本章小结
• 3 基坑地表沉降预测模型
•   3.1 ARIMA（p,d,q）模型
•     3.1.1 ARIMA（P,d,q）模型建立
•     3.1.2 ARIMA（P,d,q）模型程序实现
•   3.2 卡尔曼滤波模型
•     3.2.1 卡尔曼滤波模型建立
•     3.2.2 卡尔曼滤波模型程序实现
•   3.3 奇异值探测修复方法
•     3.3.1 二均值滤波
•     3.3.2 中值滤波
•     3.3.3 滤波效果对比
•     3.3.4 人工干预试验
•   3.4 本章小结
• 4 工程实例分析
•   4.1 预测分析
•     4.1.1 基于二均值滤波的ARIMA模型模拟预测分析
•     4.1.2 基于二均值滤波的卡尔曼滤波模型模拟预测分析
•   4.2 精度对比分析
•   4.3 验证分析
•   4.4 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘超锋

导师: 王列平

关键词: 变形监测,卡尔曼滤波模型,模型,二均值滤波

来源: 安徽理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,建筑科学与工程

单位: 安徽理工大学

分类号: TU753;P642.26

DOI: 10.26918/d.cnki.ghngc.2019.000099

总页数: 88

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