灰色理论在沉降监测中的应用及其前景

地基基础的沉降影响因素众多，如: 地质条件、基础形式、结构荷载、施工环境、天气情况等等, 其中许多因素是不确定的, 这给预测沉降变形带来一定的困难，往往不能精确测定[1]。由于土体本身性质的变异性较大, 且取样时受许多因素影响, 往往无法精确测定; 沉降计算是岩土工程中主要问题之一,由于各种理论计算方法本身的局限及工程地质条件的复杂性, 因此由前期实测沉降来预测后期的沉降显得很重要。目前应力分析中采用的均质地基布氏理论及固结沉降机理不能完全反映现场实际情况; 而近年发展起来的有限元等方法,由于其模型所涉及的计算参数较难测试提供[2],也未在工程中得到广泛应用。理论上计算的沉降过程及最终沉降量与实际情况相差较大。因此, 人们常利用实测的沉降数据对后期沉降发生进行预测, 预测的方法常用的有双曲线法、指数曲线拟合法[3]、Asaoka 法、[4]回归分析、确定函数法、时间序列分析法等[5] 。但这些预测方法大多需较多的实测数据, 这有时无法得到, 且对最终沉降的预测事先无法判断精度。用双曲线和指数曲线拟合法预测沉降过程需要较长的和典型的沉降观测序列由于两者不能反映荷载变化对沉降的影响，使其应用受到一定限制[6]。灰色理论的出现, 为解决这一问题提供了可能。灰色预测方法所需原始数据少, 数据之间的规律性要求不严, 预测模型能较好地反映主因子与变量因子动态发展过程中的函数关系。这正符合高层建筑沉降变形的特点。由于灰色系统理论在进行趋势预测方面并不需要典型的和较长的数据列,因此在沉降变形预测方面应用得更是广泛[7]。灰色理论在沉降监测中的作用非常明显，减轻了工程的负担。因此拥有广阔的前景。利用灰色理论对沉降进行预测，具有较好的拟合精度和预测可靠性，可提前预测今后沉降量，一旦预测出有较大事故隐患，

施工单位可及早采取补救措施，确保工程安全，达到防范未然的目的。

沉降监测的重要性

随着经济建设的飞速发展，建筑物日渐增多，建筑物在建设和使用过程中的稳定性和可靠性就很重要"在一级建筑、高层建筑等结构复杂的建筑工程施工中, 由于结构荷载变化悬殊或地基土层软弱等原因, 基础将会发生较大的沉降或者不均匀沉降, 这将影响建筑的安全施工和正常使用, 甚至造成严重的工程事故和巨大的经济损失。因此，在施工建设及后期营运中，建筑物的变形监测就显得尤为重要[8]。”沉降观测”是建筑物监测的关键内容,当其沉降值在一定限度内时，可以认为是正常的现象，一旦超过了规定限度或建筑物产生不均匀沉降，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全，可能造成不可估量的后果[9]。沉降预测分析是沉降监测不可缺少的组成部分, 在高层建筑施工期间和竣工以后, 会多次进行这项工作。建筑物主体在封顶竣工以后, 还要对建筑物为期 2- 3年的监测, 其目的是为了预测建筑物的沉降趋势, 以便正确对工程状态和质量作出评价, 而灰色系统理论是进行沉降预测的有效方法。

灰色理论

灰色系统理论是我国著名学者邓聚龙教授1982 年创立的一门新兴学科。[9]是一种研究少数据，贫信息不确定性信息的新方法。[10]灰色理论包含许多内容, 其中灰色模型

是其核心部分。灰色模型是利用系统部分已知信息, 建立起反映系统发展规律的微分数

学模型, 并通过建立的灰色模型来预测系统的发展。灰色预测通过原始数据的处理和灰色模型的建立，发现掌握系统发展的规律，对系统的未来状态做出科学的预测。[11]灰色系统理论的建模是一种贫信息建模，它把一切随机过程看做是在一定范围内变化的、与时间有关的灰色过程。通过对原始数据的重新生成，将没有规律的原始数据序列通过累加或累减处理而成为具有较强规律性的新数列，再用微分方程来描述这一新的数列，解此微分方程即得到自变量与因变量的关系 ，目前灰色模型用于预测时有多种，最常用的是传统的GM（1，1）模型[12]。由灰色系统理论可知, 无规则的原始数据序列进行累加, 生成具有近似灰指数规律的数据序列,同样, 对于高层建筑随时间的沉降变形数据, 也可生成具有灰指数规律性的沉降数据序列[14]。