鄭磊　姚龍龍　宋保全　譚儒蛟

【摘? ? 要】： 為快速分析與把握路基整體形變規(guī)律，以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用SURFER軟件繪制了某公路多期路基沉降累計(jì)變化量及月沉降速率等值線圖，實(shí)現(xiàn)了路基沉降時(shí)空演變的可視化表達(dá)。

【關(guān)鍵詞】： 時(shí)空演變；可視化表達(dá)；等值線圖；路基沉降

【中圖分類號(hào)】：TU196.2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號(hào)】：1008-3197（2023）05-04-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.05.002

Visualization Expression and Analysis of the Spatial and Temporal Evolution of Subgrade Settlement

ZHENG Lei，YAO Longlong，SONG Baoquan，TAN Rujiao

（Tianjin Municipal Engineering Design & Research Institute Co. Ltd.，Tianjin 300392，China）

【Abstract】：In order to quickly analyze and grasp the overall deformation law of subgrade， based on the measured data， this paper applied SURFER software to draw the cumulative variation of multi-stage subgrade settlement and the monthly settlement rate contour map of a highway， realizing the visual expression of the spatial and temporal evolution of subgrade settlement.

【Key words】：spatial and temporal evolution;visualization expression; contour map; embankment settlement

當(dāng)前，關(guān)于路基沉降監(jiān)測(cè)方法的介紹比較多[1～7]，但是關(guān)于路基沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表達(dá)方式的介紹相對(duì)較少。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的主要表達(dá)方式為數(shù)據(jù)報(bào)表及時(shí)程曲線等；在面對(duì)少量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，該方式具有簡(jiǎn)潔高效的特點(diǎn)，但在面對(duì)較大監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量時(shí)，該方式則往往難以彰顯線路的整體沉降規(guī)律。有部分人員利用SURFER軟件對(duì)煤礦沉陷、地表沉降、基坑變形監(jiān)測(cè)等進(jìn)行了可視化表達(dá)與分析[8～15]，取得了不錯(cuò)的效果；但對(duì)于線狀公路路基沉降變形尚未有人進(jìn)行嘗試?；诖耍疚睦肧URFER軟件等值線圖對(duì)路基沉降時(shí)空演變進(jìn)行了有益地嘗試，驗(yàn)證了該方法在路基沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

1 數(shù)據(jù)處理方案

SURFER軟件具有強(qiáng)大的插值功能和繪制圖件能力，可以輕松制作基面圖、數(shù)據(jù)點(diǎn)位圖、分類數(shù)據(jù)圖、等值線圖、線框圖、地形地貌圖、趨勢(shì)圖、矢量圖及三維表面圖等，提供11種數(shù)據(jù)網(wǎng)格化方法，包含了幾乎所有流行的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法，提供各種流行圖形圖像文件格式的輸入輸出接口及各大GIS軟件文件格式的輸入輸出接口，大大方便了文件和數(shù)據(jù)的交流和交換，提供了新版的腳本編輯引擎，自動(dòng)化功能得到了極大加強(qiáng)，常用來(lái)進(jìn)行XYZ數(shù)據(jù)處理與各種可視化表達(dá)，是地質(zhì)工作者常用的專業(yè)成圖軟件之一。

為了發(fā)揮SURFER軟件在路基沉降時(shí)空演變可視化表達(dá)與分析中的功能，制定數(shù)據(jù)處理方案如下：

1）基于路基累計(jì)沉降時(shí)程曲線、縱橫斷面線、路基月沉降速率曲線對(duì)路基沉降進(jìn)行常規(guī)數(shù)據(jù)表達(dá)與分析；

2）基于SURFER軟件的路基累計(jì)沉降時(shí)空演變等值線圖、路基月沉降速率時(shí)空演變等值線圖，對(duì)路基沉降進(jìn)行可視化表達(dá)與分析。

2 工程案例

2.1 工程概況

天津某高速公路地處濱海軟土地區(qū)，堤路共建段K9+497～K26+117全長(zhǎng)16.62 km，設(shè)計(jì)雙向4車道，分離式路基半幅寬度為13.75 m，左右幅之間有一寬約4 m、坡度為1∶1.75的斜坡。為了分析研判該段路基的穩(wěn)定性，制定有針對(duì)性的后續(xù)施工方案，對(duì)公路左右幅路基及巡堤路進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，共計(jì)113監(jiān)測(cè)橫斷面，整體上間距200 m，部分加密段間距100 m；每個(gè)橫斷面6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，面向大樁號(hào)從左至右每個(gè)監(jiān)測(cè)橫斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的橫向坐標(biāo)分別為0、5.50、9.70、23.00、27.00、40.75 m，共計(jì)678個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。2022年1月25日—2022年8月15日，公路運(yùn)營(yíng)期進(jìn)行了6次路基沉降數(shù)據(jù)采集。

2.2 數(shù)據(jù)表達(dá)與分析

2.2.1 常規(guī)數(shù)據(jù)表達(dá)與分析

由于監(jiān)測(cè)斷面較多、數(shù)據(jù)量較大，以6次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，繪制某斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線。見(jiàn)圖1。

從圖1a可以看出，路基沉降隨著時(shí)間的推移在不斷下沉，但是橫斷面上點(diǎn)位沉降速率可能存在較大差異；從圖1b可以看出，路基橫向上存在較為明顯的差異沉降；從圖1c可以看出，近6個(gè)月以來(lái)公路路基最大累計(jì)沉降約為47 mm，縱向上存在4處較為明顯的沉降槽；從圖1d可以看出，公路最大月沉降速率為16.6 mm，大部分在5 mm以內(nèi)，部分路段沉降速率相對(duì)較大。

從上述分析可以看出，針對(duì)較少數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，常規(guī)的時(shí)間曲線、縱橫斷面線、沉降速率曲線可以快速對(duì)最大沉降量、沉降速率、差異沉降等進(jìn)行精準(zhǔn)分析；但如果路段較長(zhǎng)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多時(shí)，逐個(gè)斷面進(jìn)行分析工作量將相當(dāng)巨大，而整體分析由于很多點(diǎn)位沉降量相近，沉降曲線往往交織在一起，難以對(duì)沉降數(shù)據(jù)有一個(gè)時(shí)空演變上的快速整體把握。

2.2.2 基于SURFER等值線圖的數(shù)據(jù)表達(dá)與分析

以6次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于SURFER軟件繪制了2022年5—8月的路基累計(jì)沉降時(shí)空演變等值線圖、路基月沉降速率時(shí)空演變等值線圖。數(shù)據(jù)網(wǎng)格化處理時(shí)，橫向間距選擇8 m，縱向間距選擇150 m，高程插值模型選擇克里金插值法；由于路基沉降監(jiān)測(cè)一般為帶狀，為了圖形顯示合理均衡，縱向坐標(biāo)以百米為單位，然后縱坐標(biāo)軸標(biāo)識(shí)顯示時(shí)后綴添加2個(gè)0，從而實(shí)現(xiàn)里程樁號(hào)單位為米；橫坐標(biāo)據(jù)實(shí)顯示即為米。見(jiàn)圖2和圖3。

從圖2和圖3可以看出，截至2022年8月15日，運(yùn)營(yíng)期路基累計(jì)沉降最大值約為46 mm；縱向上路基沉降存在4處較為明顯的沉降槽；右幅路基整體上較左幅路基、巡堤路沉降大；路基月沉降速率除個(gè)別區(qū)段外整體上處于5 mm以內(nèi)；月沉降速率超過(guò)5 mm的區(qū)段時(shí)空上并不完全重疊，而是存在一定差異。

從上述分析可以看出，基于賦色后的等值線圖，路基累計(jì)沉降數(shù)據(jù)、路基月沉降速率實(shí)現(xiàn)了時(shí)空演變的高度統(tǒng)一，路基累計(jì)沉降、路基月沉降速率時(shí)空演變規(guī)律和特點(diǎn)直觀、快速顯示，為參建各方及時(shí)準(zhǔn)確快速整體把握路基沉降規(guī)律提供了有力的支撐。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)路基沉降數(shù)據(jù)表達(dá)與分析的對(duì)比可以看出，基于賦色后的SURFER等值線法相比常規(guī)數(shù)據(jù)分析方法在數(shù)據(jù)量較大的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析時(shí)能夠快速實(shí)現(xiàn)路基沉降時(shí)空演變的高度統(tǒng)一，在快速把握路基沉降規(guī)律方面具有直觀、高效的顯著優(yōu)勢(shì)；但該方法在數(shù)據(jù)精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)存在一定不足，建議在后續(xù)類似工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，將常規(guī)數(shù)據(jù)報(bào)表、縱橫斷面線、時(shí)程曲線與SURFER等值線法同步采用。

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