张航开题报告.doc

请用蓝黑或碳素墨水书写硕士研究生学位论文工作计划及开题报告书学 号 1031109039研究生姓名 张 航学科 、专业 地质资源与地质工程研 究 方 向 指导教师姓名、职称 高正夏 副教授培 养 学 院 地球科学与工程学院开题报告时间 2011年 12月 28日 河海大学研究生院制表14 说 明1. 学位论文计划应在导师的指导下按照培养方案要求制定。2.开题报告一般安排在第三学期，开题报告在负责培养的学院进行，由导师主持并邀请同行专家参加。3. 开题报告的时间、地点须提前三天公布，欢迎师生参加旁听。4. 论文计划书及开题报告书（空白表）由负责培养的学院于研究生入学后的第三学期初发放，第四学期初交学院汇总后存档，以备研究生院审查。5. 本材料系永久性档案，请用蓝黑、碳素墨水或墨汁等耐久材料书写。6. 本表可以下载打印，打印时请使用A4纸正反打印，不得改变表格内容及格式。签名部分必须由签名者亲笔签署。7.有关详细规定请查阅河海大学研究生工作手册。论文计划及开题报告计划论文题目福宁湾海堤安全监测若干关键问题研究选题来源选择打（）1、国家计委、科委项目（ ）；2、国家经贸委项目（ ）；3、国家自然科学基金项目（ ）；4、国务院其它部委项目（ ）；5、主管部门（部委级）项目（ ）；6、省，市，自治区项目（ ）；7、学校级项目（ ）；8、自选项目（ ）；9、其它（ ）。预 计经 费约 元预计完成日期年 月主要内容（参考下列几方面）1. 论文的选题依据，本课题在国内外的研究动态；2. 课题在理论或实际应用方面的意义、价值以及可能达到的水平；3. 本人对此课题开展研究的设想，拟解决哪些重点问题； 4. 工作计划，技术路线，实验方案，预期结果；5. 预计工作量及进度安排。计划及报告具体内容：1. 问题的提出及研究的目的与意义中国大陆海岸带绵长1.8万公里，地跨12个省市，是我国人口密集、经展最快的地区。出现的严重灾害有台风、风暴潮、洪涝、地震海啸、海岸侵盐水入侵、海冰、地基下沉、污染、赤潮等十类，并互相叠加，形成年直接损失100亿元以上。全球海平面上升与人类活动加强，使海岸带灾害加剧发粗略估计到21世纪初、中期，导致的损失可能达到1000亿元以上，是海岸济发展的重要制约因素。必须提高全民防灾意识，在调查研究基础上，拟订带减灾规划，加强灾害的监测、预报和预警;加高加固防潮防洪海堤与护岸保护地下水源，严格限制过量开采，以防止地面下沉和盐水入侵;合理开发带资源，保护生态环境，严格限制超标排污;积极参加国际合作，逐步限制等温室气体的排放，和缓海平面上升趋势，争取大幅度减轻海岸带灾害1,2。海堤是海岸带的人工屏障，随着社会经济的发展，各地正大规模规划建维修、加固各段海堤。由于各种因素的影响，这些海堤在施工和运营期间，生变形。变形如果超出了规定的限度，就会影响海堤的施工和正常使用，严还会危及安全，带来严重的后果。因此在海堤工程的施工与运营期间，对其变形监测显得尤为重要。长期以来, 海堤作为沿海地区防御风暴潮侵袭的重要工程措施, 在防灾减灾中发挥了巨大的作用。由于全球气候变暖, 海平面上升, 沿海各潮位站不断出现历史最高潮位; 同时随着沿海地区人口的急剧增长和经济的迅速发展, 风暴潮带来的经济损失亦越来越大, 正在成为这一地区主要的自然灾害。为有效避免或减少风暴潮引发的灾害损失, 为沿海地区社会稳定、经济发展创造有利条件和外部保障, 可以预见, 海堤工程建设将成为我国水利建设的一项重要内容。过去我国没有专门的海堤设计规范, 多年来, 海堤工程的设计主要是由沿海各省自行制定标准, 自行设计, 对一些问题存在争议, 各地的做法也很不一致。为确保海堤工程施工安全顺利进行，在复杂地质条件下对施工海堤进行变形监测，及时反映海堤施工过程中水平位移、位移速率、堤基沉降、沉降等基本信息，及时发现并预报异常现象，对分析变形原因、调整施工节奏实制沉降速率、有效指导施工、校验设计及保证运行安全具有重要的意义。国科技人员对变形监测进行了广泛的研究，如高大建筑物、水库大坝、地面沉降但对海堤的变形监测的研究特别是海堤施工期间的变形监测的研究所见资少，研究海堤施工期间的变形监测方法和对变形情况的预报，对具有漫长海和江堤的我国在今后的类似工程中的应用具有重要指导意义。福宁湾围垦海堤施工工程是福建省重大的水利项目，建成后将直接关系到整个大堤的安全，也直接关系到人民的生命财产和利益。科学分析海堤工程各效应量及其影响量之间的关系，及时掌握状态，对海堤安全性态作做出合理评价，可及时发现问题，在事故到对策，从而保证海堤运行安全，充分发挥其经济效益和社会效益。因施工工程进行变形监测的研究具有重要的经济意义和深远影响。2. 国内外研究现状建筑工程变形监测起步较晚，是随着建筑工程的失事为人们提供教训后，不断地寻求监测和监测手段而逐步发展起来的3。建筑工程的变形监测，是用测量仪器或专用仪器测定建筑(构筑)物在荷载和外力作用下随时间变形的工作。很早以来，人类在对高、大型建筑物以及不良地质地段的安全监测方面积累了丰富的经验，同时有着深刻教训，长期的经验与教训的积累，使人们认识到对高、大型建筑物与不良地质地段实施安全监测的重要意义。变形监测一方面可以对建筑物的安全运营起到良好的诊断作用，另一方面是在宏观上可及时向管理决策者提供准确的信息。通过监测和分析了解建筑物的变化情况及工作状态，掌握变形的一般规律，在发现不正常现象时，适时增加监测频率，及时分析原因采取措施，防止事故发生，达到被监测建筑物安全运行的目的。变形监测除了及时掌握建筑物的工作状态，确保其安全外，还有多方面的必要性。对建筑物及地基进行长期和系统的监测，是诊断、预测、法律和研究等四方面的需要4:(1) 诊断的需要:包括验证设计参数与改进设计，对新施工技术的优越性进行评价，对不安全迹象和险情进行诊断，采取措施予以加固以及验证建筑物运行是否处于持续正常状态。(2) 预测的需要:利用长期积累的观测资料掌握变化规律，对建筑物的未来状态做出及时有效的预报。(3) 法律的需要:对由于工程事故而引起的责任和赔偿问题，观测资料有助于确定其原因和责任，以便法庭做出公正判决。(4) 研究的需要:观测资料是建筑物工作状态的真实反映，为未来设计提供定量信息，可改进施工技术，利于设计概念的更新和对破坏机理的了解。正是这些必要性，各国都很重视安全监测工作，使其成为工程建设和管理工作中极其重要的组成部分。变形监测具有实时性、事前性、可靠性三个基本属性。变形体的变形监测工作包括三方面的内容:(1) 监测精度指标的合理确定；(2) 监测技术与方法的确定与实施；(3) 监测数据的处理与分析，安全状况的诊断与预警。变形监测的核心问题是根据变形体确定允许变形值，根据监测数据信息获取真实的变形值。前者不但是评判变形体安全的指标，也是确定监测方法的依据。它与设计、地质条件、施工质量、工况等有关，是一个综合指标。监测精度指标的确定一般取允许变形值的1/10l/20。真实变形值的确定则与参考基准的确定、误差的消除、分离等有关。变形监测数据所反映的是工程建筑物运行的过去或现在的状况，为便于决策和早作预防，一般还要根据监测资料对未来一定时期的运行状况进行预报。常用变形预报的数学模型有:统计模型、确定性模型、灰色系统模型、时间序列分析模型、神经网络模型、小波模型、突变模型以及模式识别技术等。不论是那种预报模型，都有其各自的优点，但由于工程运行过程中的影响因素的复杂性和变化的不确定性，很难在模型中予以概括，因而各种模型也都有其不完善的一面。这就提醒我们，在预报的时候，对预报的结果要做充分而综合的分析。2.1监测技术的现状与发展趋势纵观国内外数十年变形监测技术的发展历程，建筑物变形监测方法主要有常规的测量方法、特殊的测量手段、摄影测量方法、GPS测量方法及自动化监测和数据处理管理系统等5-7。常规地面测量方法主要是指用常规测量仪器(经纬仪、测距仪、水准仪)测量角度、边长和高程的变化来测定变形。它们是目前测量的主要手段，能够提供整体变形状态，适用于不同的精度要求、不同形式的变形和不同的外界条件。特殊的测量手段是集光、机、电技术一体化的特殊和专用的监测仪器。可用于变形监测的自动监测。它们测量过程简单，容易实现自动化观测续监测，提供局部变形信息。例如，遥测垂线坐标仪，采用自动读数设备，其分辨率可达0.01mm，用光纤传感器测量系统将信号测量与信号传输合二为一，具有很强的抗雷击、抗电磁场干扰和恶劣环境的能力，便于组成遥测系统，实现在线分布式监测。2.1.1水平位移监测的方法(l)基准线法基准线法的原理是以通过水工建筑物轴线或平行于建筑物轴线的固定不变的铅直平面为基准面，根据它来测定建筑物的水平位移。基准线法按其所使用的工具和作业方法的不同，可分为“测小角法”和“活动砚牌法”。测小角法是利用精密经纬仪精确地测出基准线方向与置镜点到观测点的视线方向之间所夹的小角，从而计算观测点相对于基准线的偏离值。活动规牌法则是利用活动规牌上的标尺，直接测定此项偏离值。随着激光技术的发展，出现了由激光束建立基准面的基准线法，根据其确定偏离值的原理，有以激光束替代经纬仪视线的“激光经纬仪准直”和利用光干涉原理的“波带板激光准直”等。在大坝廊道的特定条件下，采用通过拉直的钢丝的竖直面作为基准面来测定坝体偏离值具有一定的优越性，这种基准线法称之为引张线法。由于建筑物的位移值一般来说是很小的，因此，对位移值的观测精度要求很高，因而在各种测定偏离值的方法中都采取了一些提高精度的措施，对基准线端点的设置、对中装置构造、规牌的设计及观测程序等均进行了不断的改进。(2)导线法基准线法对于直线型建筑物的位移观测具有速度快、精度高的优点，但对于非直线型建筑物，如重力拱坝、曲线型桥梁以及一些高层建筑物的位移观测就不如导线测量法、地面摄影等方法有利，这些方法可以同时测定建筑物上某观测点在两个方向上的位移。对于非直线型建筑物，在建筑物的适当位置与高度上布设导线点，通过定期导线测量的方法测定导线点的水平位移。与一般测量工作相比，由于变形观测是通过重复观测，由不同周期观测成果的比较中确定观测点的位移，因此这种导线在布设、观测以及计算诸方面都具有其自身的特点。(3)摄影测量法在变形观测中，认为各个观测点的位置是随时间在变化的。为了便于成果的分析，各点的位置应该同时测定。同时，为了掌握整个建筑物变形的情况，又希望能多一些观测点。用一般测量方法进行观测时，这二者是矛盾的，但用摄影测量方法，就可以圆满地解决这一问题。摄影测量还可以观测动态的目标、振动以及其他变化的过程，可以观测不易到达的目标。此外，所获得的像片资料，是当时的实况记录，可以随时用它们进行量测，这是其它方法所不及的。摄影测量方法观测变形，就是通过像片量测，确定观测点的空间坐标，而将其与起始的或设计的数值相比较。工作时按照任务要求、建筑物的型式以及当地的观测条件，可以在一个平面内测量变形，也可以测量空间的变形。用摄影测量方法进行变形观测的过程较为复杂，需要使用昂贵的测量仪器，并进行摄影处理，有时还需要人工照明，所以在采用此法时，应从效率、经济以及精度方面加以比较分析。地面摄影测量技术在变形监测中的应用虽然起步较早，但是摄影距离不能过远，绝对精度较低。近几年发展起来的数字摄影测量和实时摄影测量为摄影测量技术在变形监测中的应用开拓了非常广阔的前景，使摄影测量方法越来越广泛的应用于大型工程建筑物(例如高层建筑)的变形观测。摄影测量可以同时测定变形体上任意点的变形，提供完全和瞬时的三维空间信息，不需要接触被测物体，通过不同时段的观测可以观测到变形体变形前后的状态。(4)GPS测量法随着电子技术的发展，新的监测技术也不断引入到工程变形监测中，新技术的应用必然带来监测技术、数据处理等一系列的技术问题。GPS作为现代测量技术的代表，是一种全新的现代空间定位技术，己逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子测量仪器。它使建立三维网的监测变得简单，将测绘定位技术从静态扩展到动态。全球定位系统可以提供1.0*10-6的相对定位精度，可以预计，1.0 *10-6或更高的精度将可以达到。数据通讯技术、计算机技术和以GPS为代表的空间定位技术的日益发展和完善，使得GPS由原来的周期性观测逐渐走向高精度、实时、连续、自动监测。水电工程中，滑坡、高边坡、堤坝的变形监测越来越需种自动化程度高、精度高的技术。但由于GPS有别于常规的监测技术，它本身的数据以及变形监测数据都需要进行有效的处理，才能满足变形监测的需要。GPS定位系统的出现是对测量的一次革命，它将观测从地对地变成了地对空，测站间只要对天通视即可，不需要测站间的通视，观测不再受气候条件的影响，白天和夜晚均可观测，甚至在夜晚观测因大气稳定而更有利。GPS的实时导航、静态和动态定位、授时等功能使其在空间大地测量、工程测量、地球物理、地震、航空、航海、铁路和道路交通、林业、农业、气象、空间物理、环保等许多领域得到非常广泛的应用。GPS应用于变形监测可以直接确定监测点的三维位置或相对基准点的三维坐标差，具有常规监测方法无可比拟的优越性。2.1.2沉降和稳定计算理论研究现状软基堤坝沉降的理论分析方法可归纳为两种类型:一类为理论公式法;另一类为数值分析法4。理论公式法建立在Terzaghi等创立的经典土力学基础上，其中引入了许多简化假定。这类方法具有简便、直观、计算参数少且易取得等优点，因而在工程中得到广泛应用。有限元等数值分析法，可以较全面地考虑土体的变形特性及其边界条件，理论上较严密，但这种方法计算参数难取，计算工作量大且复杂而没能被广泛应用。此外，由于施工过程中影响沉降的因素很多，所以理论计算结果只能用来估算，该值与实测结果仍有偏差。因此，在实际工作中，经常需要通过现场观测到的沉降资料(沉降时间过程线)来推求最终沉降量和将来某时刻的残余沉降。一、软基堤坝沉降研究现状(一)理论公式法在饱和软土上修建堤坝等，将导致地基的下沉。随着外荷载作用在地基上的延续过程，一般认为沉降按发生次序由瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降三部分组成。总沉降计算的理论公式一般表示为5:式中:s(t)总沉降;Scl(t)-瞬时沉降，是在荷载施加后立即发生的那部分沉降量，它是由剪切变形而产生的附加沉降;Sc(t)-主固结沉降，是在加荷后土体随时间的推移孔隙水压力逐步消散而产生的体积压缩变形;Ss(t)次固结沉降，是土骨架在持续荷载下蠕变所弓起的，它的大小与土性有关，是在固结沉降完成以后继续发生的沉降。1、瞬时沉降计算外荷载施加的瞬间，饱和软土中的孔隙水来不及排出，此时土体只发生形变而没有体变。对于严格的土体一维变形情况，瞬时沉降很小，当土体完全饱和时，由于土中水及颗粒本身的变形可忽略不计，故瞬时沉降接近于零。对于土体的二维(平面应变)或三维变形情况，则瞬时沉降在总沉降量中占有相当大的比例。Skempton(1955，1957)最早提出瞬时沉降的概念，并提出按弹性理论计算瞬时沉降的方法，采用弹性理论按竖向位移求解的公式，指标采用不排水的初始切线弹模及不排水泊松比，由于指标很难，应用这些公式都有较大的局限性和困难6-7。Lambe等(1967年)8提出用应力路径法来模拟现场的实际情况，然后根据不排水应变计算不排水沉降量。一些学者提出了一些经验公式或半经验公式来计算瞬时沉降，较好的公式有:日本名神东名高速公路的经验公式(1984年)9，我国的铁道工程设计技术手册中推荐使用的经验公式10，张诚厚等根据沪宁高速公路实测资料建立的经验公式(1993年)11。在国内的工程设计中，通常是在固结沉降计算的基础上，用经验系数进行修正，以便考虑瞬时沉降以及其他因素的影响。对于这种经验方法，虽然在我国的一些地区已取得了不少经验，但其存在的问题是显而易见的。王引生(1993年)12对沪嘉公路软土沉降实测资料统计分析结果表明，采用单一的经验系数，不能合理地反映路基实际沉降与理论计算值之间的关系。2、主固结沉降的计算主固结沉降是地基土在排水固结中由于体积压缩而产生的。一般情况下固结沉降的计算包括两个部分，即土体固结度(孔隙水压力的消散过程)的计算和最终固结沉降量的计算。固结沉降计算有线弹性和弹性非线性固结理论等。(l)弹性固结理论早在1923年，Terzaghi就建立了饱和土体的一维固结理论，极大地促进了土力学理论的发展，强有力地指导了土工建筑物的设计与施工。此后，Rendulic(1936年)又将Terzaghi的一维固结理论推广到二维和三维情况，得出Terzaghi-Rendulic固结理论。这种理论未考虑应力与应变需要满足的相容条件，称为拟三维固结理论。Biot(1941年)直接从弹性理论出发导出了三维固结理论方程，确保土中应力与应变所满足的相容条件，被称为真三维固结理论。这个理论可以同时求解土体在任意时刻的应力和变形，然而，由于数学上的困难，即使采用级数和积分变换等手段，也只能对少数简单的边值问题求出解析解或半解析解。直到60年代末，随着电子计算机的发展以及有限元法的应用，它才得到工程界的关注。由于Ter邓ghiRendulic固结理论比Biot固结理论简单，在工程中应用较多。但Terzaghi-Rendulic固结理论将同一现象的两个方面固结过程中的孔隙水压力和变形发展人为地分割开来，也不能反映Mandel-Cryer效应，即土中孔隙水压力早期增长的现象。然而一旦这种早期增长消失后，由Terzaghi-Rendulic固结理论给出的超孔隙水压力消散过程与Biot固结理论的精确解十分接近，因此通常认为用Terzaghi-Rendulic固结理论已足够精确13,14。 (2)土体的非线性固结理论线弹性固结理论是建立在土体为线弹性变形的假定条件下的，而实际土体通常为非线性变形体。Mikasa(1963年)经过大量软粘土固结过程的研究后发现，软粘土的固结特性与Terzaghi的固结理论不太符合。他认为当土层很软很厚时，土层的自重应力水平对固结过程的影响很大。Gibson等(1967年)15提出了一维有限非线性应变固结理论，它考虑了土体压缩性和渗透性与孔隙比的非线性变化，以及土体自重应力等方面的因素。Gibson和schiflhlan等(1981年)16用有限非线性应变固结理论分析厚层粘土的固结过程时发现，如果考虑土体的非线性，则求得的同一层土的固结速率比用介rzaghi理论推求得快。窦宜，蔡正银等(1992年)l7,18曾对Gibson建立的一维有限非线性应变固结理论得出了简化条件下的解析解，并通过离心试验进行了分析验证。对于土体的非线性固结理论，由于参数复杂且计算工作量大，在实际工程应用并不广泛。(3)三维最终固结沉降量的计算关于路基三维变形条件的最终固结沉降量的计算公式已有很多种。弗洛林(1937年)、Egorovl(1957年)、黄文熙(1957年)19、DaviS和PouloS(1965年)20以及魏汝龙(1979年)21等许多学者根据广义虎克定律得出的公式;Lambe(1964年)22l、Marr等(1979年)提出的应力路径法，Skempton和Bjerrum(1957年)23提出的用三轴固结不排水条件下得出的三维孔隙水压力计算最终固结沉降的方法等。此外，还有根据半无限均质线弹性体推导得出的弹性理论公式。上述这些公式中的土中应力都需根据线弹性理论进行计算。除了弹性理论公式外，其余所有公式的共同特点是对地基土分层计算其变形后求和，而主要区别就在于计算土中一点的竖向变形时所采用的应力应变关系不同。目前工程中普遍采用一维固结沉降乘以一个经验的修正系数，计算路基的最终沉降。但是，当可压缩土层是很厚的软粘土时，采用这种方法将会引起很大的误差2425。3、次固结沉降量的计算对于次固结沉降，有两种不同的观点。一种观点认为路基先发生主固结沉降，然后发生次固结沉降26;另一种观点认为次固结沉降在主固结过程的同时发生27。显然,这两种观点对于沉降过程曲线的推算会有很大的差异。近二十年来，许多学者进行深入的研究，比较多的意见认为次固结(蠕变)与主固结同时发生。然而目前常用的分析方法还是先计算主固结沉降，然后计算次固结沉降，即用前一种观点来分析沉降过程曲线。在路堤荷载作用下，深厚的软土层中，不同部位的土层可能有的处于主固结阶段，而有的已经转入次固结阶段28。现有计算方法无法考虑这一点。有些学者主张将土层划分为较小的薄层，仍用常规方法来考虑次固结的影响29。(二)数值分析法数值分析法可以应用较为复杂的土体本构关系，如一些考虑流变的粘弹塑性模型30-32，考虑损伤效应的弹塑性损伤模型33，而固结分析可以采用考虑流变的Biot固结理论34，求得的沉降己可以同时包含不排水沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。在数值分析法中，最为常用的是有限单元法。有限元计算时，可以采用非线性弹性、弹塑性、粘弹塑性等多种描述土体应力应变关系的模型。因此，从理论上说，有限单元法可以考虑复杂的边界条件、土体应力应变关系的非线性特性、土体的应力历史、水与骨架上应力的祸合效应，可以模拟现场逐级加荷和处理超填土问题，能考虑侧向变形、三维渗流对沉降的影响，并能求得任一时刻的沉降、水平位移、孔隙水压力和有效应力的变化3536。有限元确实是一种较为完善的方法，但是由于其采用的模型中所涉及的计算参数多且不易确定，程序复杂难以为一般工程设计人员接受，在实际工程中并没有得到普遍应用，只能用于一些重要工程、重要地段的沉降的计算37。综上所述，目前堤坝沉降计算方法有单向压缩法(分层总和法)和有限单元法。其中e-lgP曲线分层总和法进行固结沉降计算最常用。2.2监测数据分析与预测研究的发展趋势变形分析最早应用于大坝的安全监测，真正的发展则是从上世纪60年代系统地讨论变形监测数据的数学模型开始的。建筑物变形监测与预报模型是很丰富的，目前各国专家学者对变形观测数据处理都做了深入的研究，形成了一套较为成熟的理论体系，如回归模型、滤波模型、数据系列模型等8。近年来，多种建筑物变形监测与预报模型相继提出，除采用各种不同的数学模型外，系统论、控制论、信息论等系统科学的理论思想也逐步引入进来，国内外资料分析工作也向纵深发展。现在国内外开发出的软件较多，为数据处理和分析提供了更多的便利。2.1变形监测数据序列的处理(1)统计分析法统计分析法包括多元回归分析、灰色系统理论中的关联度分析以及时间序列频域法分析中的动态响应分析等。统计分析法以实测资料为基础，观测资料愈丰富、质量愈高，其结果愈可靠，且具有“后验”性质，它与变形的几何分析具有密切的关系，是测量工作者最熟悉和乐于采用的方法。回归分析方法是处理变形监测数据最常用的一种统计方法。根据变形观测数据绘制变形过程曲线，由过程曲线作趋势分析并可进行预报。特别将变形观测数据与影响因子进行多元回归分析和逐步回归分析，更是应用广泛，特别是在目前大坝安全监测中，它是应用最广泛的方法之一。通过多元回归可得到变形与显著性因子间的函数关系，以对变形作物理解释与变形预报。(2)确定函数法确定函数法是根据变形体的力学参数，建立荷载和变形之间的函数关系，在边界条件已知时，采用有限元法求得变形体有限元结点上的变形。采用有限元法，可以计算混凝土大坝、矿山地表以及滑坡在外力(表面力和体力)作用下的位移值。只要有限元划分得当，变形体的物理力学参数(如杨氏弹性模量、泊松比、容重等)选取得较好，该法是一种多快好省的方法，目前有许多有限元计算软件供用。这种方法可不需要监测数据，监测数据仅作校验用，具有“先验”性质。(3)时间序列分析将变形观测数据看成是随时间变化的时间序列，采用灰色系统理论或时间序列分析理论建模，达到变形分析的目的。灰色系统理论可处理小数据量的时间序列，对原始数列采用累加生成法变为生成数列，以减弱随机性、增加规律性。如果对一个变形观测量(如位移)的时间序列，通过建立一阶或二阶微分方程提取变形的趋势项，然后再采用时序分析中的自回归滑动平均模型ARMA，这种组合建模的方法，可靠性好且具有以下显著优点:将非平稳相关时序转化为独立的平衡时序，具有同时进行平滑、滤波和推估的作用，模型参数聚集了系统输出的特征和状态，这种组合模型是基于输出的等价系统的理想动态模型。(4)卡尔曼滤波把变形体视为一个动态系统，将一组观测值作为系统的输出，可以用卡尔曼滤波模型来描述系统的状态。动态系统由状态方程和观测方程描述，以监测点的位置、速率和加速率参数为状态向量，可构造一个典型的运动模型。状态方程中要加进系统的动态噪声。卡尔曼滤波的优点是不需保留用过的观测值序列，按照一套递推算法，把参数估计和预报有机地结合起来。除观测值的随机模型外，动态噪声向量的协方差阵估计和初始周期状态向量及其协方差阵的确定值得注意。采用自适应卡尔曼滤波可较好地解决动态噪声协方差的实时估计问题。卡尔曼滤波特别适合滑坡监测数据的动态处理，也可用于静态点场、似静态点场在周期观测中显著性变化点的检验识别。(5)频谱分析对于具有周期性变化的变形观测时间序列，通过Fourier变换，可将时域内的信息转变到频域内分析，例如大坝的水平位移、桥梁的垂直位移都具有明显的周期性。在某一观测时刻的观测值数字信号可表示为许多个不同频率的谐波分量之和，通过计算各谐波频率的振幅，最大振幅以及所对应的主频率等，可揭示变形的周期变化规律。若将变形体视为动态系统，变形视为输出，各种影响因子视为输入，并假设系统是线性的，输入输出信号是平稳的，则通过频谱分析中的相干函数、频响函数和响应谱函数估计，可以分析输入输出信号之间的相干性，输入对系统的贡献(即影响变形的主要因素及其频谱特性)。2.2.2发展趋势(1)数据处理与分析将向自动化、智能化、实时化方向发展，将更广泛的在时域和频域内研究动态系统。(2)加强对各种方法和模型的实用性研究，注重各种模型的适用性的对比，重视变形监测系统软件的开发，逐步发展为以知识库、方法库、数据库和多媒体库为主体的专家系统。(3)由于变形体变形的不确定性和复杂性，对变形分析的研究需要采用新的思维方式和方法。由系统论、控制论、信息论、突变论、分形和混沌力学等所构成的系统科学和非线性科学在变形分析中的应用将得到加强。建筑物变形监测研究，通过监测数据采集、分析及处理，掌握建筑物的工作性态，及时发现异常现象和可能危及建筑物安全的不良因素，及时对建筑物的承载能力、稳定性及安全性作出评价，以确保建筑物在施工期和使用期的安全，是切需要研究的课题，也是21世纪的研究热点。3.主要研究内容采用先进的技术手段与方法获取真实可靠的变形量是变形分析的基础。随着电子技术的发展，新的监测技术也不断引入到工程变形监测领域，新技术的应用必然带来监测技术、数据处理等一系列的技术问题。GPS测量、数字水准测量作为现代测量技术，因其独特的优点近年也逐渐在工程变形监测领域发挥作用。变形监测越来越需要这种自动化程度高、精度高的技术。但由于GPS测量、数字水准测量有别于常规的监测技术，它本身的数据以及变形监测数据序列都需要进行有效的处理，才能满足变形监测的需要。本文主要研究内容如下:(1) 介绍各海堤地质模型及海堤地基的地基处理方案；(2) 福宁湾海堤的海堤断面设计及海堤施工工艺流程；(3) 多年海潮涨落监测数据汇总及其中规律分析；(4) 福宁湾海堤各关键施工工序及规律分析；(5) 海堤动态监测数据预处理方法及拟合方法介绍；(6) 介绍海堤工后沉降的综合预测方法，主要包括传统算法、遗传算法、灰色理论、粒子群算法以及神经网络算法等。4.论文计划进度： 12011.062011.09 完成前期文献检索、收集和阅读；22011.092011.11 收集相关的工程资料，构思论文框架，明确课题研究对象、主要内容和研究方法；32011.112011.01 开题报告 42012.012012.12 进行论文有关的计算及数值模拟，整理论文其他组成部分，完成初稿；52012.122013.03 修改论文，基本定稿，进行论文答辩。 参考文献1 李青岳.工程测量学M.北京:测绘出版社，19842 吴中如.高新测控技术在水利水电工程中的应用J.水利水运工程学报，2001(1):13一213 黄声享.变形数据分析方法研究及其在精密工程GPS自动监测系统中的应用D.博士学位论文.武汉大学，20014 林勋.时间序列分析在建筑物变形监测中的应用D.硕士学位论文.吉林大学，20065 岳东杰.水利水电工程变形监测中GPS技术与数据处理研究D.博士学位论文.河海大学，20066 兰孝奇.GPS精密变形监测数据处理方法及其应用研究D.博士学位论文.河海大学，20057 陈永奇，吴子安，吴中如.变形监测分析与预报J.北京:测绘出版社，1997.118刘旭春.高精度数字水准仪在沉降监测中的应用J.测绘通报，2006，(1):60一6193(l):309一3319 日本道路协会编，蔡恩捷译，道路土工一软土地基处理技术指南，北京:人民交通出版社，198410 铁道部第一勘测设计院编，铁道工程设计技术手册(路基)，北京:中国铁道出版社,1992,张诚厚、199711 王引生，袁文明，戴济群编著，高速公路软基处理，北京:中国建筑工业出版社，12 高速公路软土地基的沉降问题，中国公路学报，1993，6(l):61一6613 EW-BRAND、R.P.BRENNER编著，叶书麟、宰金璋译校，软粘土工程学，北京:中国铁道出版社，199114 孙更生、郑大同，软土地基与地下工程，北京:中国建筑出版社，198415GibsonR.E.，EnglandG.L.，HusseyM.J.H.，TheTheoryofone一dimensionalConsolidation of SaturatedClay(I)，Geoteehnique，1967，17(3):261一27316 GibsonR.E.，Schiff比anR.L.，CargilK.W.，TheTheoryofOne一dimensional Consolidation 0f SatUratedClays(11)，Can.Geoteeh.J.，1981，18(2):280一29317 窦宜等，自重应力作用下饱和粘土的固结变形特性，岩土工程学报，1992，14(6):18 蔡正银等，自重应力作用下饱和粘土的固结变形特性，岩土力学与工程的理论与实践，杭州:浙江大学出版社，199219 黄文熙、张文正、俞仲泉，水工建筑物土壤地基的沉降量与地基中的应力分布，水利学报，1957(2):l6020 Davis E.H.and Poulus H.G.，The Use of Elastie Theory for Settlement Prediction Under Three一dimensional Conditions，Getechnique，1968，18(1):67912l 魏汝龙，三维变形条件下的最终沉降量计算，水利水运科学研究，1979，(2):50一8422 Laxnbe T.W.，Methods of estimating settlement，J.5011Meeh.and Found.Div.ASCE，1964，90(5):436723 SkemPton A.W. And Bjerum L.，A Contribution to the Settlement Analysis of Foundation on CLAY,Geteehnique，1957，7(4):168一17524 Lerouei1 S一Recent develoP mentineon solidation of natural clays，Can.Geotech.J.，1988，25(l):8510725 Mersi G.，and Choi Y.K.，Settlement Analysis of Embankment of Soft Clays，J.Geotech.Engrg一ASCE，1985，111(4):441一46426 朱梅生主编，软土地基，北京:中国铁道出版社，198927 龚晓南，对几个问题的看法，地基处理，1999，10(2):60一6128 周镜，软土沉降分析中的某些问题，中国铁道科学，1999，20(2):17一2929 Leroueil S.，Compressibility of clays:Fundamental and PractiealAsPeets，J.Geotech. And Geotech.and Geoenvir.Engrg.，ASCE，1996，122(7):534一54330 殷建华、Jack1.Clark，土体与时间相关的一维应力一应变性状、弹塑性模型和固结分析，岩土力学，1994，15(3):658031 殷建华、Jack1.Clark，土体与时间相关的一维应力一应变性状、弹塑性模型和固结分析(续)，岩土力学，1994，15(4):65一7532 Jin J-H.,Graham J.，Viseous-elastie-Plastie Modeling of One-Dimensional Time-depen