左昌群,刘代国,丁少林,李林森

(中国地质大学(武汉) 工程学院， 武汉　430074)



基于分形理论的隧道地表沉降分析及预测

左昌群,刘代国,丁少林,李林森

(中国地质大学(武汉) 工程学院， 武汉430074)

摘要：隧道地表沉降变形时间序列是具有分形特征的非线性体系，以狮子山隧道地表沉降监测为研究对象，基于分形理论，使用R/S分析法和V/S分析法计算了累计沉降和沉降速率时间序列的Hurst指数，并评价了地表沉降的稳定性，结合V统计量评价了这2种分析方法的有效性和地表变形的非循环周期；最后，使用分形插值函数与回归函数对地表沉降值进行了预测评价。结果表明，R/S分析法和V/S分析法对分析地表沉降时间序列具有较好的有效性，R/S分析法受短期记忆影响大，计算结果偏于安全，而 V/S分析法评价地表变形稳定性更加保守，3个监测点将长期处于稳定状态，且其时间序列的非循环周期约为20 d。使用分形插值得到的预测值与实测值间误差较小，且能正确反映变形演化趋势，较传统的回归分析优越，可以为地表沉降预测提供一种参考。

关键词：地表沉降；变形时间序列；分形理论；Hurst指数；分形插值

1研究背景

隧道进出口段常属于围岩风化破碎的浅埋地段，进出口围岩变形的控制是隧道开挖的关键技术之一，对隧道进出口段地表沉降监测及稳定性评价尤为重要，然而由于隧道所处地质环境及变形诱发因素的复杂性，导致地面沉降时程曲线呈现上下波动状态，具有很强的非线性特征。……