郑磊　姚龙龙　宋保全　谭儒蛟

【摘    要】： 为快速分析与把握路基整体形变规律，以实测数据为基础，应用SURFER软件绘制了某公路多期路基沉降累计变化量及月沉降速率等值线图，实现了路基沉降时空演变的可视化表达。

【关键词】： 时空演变；可视化表达；等值线图；路基沉降

【中图分类号】：TU196.2【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）05-04-03

【DOI编码】：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

当前，关于路基沉降监测方法的介绍比较多[1～7]，但是关于路基沉降监测数据表达方式的介绍相对较少。监测数据的主要表达方式为数据报表及时程曲线等；在面对少量监测数据时，该方式具有简洁高效的特点，但在面对较大监测数据量时，该方式则往往难以彰显线路的整体沉降规律。有部分人员利用SURFER软件对煤矿沉陷、地表沉降、基坑变形监测等进行了可视化表达与分析[8～15]，取得了不错的效果；但对于线状公路路基沉降变形尚未有人进行尝试。基于此，本文利用SURFER软件等值线图对路基沉降时空演变进行了有益地尝试，验证了该方法在路基沉降监测数据分析中的独特优势。

1 数据处理方案

SURFER软件具有强大的插值功能和绘制图件能力，可以轻松制作基面图、数据点位图、分类数据图、等值线图、线框图、地形地貌图、趋势图、矢量图及三维表面图等，提供11种数据网格化方法，包含了几乎所有流行的数据统计计算方法，提供各种流行图形图像文件格式的输入输出接口及各大GIS软件文件格式的输入输出接口，大大方便了文件和数据的交流和交换，提供了新版的脚本编辑引擎，自动化功能得到了极大加强，常用来进行XYZ数据处理与各种可视化表达，是地质工作者常用的专业成图软件之一。

为了发挥SURFER软件在路基沉降时空演变可视化表达与分析中的功能，制定数据处理方案如下：

1）基于路基累计沉降时程曲线、纵横断面线、路基月沉降速率曲线对路基沉降进行常规数据表达与分析；

2）基于SURFER软件的路基累计沉降时空演变等值线图、路基月沉降速率时空演变等值线图，对路基沉降进行可视化表达与分析。

2 工程案例

2.1 工程概况

天津某高速公路地处滨海软土地区，堤路共建段K9+497～K26+117全长16.62 km，设计双向4车道，分离式路基半幅宽度为13.75 m，左右幅之间有一宽约4 m、坡度为1∶1.75的斜坡。为了分析研判该段路基的稳定性，制定有针对性的后续施工方案，对公路左右幅路基及巡堤路进行沉降监测，共计113监测横断面，整体上间距200 m，部分加密段间距100 m；每个横断面6个监测点，面向大桩号从左至右每个监测横断面监测点的横向坐标分别为0、5.50、9.70、23.00、27.00、40.75 m，共计678个监测点。2022年1月25日—2022年8月15日，公路运营期进行了6次路基沉降数据采集。

2.2 数据表达与分析

2.2.1 常規数据表达与分析

由于监测断面较多、数据量较大，以6次实测数据为基础，绘制某断面监测数据曲线。见图1。

从图1a可以看出，路基沉降随着时间的推移在不断下沉，但是横断面上点位沉降速率可能存在较大差异；从图1b可以看出，路基横向上存在较为明显的差异沉降；从图1c可以看出，近6个月以来公路路基最大累计沉降约为47 mm，纵向上存在4处较为明显的沉降槽；从图1d可以看出，公路最大月沉降速率为16.6 mm，大部分在5 mm以内，部分路段沉降速率相对较大。

从上述分析可以看出，针对较少数据进行分析时，常规的时间曲线、纵横断面线、沉降速率曲线可以快速对最大沉降量、沉降速率、差异沉降等进行精准分析；但如果路段较长、监测点较多时，逐个断面进行分析工作量将相当巨大，而整体分析由于很多点位沉降量相近，沉降曲线往往交织在一起，难以对沉降数据有一个时空演变上的快速整体把握。

2.2.2 基于SURFER等值线图的数据表达与分析

以6次实测数据为基础，基于SURFER软件绘制了2022年5—8月的路基累计沉降时空演变等值线图、路基月沉降速率时空演变等值线图。数据网格化处理时，横向间距选择8 m，纵向间距选择150 m，高程插值模型选择克里金插值法；由于路基沉降监测一般为带状，为了图形显示合理均衡，纵向坐标以百米为单位，然后纵坐标轴标识显示时后缀添加2个0，从而实现里程桩号单位为米；横坐标据实显示即为米。见图2和图3。

从图2和图3可以看出，截至2022年8月15日，运营期路基累计沉降最大值约为46 mm；纵向上路基沉降存在4处较为明显的沉降槽；右幅路基整体上较左幅路基、巡堤路沉降大；路基月沉降速率除个别区段外整体上处于5 mm以内；月沉降速率超过5 mm的区段时空上并不完全重叠，而是存在一定差异。

从上述分析可以看出，基于赋色后的等值线图，路基累计沉降数据、路基月沉降速率实现了时空演变的高度统一，路基累计沉降、路基月沉降速率时空演变规律和特点直观、快速显示，为参建各方及时准确快速整体把握路基沉降规律提供了有力的支撑。

3 结语

通过对路基沉降数据表达与分析的对比可以看出，基于赋色后的SURFER等值线法相比常规数据分析方法在数据量较大的监测数据分析时能够快速实现路基沉降时空演变的高度统一，在快速把握路基沉降规律方面具有直观、高效的显著优势；但该方法在数据精准统计分析时存在一定不足，建议在后续类似工程监测数据分析过程中，将常规数据报表、纵横断面线、时程曲线与SURFER等值线法同步采用。

参考文献：

[1]杨婧. 路基沉降全方位监测方法与技术的研究[D]. 北京：北京交通大学，2014.

[2]郑磊，马兆强，张启斌，等.路基剖面管沉降监测技术及其变形规律分析[J].工程勘察，2015，43（3）：75-78+88.

[3]王丽媛，王笃礼，丁建平，等.沉降监测指导高填方路基施工[J].工程勘察，2003，31（3）：44-46.

[4]朱清波. 路基沉降观测与填筑同步施工技术研究[J].公路，2014，59（1）：97-99.

[5]张红春，侯建军. PVC管剖面沉降仪在高速公路路基沉降观测中的应用[J].公路，2007，52（8）：184-186.

[6]陈奇.二等水准在汕汾高速公路软基路段工后沉降监测的应用[J].测绘与空间地理信息，2011，34（4）：210-211+213.

[7]张序.高速公路软土地基沉降板观测沉降的程序和方法[J].公路，2002，47（12）：47-51.

[8]党迎春，周就猫.基于Surfer和Grapher的基坑变形监测数据分析[J].北京测绘，2019，33（1）：90-95.

[9]王贵满.基于Surfer与Grapher的沉降观测绘图分析[J].测绘与地理空间信息，2018，41（3）：159-162.

[10]杨双有，陈久吾.基于SURFER的地表沉降规律可视化分析与研究[J].内蒙古煤炭经济，2019，（10）：35-36.

[11]胡刚，张金龙. SURFER在沉陷监测中的应用研究[J].煤炭技术，2011，30（5）：182-184.

[12]栗帥，郭广礼，徐斗斗，等.基于FLAC3D和SURFER的矸石充填开采沉陷数值模拟[J].金属矿山，2010，（7）：19-22.

[13]李会林.变形监测数据的向量法可视化分析模型——以珠海发电厂循环水泵房观测数据为例[J].城市勘测，2016，（6）：123-126.

[14]郑睿博，周荣福，徐海林，等.基于Surfer及AutoCAD软件的等厚线图绘制[J].中州煤炭，2010，（10）：92-93.

[15]杨宇宏，许胜.基于Surfer和ANSYS复杂地质体的FLAC3D实体建模[J].山西建筑，2011，37（5）：63-64.