CN112161602B - 一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于离心模型试验的填方沉降预测方法，涉及填方工程技术领域，包括以下步骤：步骤S1，设置填方工程沉降试验专用模型箱，模型箱内部为分隔模型空间；步骤S2，制作工程关键节点的离心模型试样，制作多参数影响的普遍规律性研究的离心模型试样；步骤S3，模型箱内与离心机数据传输，完成个性化模型试验和共性化模型试验；步骤S4，绘制空间散点集群，拟合、平滑和生成三维空间曲面。本发明节约了时间成本和经济成本，可对客观实体工况的填方沉降进行预先模拟，同时可以用于多种备选方案的比选和设计参数的优化；可以同时建立沉降相关的三项参数关系，并形成空间曲面，避免了现场试验或数值计算的繁琐操作。

Description

一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法

技术领域

本发明涉及填方工程技术领域，具体来说，涉及一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法。

背景技术

随着我国经济飞速发展与城市化进程的快速推进，许多地区都出现了建设用地紧张这一局面。在适度开发的前提下，″削山填沟″、″治沟造地″、″固峁保塬″等填方工程成为我国国土资源开发利用和储备保护的重要决策和发展方向之一。

填方造地工程的沉降与变形直接决定着后续建筑工程的开工时间与建设时序，造地面沉降过大时往往会影响整个填方工程以及后续上部设施的运营安全。因此，填方工程沉降稳定对于后期在填方工程造地面上所修建建(构)筑物的安全非常关键。

通过现场沉降监测可以获得填方区域沉降的第一手资料，对于分析其工后沉降特征与变化规律发挥着重要作用。但是，现有工程实践过程中，传统的现场工后监测方法是在填筑体内部埋设大量沉降监测元器件，并且通过人工长期监测沉降数据，不仅费时、费力、成本高昂、受施工干扰明显、检测元器件受施工破坏严重，且由于实体工程的客观唯一性，只有工程沉降实际发生后才可以知晓，不利于特定沉降诱因的分析。

检索中国发明专利CN108876918A公开了高填方黄土体沉降变形预测方法主要包括如下步骤：建立高填方黄土体所在区域地下水三维饱和非饱和数值模型，预测区域地下水位以及非饱和带填方黄土体中含水率的变化规律；利用高压固结试验分析黄土体的固结沉降和湿陷沉降特征；综合考虑区域地下水的实时变化规律以及黄土体的固结沉降和湿陷特征，利用编程软件将高填方黄土体所在区域剖分成网格进行沉降量的计算，得到不同时间点区域沉降量的分布图以及某个点沉降量随时间的变化曲线。通过提出的预测方法考虑了高填方黄土体中地下水的实时变化，时沉降量的预测结果更加精确；同时可以得到各个时间点区域沉降的空间分布图，有利于管理部门更加有效地对土地进行的规划设计。但监测方法是在填筑体内部埋设大量沉降监测元器件，并且通过人工长期监测沉降数据，费时费力，且成本高昂。

针对以上技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法，包括以下步骤：

步骤S1，设置、组装填方工程沉降试验专用模型箱，模型箱内部为分隔模型空间；

步骤S2，概化实体工程典型断面，确定工程关键节点，按照相似比制作离心模型试样。

S201，将实际工程的典型填方断面进行模型概化与抽象，并确定实际工程的最大、最小、平均填方厚度，利用相似准则，通过换算，制作工程关键节点的离心模型试样；

S202，根据研究需求，另行增设和制作基于参数多样性的普遍规律的研究性离心模型试样；

其中，离心加速度为Ng，则相似率为n，且满足n＝N，个性化模型中三个土柱模型分别对应实际最大、最小、平均填方厚度，土柱高度为原型土柱高度1/n，含水率、密度、压实度等参数均与原型相等；共性化模型由于是普遍性沉降规律的模拟与探讨，应保证各分隔区内土柱的参数多样性，以及统计学上的最小样本数量要求。

步骤S3，分别开展工程实际个性化与普遍共性化沉降规律模拟。即实现模型箱内与离心机数据传输，启动离心机加载到预设离心加速度，保持该加速度稳定运行直至模型箱内各土柱沉降稳定，且离心机持续采集模型箱内填土顶面的沉降数据；

进一步的，步骤S3中其沉降稳定标准包括如下步骤：

S301，保持离心加速度不变，继续运行Tmin；

S302，若激光位移传感器测值波动范围小于且等于±0.2mm，则为模型变形稳定；

S303，若激光位移传感器测值波动范围大于±0.2mm，则为模型变形不稳定，则保持离心加速度不变，继续运行Tmin，直至满足步骤S202。

按照上述标准，分别完成实际工程个性化模型试验和普遍的规律性研究模型试验；其中，共性化模型试验根据研究需求，可以制作多组模型、设定多种峰值加速度，但稳定标准相同。

步骤S4，分别将所有模型的沉降数据换算为原型实际沉降量，并以填土含水率ω-填方厚度H-填方沉降S为三维坐标，集成空间散点群落，并拟合、平滑、生成三维空间曲面。

S401，每一组试验中的每一个土柱的均可获得两条沉降时程曲线(每个位移传感器获得一条时程曲线)，换算并绘制对应的原型沉降时程曲线(S-T)，其中

模型换算原型时间，表现式为：

T_原型＝n²·T_模型′

模型换算原型沉降量，表现式为：

S_原型＝n·S_模型′

其中，离心加速度为ng，相似率为n。

S402，选取每一条S-T曲线上沉降稳定时的沉降量(即原型最终沉降量)，并与其含水量、原型填方高度相对应，在含水率ω-填方厚度H-填方沉降S三维坐标空间绘制各空间散点，其中

模型换算原型含水量，两者相等，表现式为：

ω_原型＝ω_模型

模型换算原型含填方高度，表现式为：

H_原型＝n·H_模型

其中，离心加速度为ng，相似率为n。

S403，通过数据处理软件，对三维空间的集成离散点进行拟合、平滑，由此生成包含含水率ω、填方厚度H、填方沉降S信息的三维空间曲面。

S404，以此空间曲面为基础，当已知含水量、填方高度、填方沉降中任意两个参数时，可以快速插值在曲面上获得第三项参数。

本发明的有益效果：

1、本发明基于离心模型模拟和计算黄土填方工程沉降，方法可靠合理，边界条件清晰，即符合填方工程沉降预测与计算需求又能剔除现场施工影响，便于风险控制；

2、本发明基于离心模型试验的黄土高填方沉降模拟与计算，操作简便，费用低廉，在室内通过离心加速度还原实体工程几何尺寸，与现场试验与监测方法相比，该法不受实际工程的场地限制和制约，试验过程中无需占用大量的土地资源；

3、本发明以离心模型试验的方法来模拟和计算填方体长期沉降，通过离心加速度极大缩短了试验周期，将现场长达几年的试验和监测周期在短短几小时内完成，节约了时间成本和经济成本；

4、本发明的离心试验方法无需制作与实际工程完全相似的填方断面，只需关注工程关键节点(即最大、最小、平均填方厚度处)，模拟和计算关键位置的沉降量，以此限定实际填方工程的沉降的上限、下限、平均值，试验方法更为简便，操作更为简单。

5、本方法不仅可以对客观实体工况的填方沉降进行预先模拟，同时，可以通过重复制样并设定不同预定加速度的方法用于多种备选方案的比选，在满足工程预算的前提下，有助于最优填方设计方案的选择和设计参数的确定；

6、本发明其常规的试验方法仅能获得平面二维试验结果，研究单变量(含水量、厚度、压实度等)引起的填方沉降，而基于本试验方法可以同时建立填土含水率一填方厚度一工后沉降量的三项参数关系，并形成立体曲面图形，本构关系更为直观；并可通过任何两个已知参数在空间曲面插值，快速预测、计算第三变量，进一步避免了试验或数值计算的重复性操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法的离心模型示意图；

图3是根据本发明实施例的一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法的分隔式模型箱俯视图；

图4是根据本发明实施例的一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法的分隔式模型箱立面图；

图5是根据本发明实施例的一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法的工程断面示意图；

图6是根据本发明实施例的一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法的试验样品填筑与制作过程图；

图7是根据本发明实施例的一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法的试验样品制作完成后的整体立面图；

图8是根据本发明实施例的一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法的离心加速度加载曲线图；

图9是根据本发明实施例的一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法所获得的三维空间曲面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法。

如图1-图9所示，根据本发明实施例的基于离心模型试验的填方沉降预测方法，包括以下步骤：

步骤S1，如图2所示，按照长、宽不小于30cm基本原则，设计、设置填方工程沉降试验专用模型箱；采用钢板组装后，吊装、制作模型箱，其内部为分隔式空间组合(图3～图4)；

需要说明的是，离心模型试验过程中应该考虑到填土下沉过程中，四周模型箱侧壁对土样产生的摩擦阻力影响，即边界效应。因此，模型箱的分隔数不宜过多，应保证每个分隔区内中间部位的土体属于自重沉降，不受边界效应影响；两个侧壁边界效应影响范围按照5cm范围计，总计10cm，中间自重沉降区域至少20cm，因此，每个分隔区的长、宽不宜小于30cm。

需要说明的是，如图4所示，该模型箱内不同土柱高度将是通过下覆混凝土垫块予以自由调节，即模型制作完成后的各隔层土样表层处于相同水平位置。即本发明只关注填筑体本身的沉降与变形，对其进行模拟与预测，无论实际工程是岩质沟谷地基还是土质沟谷地基，一律采用刚性混凝土垫块予以等效，直接剔除了下卧原始沟谷地基变形对上覆填筑体沉降的影响。

步骤S2，概化填方工程典型断面，确定工程关键节点和试验参数，按照相似比制作离心模型试样。其中，离心加速度为Ng，则相似率为n，且满足n＝N，

S201，如图5所示，将实际工程的典型填方断面进行模型概化与抽象，并确定实际工程的最大、最小、平均填方厚度，利用相似准则，通过换算，制作工程关键节点的离心模型试样(即个性化模型)；

S202，根据研究需求，另行增设和制作不同参数条件下的离心模型试样(共性化模型)，以用于填方沉降的普遍性规律研究与预测。

需要说明的是，上述S2制样，如图4所示，提前在模型箱上规划等厚度刻度线，计算每个分隔区域内每层土样质量；如图6所示，制样时，倒入该层土样后，进行夯击、压实；当土样顶面与刻度线重合时，倒入下一层土样，继续锤击、压实；如图8所示，循环以上操作，直至该分隔区内土样达到预定标高。

需要说明的是，上述S201个性化模型中，三个分隔区的土柱模型分别对应模拟原型的最大、最小、平均填方厚度，即控制性填方厚度；其模型箱内土柱高度为原型土柱高度1/n，含水率、密度、压实度等参数均与原型相等；通过离心模型试验可确定实体填方工程三个工程关键节点厚度处的沉降量，无需制作整个工程断面的离心模型；上述S201个性化模型中，当最大、最小填方厚度相差悬殊，无法在同一相似率下完成试验时，可以分开制作模型，分别采用不同的离心加速度(相似率)进行离心模型试验；当实际工程有多个典型断面时，可以采用上述方法制作多组离心模型。

需要说明的是，由于S201个性化模型仅针对实际工程关键节点的断面进行模拟，试验样本较少，不利于普遍性的填方沉降规律研究与探讨，因此，需要增加S202共性化模型试验；上述S202共性化模型试验，其试验组数理论上可以无穷多，但考虑到试验成本限制，应根据研究需求而定；此外，由于土性指标的变异性，单个指标并不能代表土的工程特性。因此，S202应保证试验样本的多样性，建议此类试验至少不得少于2组即6个土柱的离心模型试验，以满足概率统计学上的最小样本量的基本要求。

步骤S3，分别开展工程实际个性化与普遍共性化沉降规律模拟。实现模型箱内与离心机数据传输，如图8所示，启动离心机加载到预设离心加速度，保持该加速度稳定运行直至模型箱内各土柱沉降稳定，且离心机持续采集模型箱内填土顶面的沉降数据；

步骤S3中，其沉降稳定标准包括如下步骤：

S301，保持离心加速度不变，继续运行Tmin；

S302，若激光位移传感器测值波动范围小于且等于±0.2mm，则为模型变形稳定；

S303，若激光位移传感器测值波动范围大于±0.2mm，则为模型变形不稳定，则保持离心加速度不变，继续运行Tmin，直至满足步骤S302。

需要说明的是，按照上述沉降稳定标准，分别完成实际工程个性化模型试验和普遍的规律性研究型模型试验；其中，共性化模型试验根据研究需求，可以制作多组模型、设定多种离心峰值加速度，即模拟填方高度、填土含水率可以不同，但所有试验的最终沉降稳定判定标准均应相同。

需要说明的是，上述S3中，同一组试验内的三个土柱的沉降稳定所需时间将会有所不同，即在含水量相同的条件下，土柱高度越大(即模拟的填方厚度越大)时，沉降量也越大，达到沉降稳定时间也将越长。此时，只有当最大厚度的土柱沉降稳定后方能停止试验，即只有当其模型顶面的两个位于传感器实时监控得到的沉降时程曲线均达到稳定标准后方能停机。

步骤S4，分别将所有模型的沉降数据换算为原型实际沉降量，并绘制填土含水率ω-填方厚度H-填方沉降S的空间散点集群，进而拟合、平滑、生成三维空间曲面。

S401，每一组试验中的各分隔区内土柱均可获得两条沉降时程曲线，换算并绘制对应的原型沉降时程曲线(S-T)，其中

模型换算原型时间，表现式为：

T_原型＝n²·T_模型′

模型换算原型沉降量，表现式为：

S_原型＝n·S_模型′

其中，离心加速度为ng，相似率为n。

S402，选取每一条S-T曲线上沉降稳定时的沉降量(即原型最终沉降量)，并与其含水量、原型填方高度相对应，在含水率ω-填方厚度H-填方沉降S三维坐标空间绘制散点，其中

模型换算原型含水量，两者相等，表现式为：

ω_原型＝ω_模型

模型换算原型含填方高度，表现式为：

H_原型＝n·H_模型

其中，离心加速度为ng，相似率为n。

S403，通过数据处理软件，对三维空间散点集群进行拟合、平滑，由此生成包含填土含水量ω、填方高度H、填方体沉降量S信息的三维空间曲面。

S404，以此空间曲面为基础，当已知ω、H、S中任意两个参数时，可以快速插值在曲面上获得第三项参数值。

需说明的是，上述空间三维坐标即填土含水量ω、填方高度H、填方体沉降S；其中，通过S401、S402可获得若干空间散点集群；S403中的数据拟合和平滑可通过Matlab、Origin等数据处理软件予以实现。

需要说明的是，填土含水量ω、填方高度H均为自变量，填方体沉降S为因变量，任意一个自变量的改变均可引起因变量的改变；因此，在步骤S404中，(1)如果两个自变量一填土含水量ω、填方高度H均为已知，则可通过在空间曲面上插值，快速正向计算因变量最终沉降量S；(2)如果含水量ω、填方体沉降S为已知，则可通过插值，反向推算自变量H值，即沉降量为S时所处的场地大概位置和填方厚度；(3)如果填方厚度H、填方体沉降S为已知，则可通过插值，反向推演自变含水量ω，即所需满足的水、土配合比。

具体的，如图1～图9所示：首先，以拟建的填方场地实际沟谷地形为基础，概化典型断面，确定工程关键节点填方厚度，根据离心模型相似准则，开展个性化模型试验。本实例中，实际工程断面如图5所示，工程实际填土压实度0.85左右，最大填筑黄土厚度70m左右，该区域的黄土的最优含水率ωop＝16％左右。离心加速度设定为100g，则相似率n＝100，由此换算模型尺寸，其中几何尺寸为原型的1/n，如填筑黄土最大填筑高度为70cm，含水量、填土压实度等则与原型保持一致。因为场地填土较为均匀，因此，该实例所对应的离心试验中三个土柱的含水量、压实度基本相同，只有土柱高度(模拟填方厚度)有所差异。

其次，因上述个性化模型试验的数据量有限，试验重点应是基于参数多样性的普遍性填方沉降规律的模型试验；如若实际工程方案尚未完全确定，个性化模型试验还可作为多种备选填方技术方案的比选、测试，用于工程参数的确定与优化。如图2所示，为了防止在试验期间位移监测仪器出现故障，每个模型箱的填筑土顶面上采用至少两个检测仪器，编号分别是：A模型箱S1、S2；B模型箱S3、S4；C模型箱S5、S6；其中，A、B、C三个分隔模型空间内的重塑土的压实度相同，但含水量、高度有差别，A、B、C三个小模型空间含水量分别是11％、16％、21％(ωop-5％、ωop、ωop+5％)。

在该试验设置的填筑土高度分别是20、30、40、50、60、70cm。由此换算模型尺寸，其中几何尺寸为原型的1/100，根据图2的模型，设置试验方案模型高度、原型高度对照，如表1所示：

表1模型高度、原型高度对照

其中，H是图2中的表示可变高度，″模型高度/cm″是模型箱的填筑土的高度，″原型高度/m″是模型箱的填筑土换算成原型的高度。

具体的，参考上述表1，设置2组试验方案：

第1组试验H＝20cm，A、B、C的模型重塑土填筑高度分别是60cm、40cm、20cm。

第2组试验H＝30cm，A、B、C的模型重塑土填筑高度分别是70cm、50cm、30cm。

以实际填土的工程参数为基础，突出土样参数的离散性与多样性，确定离心模型试验模型中重塑土填料的变化范围，试验模型中重塑土填料的变化范围一定比实际含水量的变化范围要大，即实际含水量的变化范围在离心模型试验模型中重塑黄土填料的变化范围之内，如图2所示，此次试验含水量变化范围是：(ωop-5％)～(ωop+5％)。具体的，离心模型试验的三个模型的含水量分别是ωop-5％、ωop、ωop+5％，呈均匀增加，此实施例中最优含水率参照实体工程的实际最优含水率，取ωop＝16％。

另外，如图3-图5所示，将离心模型试验箱，分成三个空间大小基本相等的独立空间；如图6所示，分别制作2组离心试验模型，在模型箱中，依据表1，分层回填、击实填土，直至设计高度，形成整体黄土高填方离心试验模型(图8)。

具体的，拼装地基和填土制成的整体离心模型试验模型箱，连接模型箱内与离心机数据传输。启动离心机，加载离心加速度，加载到设定的离心加速度后，保持该加速度稳定运行一段时间，直至地表沉降稳定为止。并且离心机持续采集模型箱内填土顶面的沉降数据。表层沉降稳定后，逐级降低离心加速度直至停机，卸载模型箱，结束离心模型试验。此次离心试验的离心加速度，地表沉降稳定标准：

(1)保持加速度不变，继续运行10min；

(2)如激光位移传感器测值波动范围小于±0.2mm，则视为模型变形稳定；

(3)若满足(1)但不满足(2)则需要继续保持转速，直至满足(2)为止。

其中，同组模型内的三个分隔区内的土柱均达到以上稳定标准，方能停止试验。

具体的，如图8所示，此次离心试验的离心加速度加载过程：离心加速度从0g一次性加载至100g，将实验数据换算为原型实际沉降量。将沉降数据按照模型相似率予以换算，得到原型的沉降稳定情况下的沉降量。

其中，模型→原型时间换算。对于加速度为ng的离心模型试验，离心模型试验相似率为n，则原型沉降时间可通过模型试验时间换算，计算方式如公式：T_原型＝n²·T_模型。

其中，模型→原型沉降量换算。对于加速度为ng的离心模型试验，离心模型试验相似率为n，则原型沉降可通过模型试验沉降换算，计算方式如公式：S_原型＝n·S_模型。

其中，模型→原型填方厚度。对于加速度为ng的离心模型试验，离心模型试验相似率为n，则原型填方厚度可通过模型试验土柱高度换算，计算方式如公式：H_原型＝n·H_模型。

其中，模型→原型含水量，按照离心相似率准则，表现式为1∶1换算关系：ω_原型＝ω_模型

借助于上述换算，分别获得不同含水量(ωop-5％、ωop、ωop+5％)条件下，填方体顶面处的各条沉降时程曲线(S-T)和沉降量-填筑厚度(S-H)关系，提取最终稳定沉降量S，并与原型含水量ω和填方厚度H相对应。

如图9所示，将获取的数据散点集成、拟合、平滑，用于生成ω-H-S空间曲面，即可获得任意工况的地表沉降。具体的，将上述获得的3种不同含水量条件下的填土含水量ω、填方厚度H、最终沉降量S在ω-H-S三维坐标中绘制成对应散点；将所有试验的散点集群通过数据和图形处理软件进行三维曲面拟合、平滑，获得三维空间函数，即S＝f(H，ω)。在自变量高度H、含水量ω范围内任意取点，即可获得此高度和含水量下填方表面的因变量S；此外，如果含水量ω、填方体沉降S为已知，则可通过插值，反向推算自变量H值，即沉降量为S时所处的场地位置和填方厚度；如果填方厚度H、填方体沉降S为已知，则可通过插值，反向推演自变含水量ω，即所需满足的水、土配合比。

此外，上述1组个性化模型试验叠加2组共性化模型试验，共计9个填方土柱的18条沉降曲线，是该发明的最低试验样本数量需求；如若经费条件允许，还可增设更多不同厚度和含水量，制作多种参数组合和多种离心相似率条件下的离心模型试验，通过大数据集群可显著提高试验结果的可靠性和后续步骤中三维空间散点的密集度。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过基于离心模型试验的填方沉降预测与计算方法，其边界条件清晰，即符合填方工程实际沉降预测与计算需求又能剔除现场施工影响，便于风险控制；操作简便，费用低廉，不受实际工程的场地限制和制约；将现场长达几年的试验和监测周期在短短几小时内完成，节约了时间成本和经济成本；不仅可以对客观实体工况的填方沉降进行预先模拟，同时，可以用于多种备选方案的比选，在满足工程预算的前提下，有助于最优填方设计方案的选择和设计参数的确定；可以同时建立填土含水率一填方厚度一工后沉降量的三项参数关系，并形成立体曲面图形，本构关系更为直观；并可通过任何两个已知变量在空间曲面插值，快速预测、计算第三变量，进一步避免了试验或数值计算的重复性操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，设置填方工程沉降试验专用模型箱，模型箱内部为分隔模型空间；

步骤S2，将实际工程的典型填方断面进行模型概化与抽象，并确定实际工程的最大、最小和平均填方厚度，利用相似准则，通过换算，制作工程关键节点的离心模型试样，另外制作多参数影响的普遍规律性研究的离心模型试样，所述工程关键节点的离心模型即为个性化模型，所述多参数影响的普遍规律性研究的离心模型即为共性化模型；

个性化模型是对工程关键节点沉降的模拟，三个土柱高度分别对应实际工程最大、最小、平均填方厚度，且其各自含水量应与实际工程响应区域相同，且土柱样本数量不小于6个；

步骤S3，模型箱内与离心机数据传输，启动离心机加载到预设离心加速度，保持该加速度稳定运行直至地表沉降稳定，且持续采集模型箱内填土顶面的沉降数据，分别逐个完成个性化模型试验和共性化模型试验，所有试验的最终沉降稳定判定标准均应相同；

其中，地表沉降稳定标准，包括如下步骤：

S301，离心机快速运行至目标加速度后，保持离心加速度不变，继续运行Tmin；

S302，若激光位移传感器测值波动范围小于且等于±0.2mm，则为模型变形稳定；

S303，若激光位移传感器测值波动范围大于±0.2mm，则为模型变形不稳定，则保持离心加速度不变，继续运行Tmin，直至满足步骤S302；

步骤S4，分别将所有模型的参数以及沉降数据换算为原型对应的参数与实际沉降量，并以填土含水率、填方厚度和填方沉降量为三维坐标，绘制空间散点集群，拟合、平滑和生成三维空间曲面，以此三维曲面为基础，在任意两项参数已知的条件下，快速插值计算第三项参数。

2.根据权利要求1所述的基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，其离心加速度为Ng，则相似率为n，且满足n＝N，时间为T，沉降量为S，填筑高度为H，含水量为ω，且模型尺寸为原型的1/n。

3.根据权利要求1所述的基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，步骤S1中，模型各分隔槽内的长度、宽度均不小于30cm；各分隔槽内的填土高度采用下覆水泥混凝土块予以实现对模拟高度的自由调节，且当所需模拟土柱条数较多时，可以多次重复制样，并采用不同的离心加速度予以模拟。

4.根据权利要求1所述的基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，步骤S4，包括如下换算方式：

模型换算原型时间，表现式为：

T_原型＝n²·T_模型′

模型换算原型沉降量，表现式为：

S_原型＝n·S_模型′

模型换算原型含水量，两者相等，表现式为：

ω_原型＝ω_模型

模型换算原型含填方高度，表现式为：

H_原型＝n·H_模型

其中，离心加速度为ng，相似率为n。

5.根据权利要求1所述的基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，步骤S4换算后，各分隔区内土柱均可获得两条S沉降-T时程关系曲线；取各自最终稳定沉降量S，与原型含水量ω、原型厚度H相对应，可在三维空间获得ω-H-S的空间散点；若干组试验获得的试验散点集成后，可拟合、平滑、生成空间三维本构曲面。

6.根据权利要求1所述的基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，步骤S4中生成的三维空间曲面，以ω、H为自变量，S为因变量；如果两个自变量ω、H均为已知，则可通过在空间曲面上插值正向计算因变量S，即最终沉降值；如果ω、S为已知，则可通过插值，反向推算自变量H值，即沉降量为S时所处的场地位置和填方厚度；如果填方厚度H、填方体沉降S为已知，则可通过插值，反向推演自变含水量ω，即所需满足的水、土配合比。

Images