深基坑開挖水平位移動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)研究.pdf

1、本論文的主要目的是提出深基坑開挖水平位移綜合預(yù)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)深基坑開挖引起的水平位移進(jìn)行預(yù)報(bào)，防忠于未然，同時(shí)也可以對(duì)降低圍護(hù)工程造價(jià)提供依據(jù)。其研究方法是針對(duì)深基坑開挖水平位移預(yù)測(cè)的有關(guān)理論和方法，回顧和評(píng)價(jià)當(dāng)前的研究狀況和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)現(xiàn)存的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行歸納分析，指出在這一領(lǐng)域的不足和存在的問題，改進(jìn)其不足，并將其他領(lǐng)域的新理論引進(jìn)深基坑開挖水平位移預(yù)測(cè)，然后將預(yù)測(cè)方法有機(jī)聯(lián)系在一起，建立深基坑開挖水平位移綜合預(yù)測(cè)系統(tǒng)。強(qiáng)調(diào)多種計(jì)算方法并

2、重，綜合預(yù)報(bào)的理念，使各預(yù)測(cè)方法互相關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)，達(dá)到具有不可分的統(tǒng)一性，以避免單一預(yù)測(cè)方法帶來的不足。 本論文著重在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了自己的研究工作：1)以在博士學(xué)習(xí)期間主持的三個(gè)工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為例，全面介紹了三個(gè)北京地區(qū)深基坑開挖的工程概況、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。根據(jù)北京地區(qū)深基坑開挖的特點(diǎn)，即有相當(dāng)多的情況是在非飽和土的環(huán)境中進(jìn)行的，從非飽和土的四相組成與工程性質(zhì)入手，對(duì)非飽和土的基質(zhì)吸力進(jìn)行了探討；分析了護(hù)坡樁樁身剛度對(duì)水平位移的影響；

3、錨桿入坡面深度對(duì)水平位移的影響，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)得出錨桿與土界面的摩阻力分布規(guī)律；分析了土壓力在開挖過程中的變化機(jī)理；進(jìn)而分析了深基坑開挖水平位移的變形機(jī)理。 2)采用Mohr-Coulomb模型，對(duì)基于工程實(shí)例的多層土加兩道鋼支撐一道錨桿情況做了相應(yīng)的FLAC數(shù)值模擬及分析，得出各階段基坑最大水平位移實(shí)測(cè)值基本小于預(yù)測(cè)值，模擬預(yù)測(cè)的變形趨勢(shì)與實(shí)際位移趨勢(shì)基本相符，進(jìn)而提出了基于摩爾-庫(kù)侖彈塑性破壞準(zhǔn)則的反演預(yù)測(cè)方法。 3

4、)對(duì)深基坑開挖變形預(yù)測(cè)的誤差反向傳播的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了總結(jié)和分析，指出了目前深基坑開挖預(yù)測(cè)中應(yīng)用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的不足之處。針對(duì)深基坑開挖的特點(diǎn)，提出了變步長(zhǎng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法，將該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法應(yīng)用到實(shí)際工程中進(jìn)行了驗(yàn)證。 4)將混沌理論引進(jìn)深基坑開挖水平預(yù)測(cè)，提出了混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法：用Lyapunov指數(shù)是否大于零，判斷水平位移是否處于混沌狀態(tài)。由時(shí)間序列項(xiàng)空間重構(gòu)法確定飽和嵌入維，即輸入神經(jīng)元的個(gè)數(shù)。應(yīng)用混沌控制對(duì)輸出參

5、數(shù)進(jìn)行反饋控制。預(yù)測(cè)值的混沌控制可通過對(duì)原有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，選擇混沌態(tài)內(nèi)含的某些臨界點(diǎn)為控制值，當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出達(dá)到控制值任意近的鄰域時(shí)，啟動(dòng)控制機(jī)制，用較小信號(hào)將系統(tǒng)捕捉到目標(biāo)軌道上去。對(duì)工程實(shí)例進(jìn)行了計(jì)算，驗(yàn)證了該方法的可行性。 5)對(duì)數(shù)據(jù)離散比較大、概率分布不易確定的情況，結(jié)合深基坑開挖水平位移的規(guī)律確定可信域，提出基于加權(quán)一階局域法與可信域相結(jié)合的基坑水平位移預(yù)報(bào)模型。深基坑開挖時(shí)鄰近點(diǎn)到預(yù)報(bào)中心點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)，說明

6、數(shù)據(jù)離散性越大，預(yù)測(cè)值的預(yù)測(cè)區(qū)間范圍就越大，此規(guī)律可通過鄰近點(diǎn)到預(yù)報(bào)中心點(diǎn)的最大距離與最小距離的差的正弦反映出來，因此本文提出了考慮鄰近點(diǎn)距離差的影響系數(shù)，以量化鄰近點(diǎn)距離差對(duì)預(yù)報(bào)中心的影響；當(dāng)平均變形速率加快時(shí)，基坑水平位移在較短的時(shí)間內(nèi)增加很快，考慮這種影響，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，本文提出變形速率影響系數(shù)；由于基坑開挖是動(dòng)態(tài)過程，可信域的范圍是隨著施工進(jìn)程的變化而變化的，當(dāng)位移值變化大、變形速率大時(shí)，可信域的范圍就大，因而本文提出可信域

7、由鄰近點(diǎn)距離差影響系數(shù)、變形速率影響系數(shù)決定。由此提出水平位移的一步預(yù)測(cè)公式。將該方法編制成相關(guān)的計(jì)算軟件，通過工程實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。 6)深基坑開挖水平位移的多種預(yù)測(cè)方法，是相互聯(lián)系、互為補(bǔ)充的，可組成一個(gè)集FLAC數(shù)值模擬計(jì)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、混沌理論等各子系統(tǒng)于一身的系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個(gè)綜合統(tǒng)一體，該系統(tǒng)的發(fā)展變化取決于實(shí)際水平位移的變化，由水平位移變化對(duì)各種預(yù)測(cè)方法的影響分析，得出以下結(jié)論：FLAC方法在數(shù)值分析、提前預(yù)測(cè)等方

8、面起著不可取代的作用，因此，該方法可在開挖前提前預(yù)測(cè)每一開挖階段的最大值和開挖結(jié)束的最大值，并在開挖后根據(jù)各階段的水平實(shí)測(cè)位移值修改參數(shù)進(jìn)行階段和最終預(yù)測(cè)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法依賴于水平位移變化，它的優(yōu)點(diǎn)是不必首先建立數(shù)學(xué)模型，可利用實(shí)測(cè)水平位移值建立模型反映系統(tǒng)在近期和現(xiàn)在狀態(tài)下的特性?；煦珙A(yù)測(cè)方法的前提是根據(jù)水平位移變化判斷系統(tǒng)是否處于混沌狀態(tài)，若處于混沌狀態(tài)，則混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出數(shù)據(jù)的控制，達(dá)到準(zhǔn)確輸出預(yù)測(cè)值的目的。同時(shí)也