金色雅园站深基坑土体参数反分析
基坑抗倾覆验算
基坑抗倾覆验算基坑抗倾覆验算是在基坑工程中常见的一种分析计算方法，用于确定基坑围护结构的稳定性和安全性。
基坑工程是指在建筑施工中开挖的较大的土方工程，如地下停车场、地下商场等。
由于基坑的开挖会改变土体的平衡状态，容易引起土体的倾斜、滑动或崩塌，因此需要进行抗倾覆验算来确保基坑的安全性。
基坑抗倾覆验算的目的是确定基坑围护结构在土压力和地下水压力的作用下是否能够保持稳定，并满足设计要求。
验算过程通常分为以下几个步骤：1. 确定基坑的几何参数：包括基坑的深度、宽度、倾斜角度等。
这些参数的确定需要考虑到地下水位、土体的物理力学性质以及施工方法等因素。
2. 确定土体力学参数：土体的力学性质是进行抗倾覆验算的基础。
常见的土体力学参数包括土壤的内摩擦角、黏聚力、重度等。
这些参数可以通过室内试验或现场测试来确定。
3. 计算土压力：基坑开挖后，土体受到的压力会发生变化。
需要根据土体的内摩擦角、地下水位等因素，计算出土体在不同深度和不同倾角下的水平和垂直土压力。
4. 计算地下水压力：地下水对基坑围护结构的稳定性有重要影响。
需要根据地下水位、土体的水力性质等因素，计算出地下水对基坑围护结构的水平和垂直水压力。
5. 进行抗倾覆验算：根据土压力和地下水压力的计算结果，可以进行抗倾覆验算。
常见的抗倾覆验算方法包括平衡法、极限平衡法等。
通过比较计算结果与设计要求，判断基坑围护结构的稳定性和安全性。
基坑抗倾覆验算是基坑工程设计和施工中非常重要的一部分。
合理的抗倾覆验算可以确保基坑工程的安全性和可靠性，避免发生倾覆事故。
在实际工程中，还需要考虑其他因素，如基坑支护结构的设计和施工方法、土体的变形和应力分布等，以使抗倾覆验算结果更加准确和可靠。
基坑抗倾覆验算是基坑工程中必不可少的一项工作。
通过合理的几何参数确定、土体力学参数确定、土压力和地下水压力的计算以及抗倾覆验算的过程，可以确保基坑的稳定性和安全性。
同时，在实际工程中还需要考虑其他因素，以使验算结果更加准确可靠。
某超大超深基坑盖挖逆作法施工阶段计算与分析.
2009年集团公司青年科技论文专辑某超大超深基坑盖挖逆作法施工阶段计算与分析陈远洲【摘要】本文介绍某车站工程概况及盖挖逆作法施工阶段计算与分析,采用建筑结构通用有限元分析与设计软件MIDAS/Gen中施工阶段分析对盖挖逆作法施工阶段全过程进行模拟计算,并提出盖挖逆作法车站施工阶段计算应注意的问题。
【关键词】车站大跨度围护结构盖挖逆作法地下连续墙施工阶段(中铁第四勘察设计院集团有限公司城建院武汉4300631引言逆作法是施工顺序与顺作法相反,以地下连续墙作为基坑支护结构兼作地下室外墙,楼板横梁代替支撑,由上向下依次开挖和构筑结构体的施工方法,适用于多层地下室、地下车站、隧道及周边环境复杂的地下构筑物。
是一项近几年发展起来新兴的基坑支护技术。
它是施工多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。
逆作法施工过程中结构型式、刚度、支承条件及荷载等不断变化。
与使用阶段结构的受力不同,因此,逆作法不仅要进行正常使用阶段受力分析,还要进行施工阶段受力分析[1][2][3][4][5]。
2工程概况某车站位于城市中心区,车站采用地下方案,由地下三层组成。
车站外包总长1022.7m,车站宽度最宽处标准段宽78.860m,底板埋深约31m,覆土约为3.0m,为地下三层箱形框架结构。
车站两侧高层及超高层建筑众多,主要有一栋24层高层建筑,距离基坑边17m,一栋39层高层建筑,距离基坑边13m,一栋47层高层建筑,距离基坑边21m。
3工程地质站区地层上部主要为第四系全新统人工堆积层(Q4ml、冲洪积层(Q4al+pl、第四系残积层(Qel、燕山期花岗岩(路基・勘测与设计铁道4车站盖挖逆作法施工阶段计算与分析4.1盖挖逆作法施工阶段计算目的盖挖逆作法施工阶段计算主要是为了验算主体结构桩、柱、梁、板在逆作施工过程中,结构承载力及变形是否满足设计要求。
4.2车站结构方案及施工方法根据围护结构方案比选结果,车站围护结构采用1500mm连续墙,车站主体采用三层框架结构,层高分别为7.7m,8.3m,11.4m,横向最大跨度为21.46m,板厚分别为1.2m,0.25m,0.25m,1.4m,采用纵横梁体系,顶横梁采用1400*2500mm型钢混凝土梁,顶纵梁采用1400*2200mm型钢混凝土梁,中横梁采用1000*1600mm型钢混凝土梁,中纵梁采用1000*1600mm钢筋混凝土梁,中柱采用2800mm 、2009年集团公司青年科技论文专辑计算荷载:计算荷载包括水、土压力、结构自重及活载(施工荷载、人群荷载、地面汽车荷载等。
深基坑计算
建筑基坑工程仪器监测项目表(GB50497-2009 )
监测项目 基坑类别 （坡）顶水平位移 一级 应测 二级 应测 三级 应测
墙（坡）顶竖向位移
围护墙深层水平位移 土体深层水平位移 墙（桩）体内力 支撑内力 立柱竖向位移 锚杆、土钉拉力 坑底隆起 土压力 孔隙水压力 地下水位 土层分层竖向位移 墙后地表竖向位移 竖向位移 周围建（构） 筑物变形 倾斜 水平位移 裂缝 周围地下管线变形 软土地区 其他地区
注：基坑类别的划分按照国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002执行。
深基坑监测点布置
设置在围护结构里的测斜管，按对基坑工程控制变形的要求， 一般情况下，基坑每边设1～3点；测斜管深度与结构入土深度一样。 围护桩（墙）顶的水平位移、垂直位移测点应沿基坑周边每隔10～ 20m设一点，并在远离基坑（大于5倍的基坑开挖深度）的地方设基 准点，对此基准点要按其稳定程度定时测量其位移和沉降。 环境监测应包括基坑开挖深度3倍以内的范围。房屋沉降量测点 则应布置在墙角、柱身（特别是代表独立基础及条形基础差异沉降 的柱身）、门边等外形突出部位，测点间距要能充分反映建筑物各 部分的不均匀沉降为宜。 立柱桩沉降测点直接布置在立柱桩上方的支撑面上。每根立柱 桩的隆沉量、位移量均需测量，特别对基坑中多个支撑交汇受力复 杂处的立柱应作为重点测点。对此重点，变形与应力量测应配套进 行。 在实际工程中，应根据工程施工引起的应力场、位移场分布情 况分清重点与一般，抓住关键部位，做到重点量测项目配套，强调 量测数据与施工工况的具体施工参数配套，以形成有效的整个监测 系统。使工程设计和施工设计紧密结合，以达到保证工程和周围环 境安全和及时调整优化设计及施工的目的。
（2）对于土压力的分析和计算采用朗肯理论和库仑 理论。朗肯土压力理论是根据土的应力状态和极限平衡 建立的，分析时假设①墙后填土面水平；②墙背光滑。 各类软件计算依据的规范为《建筑基坑支护技术规 程》 （JGJ120-99）。
理正深基坑软件应用参数说明
理正深基坑软件应用参数说明1. 各种支护结构计算内容排桩、连续墙单元计算包括以下内容：⑴土压力计算；⑵嵌固深度计算；⑶内力及变形计算；⑷截面配筋计算；⑸锚杆计算；⑹稳定计算：整体稳定、抗倾覆、抗隆起、抗管涌承压水验算。
其中内力变形计算、截面配筋计算及整体稳定计算与规范无关，其他计算按选择的规范采用相应计算方法。
水泥土墙单元计算包括以下内容：⑴土压力计算；⑵嵌固深度计算；⑶内力及变形计算；⑷截面承载力验算；⑸锚杆计算；⑹稳定验算：整体稳定、抗倾覆、抗滑移、抗隆起、抗管涌承压水验算。
其中内力变形计算、截面配筋计算及整体稳定计算与规范无关，其他计算按选择的规范采用相应计算方法。
土钉墙单元计算包括以下内容：⑴主动土压力计算；⑵土钉抗拉承载力计算；⑶整体稳定验算；⑷土钉选筋计算。
系统仅提供〈建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-99 )及石家庄地区王长科法》计算方法，放坡单元计算包括以下内容：系统仅提供整体稳定验算.2. 增量法和全量法？(1)全量法是4.3版本以前采用多计算方法，采用这种计算时不能任意指定工况顺序。
(注意：采用该方法会使5.0版本某些新增数据丢失。
)所谓总量法，就是在施工的各个阶段，外力是实际作用在围护结构上的有效土压力或其它荷载，在支承处应考虑设置支承前该点墙体已产生的位移。
由此就可直接求得当前施工阶段完成后围护结构的实际位移和内力。
(2)增量法：采用这种方法，可以更灵活地指定工况顺序。
所谓增量法计算，就是在各个施工阶段，对各阶段形成的结构体系施加相应的荷载增量，该增量荷载对该体系内各构件产生的内力与结构在以前各阶段中产生的内力叠加，作为构件在该施工阶段的内力，这样就能基本上真实地模拟基坑开挖的全过程。
因此，在增量法中，外力是相对于前一个施工阶段完成后的荷载增量，所求得的围护结构的位移和内力也是相对于前一个施工阶段完成后的增量，当墙体刚度不发生变化时.与前一个施工阶段完成后已产生的位移和内力叠加，可得到当前施工阶段完成后体系的实际位移和内力。
3 1弹性参数反演(基本)
结合有限元
研究对象不同，反分析的参数不同，具体方法有 所差异
优化方法
以某坝及岩基的弹性参数反演为例
前期要求：充足的监测资料、优化方法、有限元
1、概况
某水库大坝，从基础开挖过程中发现山坡剖面明显存在 由左向右倾向河谷的软弱夹泥层以来，大坝的安全运行 一直是值得关注的问题。 一方面由于对其材料的各项物性参数的缺乏了解，另一 方面也是为了更准确的反映实际情况，在准确分析大坝 稳定安全之前，先对其大坝材料和坝基岩体的物理力学 参数进行反演分析是必须和必要的。
3、有限元计算模型
建立如下图所示的该重力坝及基础的平面应变 有限元计算模型，其单元为平面四边形单元， 总共为1269个节点和1170个单元。 基础边界条件，上下游垂直面及底部水平面均 为法向连杆约束。
该坝地基地质条件复杂，坝基岩体分为基岩Ⅰ、 基岩Ⅱ和基岩Ⅲ，坝体分为浆砌块石体和混凝 土两种材料
7、小结
基础：位移观测资料和应变计观测资料 利用该资料对研究对象的本构关系、分区 物理力学参数进行反演分析； 按非线性弹性反演比线弹性模型反演精度 高、效果好
复合形法的基本思想来自单纯形法，这种方法是 在n维受非线性约束的设计空间内，由K>n＋1个 顶点（常取K=2n）构成多面体，称之为复合形。 然而对复合形的各顶点函数值逐一进行比较，不 断丢掉使目标函数值最大的顶点，代之既能使目 标函数有所改进，又满足约束条件的断点，逐步 调向最优点。
根据复合形法原理编制相应反演分析程 序，其中的非线性有限元计算子程序考 虑随水位的不断上升，荷载的逐级加大 来模拟蓄水期水荷载对大坝的真实的加 载过程，期望能更好的反演出坝体的真 实弹模 反演分析流程图见下图。
深基坑理正计算的问题探讨
岩土力学参数с、ф取值 岩土水平抗力比例系数m取值 理正深基坑冠梁刚度的计算 理正深基坑支撑支锚刚度的计算 理正深基坑支撑材料抗力的计算 其他
岩土力学参数с、ϕ取值
依据建设部《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）
3.1.14条规定 1)地下水位以上的黏性土、黏质粉土，土的抗剪强度指标应 采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、ϕcu或直剪固结快剪 强度指标ccq、ϕcq,地下水位以上砂质粉土、砂土、碎石土， 应采用有效应力强度指标c、、ϕ、； 2)对地下水位以下的黏性土、黏质粉土，采用水土合算；对 正常固结或超固结土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结 不排水抗剪强度指标ccu、ϕcu或直剪固结快剪强度指标ccq、 ϕcq，对欠固结土，宜采用有效自重压力下预固结的三轴不 固结不排水抗剪强度指标cuu、ϕuu
岩土水平抗力比例系数m取值
依据建设部《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）4.1.5
条规定 1）基坑内侧土的水平反力系数可按下式计算： Ks=m(z-h) m—-土的水平反力系数的比例系数（KN/m4） z—计算点距离地面深度(m) h—计算工况下的基坑开挖深度（m） 由于我国一直采用m表示比例系数，故称为“m”法。 2）基坑围护结构的平面弹性地基梁法是从水平向受荷桩的计算方 法演变而来，因此m值的确定应该根据单桩的水平荷载试验结果 来确定（基坑手册 第二版）。 3）《规程》4.1.6条规定m取值宜按桩的水平荷载试验及地区经验 取值，缺少试验和经验时，可按下列经验公式计算
理正深基坑冠梁刚度的计算
现有的基坑设计计算理论中，没有明确如何考虑冠梁或者
腰梁对支护结构的作用，但实际上，特别是在面积和边长 较小的基坑中，冠梁会起到非常大的作用。理正深基坑中 考虑了冠梁的水平侧向刚度对基坑的作用，理正提供的水 平侧向刚度计算公式如下：
某深大基坑工程组合支护效果及参数优化分析
８ ・ ４
第３ ６卷 第 ２ ８期 ２０１０年 １０月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸ Ｉ ＡＲＣ Ｉ Ｈ ＴＥＣＴＵＲＩ
Ｖ０． ． ８ １３６Ｎｏ ２ Ｏｃ ． ２ ０ ｔ ０１
文章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０ ２ ．０ ４０ １０ —８ ５２ １ ）８０ ８ —２
关键词 ： 坑工程 ， 基 数值 模 拟 ， 合 支 护 ， 限差 分 ， 化 分 析 组 有 优 中 图分 类 号 ： Ｕ４３ Ｔ ６ 文献标识码 ： Ａ
１ 工 程概况
位标高为 ０ ７ ．８ｍ～１４ 按埋藏条件属 于微承压孔 隙潜 水 ， ．６ｍ， 两
秦皇岛市某滨海深大近邻基坑， 其地下总建筑面积约 ４ ６ ２ 含水层之间以越 流补 给的形式发生水力联系。 ８ ０ｍ ， ７ 该场地 的渗透系数为 １ ｄ ２ｍ／ 。根据原 富豪基坑及 ５ｍ／ ～２ ｄ 地下结构 ２层 ， 地上建筑总高度 ９ 基 坑面积约 ２ ２ ２ ９ｍ， ６６ ８ｍ 。基
与滨海沉积为主 。工程 地质勘察对各岩土层特征分述如下 ： ①杂填土 。主要以建筑垃圾和生活垃圾 为主 ， 局部 为原建筑 由地表面 。钻孔灌注桩支 护采用 Ｂ ａ ｅｍ单元模拟。
计算参数参 见所 列出的岩土体物理力学参数（ 见表 １ 。岩土 ）
表 １ 岩土体物理力学参数表
岩石 名称
行 办 公 楼 为箱 形 基 础 ， 深 ７ｒ。 埋 ｌ ｆ
在基坑周 围埋有 较多 的地下管线 ， 电力 、 如 通讯 、 给水 、 污水 管 网等管线 ， 埋深均在 ２ｒ ｎ左右 ， 基坑施工难度较大。
２ 工程地 质与水 文地质 条件 ２ １ 工程 地质条 件 ．
该基 坑工程处 于秦 皇岛市商业 中心 ， 基坑场地原为单层居 民
深基坑开挖回弹量分析
１ 日本规 范 ： ） 日本《 建筑基础 构造设计 基准》 于 回弹量的计 挖 去 土 的 自重 ） 关 。 算 公 式 如下 ： 将式 （ ） ５ 代入式 （ ）得土层 的总 回弹量 ： ６，
Ｒ：∑
其中 ， 为挡墙入土深度 。 Ｄ ３模型试 验资 料 法 ： 的隆 起包 括相 当大一 部分 的塑性 变 ） 坑 形， 采用土工离心模型试验资料 。
３ 影响 因素分 析
基 于卸荷模 量系数 Ｋ 诸多 的影响 因素 ， 由式 （ ） 算出的 对 ７计 回弹量 ， 需要进行修正 。
表 １ 回弹影响系数 ｏ
卸荷土体的形状对计算结果 的影 响， 并进行修正。按 式 在 做常规三轴 压缩 试验 时 ， 肯 等人 假定 土 体在 卸荷 情 况 积的大小 、 邓 （） ７计算 出的回弹量是方形基坑且卸荷 面积约为 ２ ４ｍＸ２ ｍ的回 ４ 下 ， 不随 （ —０ ） Ｅ １ ＂ 变化 ， ３ 仅随 ３ 而变化 ， 其表达式为［ ： ２ ］ 弹量 Ｊ 。当基坑开挖面积不同时， 应乘 以开挖面积修正系数 刁 ：
维普资讯
第３ ４卷 第 １期
２ ０ ０ ８年 １月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸ Ｉ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＩ
Ｖ０ ． ４ Ｎｏ． １３ １
Ｊｎ ２ ０ ａ． ０８
・９ ・ ９
文章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ８ ０ ０９０ １０ ８ ５ ２ ０ ）１０ ９ ２
１０３ ． 出与 自重力释放 ， 致使基 底向 上回弹。另外 ， 在基 坑开挖 后 ， 当基底 以下部分 的墙 体 向基 坑方 向变 位时 ， 挤推墙 前的土体 ， 也造成基 底 的隆起 。正确 的估算 基
理正深基坑软件应用参数说明
理正深基坑软件应用参数说明1. 各种支护结构计算内容排桩、连续墙单元计算包括以下内容：⑴土压力计算；⑵嵌固深度计算；⑶内力及变形计算；⑷截面配筋计算；⑸锚杆计算；⑹稳定计算：整体稳定、抗倾覆、抗隆起、抗管涌承压水验算。
其中内力变形计算、截面配筋计算及整体稳定计算与规范无关，其他计算按选择的规范采用相应计算方法。
水泥土墙单元计算包括以下内容：⑴土压力计算；⑵嵌固深度计算；⑶内力及变形计算；⑷截面承载力验算；⑸锚杆计算；⑹稳定验算：整体稳定、抗倾覆、抗滑移、抗隆起、抗管涌承压水验算。
其中内力变形计算、截面配筋计算及整体稳定计算与规范无关，其他计算按选择的规范采用相应计算方法。
土钉墙单元计算包括以下内容：⑴主动土压力计算；⑵土钉抗拉承载力计算；⑶整体稳定验算；⑷土钉选筋计算。
系统仅提供〈建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-99 )及石家庄地区王长科法》计算方法，放坡单元计算包括以下内容：系统仅提供整体稳定验算.2. 增量法和全量法？(1)全量法是4.3版本以前采用多计算方法，采用这种计算时不能任意指定工况顺序。
(注意：采用该方法会使5.0版本某些新增数据丢失。
)所谓总量法，就是在施工的各个阶段，外力是实际作用在围护结构上的有效土压力或其它荷载，在支承处应考虑设置支承前该点墙体已产生的位移。
由此就可直接求得当前施工阶段完成后围护结构的实际位移和内力。
(2)增量法：采用这种方法，可以更灵活地指定工况顺序。
所谓增量法计算，就是在各个施工阶段，对各阶段形成的结构体系施加相应的荷载增量，该增量荷载对该体系内各构件产生的内力与结构在以前各阶段中产生的内力叠加，作为构件在该施工阶段的内力，这样就能基本上真实地模拟基坑开挖的全过程。
因此，在增量法中，外力是相对于前一个施工阶段完成后的荷载增量，所求得的围护结构的位移和内力也是相对于前一个施工阶段完成后的增量，当墙体刚度不发生变化时.与前一个施工阶段完成后已产生的位移和内力叠加，可得到当前施工阶段完成后体系的实际位移和内力。
某基坑开挖稳定性及支护参数优化数值分析
摘要在“城市化”趋势的影响下，基坑工程也逐步向更深，更大的区域，更高的技术含量和更复杂的建筑方向发展，并经常在高密度建筑群中进行挖掘，因此对基坑的稳定性和位移控制提出了更为严格的要求。
本文运用数值模拟的方法对西安某基坑工程进行模拟分析，先选取实际基坑工程代表段EF段进行开挖支护数值研究，然后在此过程中分析基坑的稳定性并对支护参数进行优化，最后以整个基坑为模拟对象展开相关分析，验证了优选段EF支护方案的正确性及基坑的整体稳定性，数值模拟结果为今后的相近工程提供相关借鉴。
本文主要结论如下：（1）通过对现场变形监测数据的分析，可以发现周围建筑物及支护方式等均会影响基坑的变形稳定性，但总体来看基坑整体的稳定性良好。
（2）选取深基坑代表段EF进行开挖模拟。
发现围护桩可以有效地将垂直应力与地面隔离，锚索的拉力很好的补偿了土的主动压力，桩顶部的冠梁对限制围护桩的水平变形具有一定的作用。
表明围护桩、桩顶冠梁、锚索形成的支护结构对基坑开挖各阶段的稳定性起到决定性作用。
（3）对基坑EF段的相关支护参数进行优化时，发现锚索预应力与围护桩桩长对基坑的变形影响较大，而桩直径和周围建筑物上部荷载的影响很小。
同时，在基础工程及其支护系统的仿真中验证了本文模拟研究的合理性，为深层基坑支护工程的设计，施工和研究提供了重要的参考。
（4）进行基坑整体模拟时，发现围护桩最大水平位移呈现随开挖而下移的趋势，这表明锚索对于限制围护桩水平位移起到重要作用，护坡桩+锚索支护类型对于此基坑适用性较好。
挡土墙、围护桩、桩顶冠梁在基坑宽度方向的水平位移更小，稳定性更好。
基坑底部的土体隆起控制在20mm之内，基坑整体的稳定性较好。
关键词：基坑开挖；支护；参数优化；基坑稳定性；数值模拟I目录目录1绪论 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 基坑工程的研究现状 (2)1.2.2 基坑开挖的变形特点和稳定性研究现状 (3)1.2.3 Flac3D数值模拟软件的研究现状 (4)1.3 主要研究内容 (5)2深基坑中桩锚支护体系的强度和机理分析 (7)2.1 成层土体土压力计算 (7)2.2 桩锚支护体系上的土压力分布 (8)2.3 桩锚支护体系的机理作用 (10)2.3.1 支护桩的作用 (11)2.3.2 锚杆的作用 (12)2.4 本章小结 (13)3 基坑开挖变形分析 (15)3.1 基坑工程概况 (15)3.1.1 工程概述 (15)3.1.2 基坑周围边界条件 (15)3.1.3 场地岩土工程条件 (15)3.1.4 水文气象条件 (16)3.1.5 监测内容 (16)3.2 基坑周邻建筑物和顶部沉降的观测 (16)3.2.1 沉降观测的基准点与观测点的布设 (17)3.2.2 观测数据处理及结果分析 (18)3.3 基坑顶部水平位移观测 (22)3.3.1 位移观测基准点与观测点的设置 (22)3.3.2 位移观测的实施 (22)3.3.3 位移观测结果分析 (23)3.4 本章小结 (25)4 开挖过程中基坑稳定性模拟分析 (27)4.1 Flac3D模拟软件简介 (27)4.1.1 Flac3D软件基础功能介绍 (27)4.1.2 Flac3D软件求解步骤 (27)4.1.3 本构模型 (28)I西安理工大学工程硕士专业学位论文4.2 基坑模型建立及参数的选取 (30)4.2.1 模型的建立 (30)4.2.2 参数的选取 (31)4.2.3 边界条件 (31)4.2.4 基坑初始应力场的建立 (31)4.2.5 计算步骤 (33)4.3 开挖各阶段水平应力分析 (34)4.4 开挖各阶段垂直应力分析 (37)4.5 围护桩在开挖各阶段的水平位移分析 (39)4.6 本章小结 (40)5 基坑支护参数优化数值模拟 (41)5.1 基坑模拟影响因素设计 (41)5.2 桩长对周邻建筑物及基坑稳定性的影响 (41)5.2.1 基坑开挖水平位移结果分析 (41)5.2.2 基坑开挖的沉降结果分析 (43)5.2.3 基坑周邻建筑物变形分析 (45)5.3 围护桩直径对基坑的稳定性和邻近建筑物的影响 (46)5.3.1 基坑围护桩水平位移结果分析 (46)5.3.2 桩顶冠梁水平位移的分析 (47)5.3.3 基坑周邻建筑物变形分析 (47)5.4 锚索预应力对基坑稳定性及周邻建筑物的影响 (48)5.4.1 基坑围护桩水平位移的分析 (48)5.4.2 基坑周邻建筑物变形分析 (50)5.5 周边邻近建筑物的上部荷载对基坑稳定性的影响 (51)5.5.1 基坑围护桩水平位移分析 (51)5.5.2 基坑周边建筑物沉降分析 (51)5.6 本章小结 (52)6 基坑整体开挖及支护数值模拟 (55)6.1 基坑整体模型建立 (55)6.1.1 整体基坑模型的建立 (55)6.1.2 整体基坑初始应力场的建立 (57)6.2 开挖各阶段宽度方向水平位移分析 (59)6.3 开挖各阶段长度方向水平位移分析 (61)6.4 本章小结 (64)7 结论与展望 (65)II7.1 结论 (65)7.2 展望 (66)致谢 (67)参考文献 (69)1 绪论1.1研究背景与意义由于我国社会经济发展迅猛，城市人口的密度的急剧增加，这使得地上可利用空间已经发挥出了最大的功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２０１１年６月第四届湖北省土木工程专业大学生科技创新论坛论文集金色雅园站深基坑土体参数反分析孙伟卢杰仁徐星李想（中国地质大学工程学院，湖北。武汉４３∞７４）
摘要ｌ以武汉地铁二号线金色雅园站深基坑为例，运用反分析法对该基坑工程岩土体力学参数进行研究。按照正交设计要求选取不同物理力学参数，用ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟建立模型并计算得出相应的ＢＰ神经网络分析样本，对样本进行了ＢＰ网络训练，再将现场监测数据作为输入样本值，对土体力学参数进行了神经网络反分析．结果表明，采用该方法获取±体力学参数是可行可靠，可为基坑参数的确定提供依据．关键词：基坑工程；参数反分析；有限差分法；ＢＰ神经网
ｌ引言
基坑工程处于地质条件复杂的岩土体中，岩土体又具有很大的随机性、模糊性、不确定性和信息不完整性，加上工程开挖外部环境的影响，致使在许多情况下很难获得反映实际情况的岩土体力学参数。基于此，工程中解决岩土体参数的选取问题一般采用位移反分析的方法ｕ吲。即以受开挖扰动
土体受力变形监测数据为主要依据，反演确定土体力学参数嘲。本文应用基于ＢＰ网络的反分析方法悔１分层逐步研究了武汉地铁二号线金色雅园站深基坑各土层土体力学参数。首先应用正交试验理论确定土体参数取值样本，运用有限差分法软件ＦＬＡＣ蛐模拟计算地下连续墙的位移变形值，然后将有限差分法计算位移值作为输入样本，相应的围岩力学参数作为输出样本训练ＢＰ神经网络，再将实测位移带入训练好的神经网络反分析得到相应土体力学参数，从而为基坑的支护设计提供了能够反映深基坑土层实际情况的土体力学参数。２金色雅园站工程概况武汉地铁二号线重点站点的金色雅园车站主体采用地下连续墙与多层０６０９×１６ｍｍ（０６０９×１２ｍｍ）钢管支撑作基坑支护体系。基坑施工采用分段、分层开挖土方。结构采用明挖顺作法施工。车站顶部覆土厚度约３．Ｏｍ，车站主体基坑深度标准段约为１５．８９ｍ，盾构段约为１７．８ｍ。地下连续墙厚０．８ｍ，深度为２８．８～２４．８ｍ。车站位于长江一级阶地，地势平坦。地形主要由第四纪全新统人工堆积层Ｑ４ｍｌ组成，岩性为粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹粉土、粉质粘土粉土粉砂互层、粉砂夹粉土、粉砂、砂类土。为了监测到地下连续墙的位移，在基坑内布置了６个监测点运用测斜仪进行量测。监测点分布如图Ｉ。图ｌ基坑内监测点位置分布圈３训练样本的构建本文采用有限差分软件ＦＬＡＣ３Ｄ，对金色雅园站深基坑建立三维数值模型【６叫。边界条件：基坑的长边方向施加Ｘ方向约束，基坑的短边方向施加Ｙ方向约束，底面施加ＸＹＺ三个方向的约束。模型视结构材料（地下连续墙和钢支撑）为各向同性的弹性体，土体为弹塑性的莫尔一库伦模型，采用三维六面体８节点的实体单元，见图２。
图２ＦＬＡｒ数值模拟网格模型根据工程地质勘察报告，并考虑提高三维有限差分的收敛性和位移反分析的可靠性，将模型范围内土层概括为以下四层：第一层为填土层，厚６．３ｍ；第二层为粘土层，厚５．４ｍ；第三层为粉质粘土与粉土互层，厚２５．７ｍ；第四层为粉质粘土夹砂卵石，厚２２．６ｍ。。结合岩石力学试验，参考相关资料确定围岩力学参数取值范围见表ｌ。表ｌ土体力学参数水平划分
土层层厚，ｍＥ瓜伊ａＣ腿Ｐａｏ（‘）
ｌｌ
作者简介：孙伟，男．中国地质大学工程学院０５２０８５班本科生。Ｅｍａｉｌ：ｓ岫ｈｃｙｗ＠１２６．ｃｏｍ指导老师：周传波．男．中国地质大学工程学院博导．Ｅｍａｉｌ：ｃｂｚｈｏｕ＠ｃｕｇ．ｅｄｕ．ｃｎ蒋楠。男．中国地质大学工程学院博士。Ｅｍａｉｌ：６５１３４６５４６＠ｑｑ．ｃｏｍ
１８９第四届湖北省土木工程专业大学生科技创新论坛论文集２０１１年６月根据表ｌ，采用正交设计法【９】按４因素４水平的方式进行试验设计，构建各土层的正交设计表
Ｌ１６（４４）。运用有限差分法计算得到ＢＰ神经网络的学习样本。一组力学参数输入到ＦＬＡＣ３Ｄ后计算到得到对应的一组位移值，这样便得到了ＢＰ神经网络的训练样本集。填土层正分析模拟ＣＸ２２、ＣＸ２３、ＣＸ２７和ＣＸ２８位置处在深度方向－４ｍ的输出位移值；粘土层正分
析模拟Ｃｘ２２、Ｃｘ２３在．８ｍ和－４ｍ两个位置的输出位移值；粉质粘土层正分析模拟ＣＸ２２、ＣＸ２３在．１２ｍ、．８ｍ和＿４ｍ位置的输出位移值，其训练样本见表２。表２粉质粘土层神经网路输入样本弹性内摩位移计算值／ｍ”筷量粘聚泊松ＣＸ２２ＣＸ２３
序号擦角ＣＸ２２ＣＸ２３ＣＸ２２ＣＸ２３
ＥＩ，ＭＰ力比ｕ（－１２ｍ（．１２ｍ
Ｃ伥Ｐａ，（ｏ）（－ｓｍ）（．Ｂｍ）（．４ｍ）。（－４ｍ）
））
ｌ，．２１０８０２５．５０８３２．６５４２．５ｌ２９３＿６５７７６－５２１１７—６６５５８２３２１２１２０２９．３９５３５．５０５８４．３９９１７－５０８９舶５ＩＩ－５ｌ４４８３３２１４１６０３２．３４４４８．４３６５８－３２９１３．４２０１１．３Ｉ
５“４０６０６
４３２１６２０Ｏ３５．３ｌ５６２．３８８９９．２８ＩＯ＇．３５３６９．２４９９６．３２２２８５４Ｓ１０１６０３５．３ｌ６９２．３９７３６．２９９８６—３７９５－２８４４８．３６３７Ｉ
６４Ｓ１２２００３２－２７１８９－３３７７．２６５４３．３３０７－２６０１４－３２５１２７４５１４Ｂ０２９．柏３０３．５ｌ７８７．４０７６８－５２１６２．４Ｉ．４１４－５２
７“
８４５１６１２Ｏ２５．３ｌ５６３．４０１２５．３４４１９．４２９３７．３７３１８４５８Ｉ
９５８ｌＯ２００２９．２５４７６－３２．２７ｌ－２６６８—３３４３ｌ－２７８７６．３４５９９
１０５８１２１６Ｏ２５．２６５９９．３３５１５．２９１９７．３６０７６．３１７７－３８６２５ｌＩ５８１４１２Ｏ３５．３ｌ４３８．４０２０５．３０６８５—３９３６９－３００４７．３８６８７１２５８１６８Ｏ３２－３５３７９．４５５６２．３５５６３．４５６Ｓ８・３５８６－４Ｓ９Ｉｌ１３７１０１２Ｏ．３２．３Ｉ１０５．３９７８９．３１４９２－４００９６・３ｌ９２２＿４０４８Ｉ
１４７１２ＢＯ３５．３７３４９．４８１８１．３６３１７．４７０３８－３５４１９．４６０８２１５１１４２００２５．２２０９９．２７７０７．２４６３８．３０２２６．２＇１ｌ毫．３２６３９１６７１６１６０２９．２４１６７．３０６０９．２５７５５－３２，１５９．２７３２７．３３７０６
４位移反分析ＢＰ网络输入层为基坑地下连续墙体水平位移，输出层为岩土体力学参数。隐含层取ｌ１个节点，隐含层激活函数采用ｔ锄ｓｉｇ函数，输出层激活函数采用ｌｏｇｓｉｇ函数；在ＭａｔＩａｂ７．Ｏ采用
Ｌｖｅｎｅｂｅｒｇ．Ｍａｒｑｍｒｔ优化算法进行网络训练㈣。４．１填土层位移反分析四个测斜孔ＣＸ２２、ＣＸ２３、ＣＸ２７、ＣＸ２８在．４ｍ位置的实测位移为ｕｏ＝【一２３．８７，・２８．７４，１６．３４。
１３．９８】Ｔ（单位：ｍｍ）。输出相应的填土层土体力学参数Ｒ呵３，１８．５，ｌＯ，Ｏ．４１Ｔ，把反演输出的力学参数代回正分析的模型中进模拟计算，得出相应测斜孔的位移为ｕｌ＝卜２２．５５９，．２７．２０６，１６．８５２，１４．３１４】Ｔ，
实测位移与反分析的力学参数的计算位移误差见表３。图３为含ｎ个隐含层节点的ＢＰ网络训练误
差曲线，网络经４４０步迭代便满足收敛条件。表３填土层反分析参数计算位移与实测位移误差
图３填土层ＢＰ网络训练过程示意图根据规定的误差范围５％内为可接受范围，由表３可知，反演得到的力学参数代回ＦＬＡＣ３Ｄ计算位移与实测位移相对误差最大达到．５．３４％。但是由于反演参数较少，可对神经网络反演的力学参数进行手动调整，经过三次调整，得到土体力学参数Ｒｌ＝【３，１５．５，ｌＯ，Ｏ．４】Ｔ，其计算位移和监测点实测位移的误差比较见表４。表４计算位移与实测位移的误差
由表４可知，填土层反分析力学参数的位移验证误差达到规定的范围之内，可以确定填土层力学参数为Ｒｌ＝【３，１５．５，１０，Ｏ．４１Ｔ。４．２粘土层位移反分析测斜孔Ｃｘ２２、Ｃｘ２３在・８ｍ和．４ｍ位置的实测位移为ｕＯ＝心５．９６。－３２．７３，－２９．３２，．３６．５４１Ｔ（单位：ｍｍ），神经网络输出相应的粘土层土体力学参数２０１１年６月船届湖北省土木工程专业大学生科技创新论坛论文集Ｒ＝ｆ４．５，２３．５，ｌＯ，Ｏ．３】Ｔ。把反演输出的力学参数代回正分析的模型中进模拟计算，得出相应测斜孔
的位移为ｕｌ＝卜２６．６８ｌ，．３２．２１２，．２８．８３２，．３５．３３８１Ｔ，实测位移与反分析的力学参数的计算位移误差见表５。图４为含１１个隐含层节点的ＢＰ网络训练误差曲线，网络迭代４０３步收敛。
表５粘土层计算位移与实测位移的误差
图４粘土层ＢＰ网络训练过程示意图由表５可知，粘土层反分析土体力学参数的计算位移与实测位移的误差符合规定的５％误差范围。可以确定粘土层土体力学参数为Ｒｌ＝【４．５．２３．５，ｌＯ，Ｏ．３】Ｔ・４．３粉质粘土层位移反分析测斜孔ＣＸ２２、ＣＸ２３在．１２ｍ、．８ｍ和－４ｍ位置的实测位移为ｕｏ＝【．３０．７２，－３９．３５，・３５．６８，．４２．４８，．３８．７４，．４６．２６】Ｔ（单位：ｍｍ），神经网络输出相应的粉质粘土层土体力学参数Ｒ＝【６．８，１６．Ｏ，９，Ｏ．２５】Ｔ。把反演输出的力学参数代回正分析的模型中进模拟计算，得出相应测斜孔的位移为ｕｌ＝『．３０．０４２，．３８．２３６，・３２．５７，－４０．７０９，・３５．１０２，－４３．２０９１Ｔ．实测位移与反分析的力学参数的计算位移误差见表６。图５为含１１个隐含层节点的ＢＰ网络训练误差曲线，７６９步迭代便满足收敛条件。表６粉质粘土层计算位移与实测位移误差由表６可知，粉质粘土层反分析获得的土体力学参数的计算位移与实测位移的相对误差最大达．８．７２％，很明显不符合规定的５％的误差范围，因此，对神经网络反演的力学参数进行手动调整，通过四次调整．褥到粉质粘土层土体力学参数Ｒｌ；【６．８，１６．Ｏ，８．５，Ｏ．２５１Ｔ，其通过正分析的计算位移和监测点实测位移的误差比较见表７。袭７粉质粘士层的计算位移与实测位移的误差由表７可知，粉质粘土层反分析土体力学参数的位移验证误差达到规定的范围之内。可确定粉质粘土层土体力学参数Ｒｌ＝【６．８，１６．Ｏ，８．５，０．２５】‘５结论（１）通过神经网络反分析计算可以确定各层土体的力学参数。填土层Ｅ；３ＧＰａ。Ｃ＝１５．５ＫＰａ，ｍ＝ＩＯ。，旷Ｏ．４；枯土层Ｅ＝４．５ＧＰａ，Ｃ；２３．５ＫＰａ，舻１０。，『０．３；粉质粘土层Ｅ＝６．８ＧＰａ，Ｃ－１６．ＯＫＰａ，西＝８．５。，旷０．２５・（２）ＢＰ神经网络用来建立深基坑土体力学参数与地下连续墙位移之间的非线性映射关系。具有一定合理结构的ＢＰ神经网络结合有限元数值模拟手段反分析深基坑土体力学参数在实际应用方１９ｌ