基于KJHH模型的基坑开挖概率反分析方法

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!";中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司$浙江 杭州 &"%%"@'$;浙江华东工程咨询有限公司$浙江 杭州 &"""$$' &;浙江省岱山经济开发区环城投资集团有限公司$浙江 舟山 &"#$"$'@;浙江工业大学 土木工程学院$浙江 杭州 &"%%$&"
摘 要 基 坑 开 挖 工 程 中 最 大 地 表 沉 降 和 最 大 墙 体 侧 移 是 非 常 重 要 的 两 个 变 形 量 然 而 由 于 土 体 存
62/#)"(#%6T=CD\ECICPIURD>=P=JJ:=C=LJDLKJT=CD\ECIC FD:::DJ=UD:C9V=C=LJDU=JF9V=UW ECZ9UJDLJK=R9UCDJE9LPELR9ILKDJE9L=\>DVDJE9L ZU9G=>JP;09F=V=U$JT=D>>IUDJ= K=R9UCDJE9L ZU=KE>JE9LELR9ILKDJE9LZEJ=\>DVDJE9LEPD>TD::=LOELOKI=J9JT=VDUEDXE:EJW9RJT=P9E:X9KW;2L JTEPZDZ=U$DZU9XDXE:EPJE>ELV=UP=DLD:WPEP C=JT9KEPZU9Z9P=KR9UR9ILKDJE9LZEJPXDP=K9LJT= g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
的 输 入 参 数 $V"b)!O="$V$ b)(:L!F5,'FL@DVO")$F 为挡土墙的杨氏模量$5 为 挡 土 墙 截 面 的 惯 性 矩$'F
为水的 单 位 重 度$LDVO 为 基 坑 内 支 撑 的 平 均 间 隔$ V&b)!D,$"$V@b)!3I,%PV"$3I 为 不 排 水 抗 剪 强 度$ %PV为垂直有效应力$V!b)!F,,%PV"$F, 为 初 始 杨 氏 模 量$转换系数K"$K$$K& 由误差最小原则确定$取值如 表 " 所 示 (&)&
第 !" 卷 第 # 期 $%$& 年 "$ 月
浙江工业大学学报
'()*+,- (./01'2,+3 )+241*5267 (.6180+(-(37
49:;!" +9;# <=>;$%$&
基于 g'00 模型的基坑开挖概率反分析方法
张 军 波"$ 费 ! 杰& 周 张 见"$ 汪 ! 轮"$ 虞 梦 菲@
究中$其他经验模 型 或 半 经 验 模 型 虽 然 也 能 估 计 最
大地表沉降$但是没 有 充 分 考 虑 到 开 挖 深 度 O=*开 挖 宽 度 D*系 统 刚 度 F5,!'FL@ DVO"!F5 为 挡 土 墙 刚 度"以及土性参 数 !3I,%rV和 F,,%PV$其 中3I 为 不 排 水 抗剪强度$%rV为垂直 有 效 应 力$F, 为 初 始 杨 氏 模 量" 的影响$也没有建 立 最 大 墙 体 侧 移 和 最 大 地 表 沉 降 之间的关系 & ("%) 因 此 选 择 g'00 模 型 为 贝 叶 斯 更 新框架中的正向模型&
在变异性基坑开挖变形难以准确预测 提 出 一 种 基 于 g'00 模 型 的 基 坑 开 挖 概 率 反 分 析 方 法
可以同时预测最大地表沉降和最大墙体侧移在贝叶 斯更 新 框 架 下动 态 融 合 各 开 挖 阶 段 观 测 数
据 利 用 多 重 数 据 同 化 集 合 平 滑 器 1LP=CX:=PC99JT=UFEJT CI:JEZ:=KDJDDPPECE:DJE9L15?S<, 更新土体参数提高变形 预 测 准 确 性 以 台 北 6+18 基 坑 工 程 为 例验 证 了 所 提 方 法 的 有 效 性
根据 g'00 模型$首先计算最大 墙 体 侧 移-TC$ 计算式为
-TC b8%d8"V"d8$V$d8&V&d8@V@d
8!V!d8#V"V$d8]V"V&d8AV"V!
!""
V,b)!6,"bK"6,$dK$6,dK&
!$"
式中%常 系 数8,!,b%$"$3$A"由 最 小 二 乘 法 得 到$
8%bc"&;@"B]&$8"b c%;@B&!"$8$b c%;%BA]$$
8&b%;%#%$!$8@b%;$&]##$8!b c%;"!@%#$8#b
%;%%%B&$8]b%;%%$A!$8Ab%;%%"BA'变量 V,!,b "$$$3$!"为 ! 个 输 入 参 数 的 转 换 变 量$6, 为 对 应
实验结果表明随着融合更多不同开挖阶段的观测数据预测 均 值 和 实 测 值 趋 于 一 致对 于 6+18
工程假设先验分布服从对数正态分布得到的开挖变形预 测结果 略 大 于 采 用 均 匀 分 布 时 的 预 测 结
果 变 形 预 测 的 准 确 性 随 着 迭 代 次 数 和 样 本 量 的 增 加 而 提 高
7'89+)1/%ZU9XDXE:EPJE> ELV=UP= DLD:WPEP' _DW=PEDL IZKDJELO' ZEJ =\>DVDJE9L' K=R9UCDJE9L ZU=KE>JE9L'g'00 C9K=:'15?S<,
收 稿 日 期 $%$$?%B?%] 作 者 简 介 张 军 波 !"BA]# "$男 $浙 江 杭 州 人 $高 级 工 程 师 $研 究 方 向 为 企 业 信 息 化 管 理 *数 字 化 转 型 与 建 设 $1?CDE:%HTDLO1GX!!TK=>;>9C&
关键词概率反分析贝叶斯更新基坑开挖变形预测g'00 模型多重数据同化集合平滑器
中 图 分 类 号 6)@&@! ! ! ! ! 文 献 标 志 码 ,
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:!基坑开挖的概率反分析方法
根据 g'00 模 型 建 立 基 坑 变 形 和 土 性 参 数 之 间的关系$基 于 15?S<, 算 法 融 合 观 测 数 据$对 模 型 参 数 进 行 更 新 $利 用 更 新 后 的 模 型 参 数 $预 测 基 坑 开挖的最 大 墙 体 侧 移 和 最 大 地 表 沉 降& 对 g'00 模型和 15?S<, 算法进行介绍& :;:!7[WW 模型
笔者提出一种基于 g'00 模型$以 最 大地表沉 降和最大墙体侧移 为 观 测 信 息$采 用 多 重 数 据 同 化 集合平滑器!15?S<,"算法对土体参数进 行 更新 的 概率反分 析 方 法& 以 台 北 6+18 基 坑 开 挖 工 程 为 例$通过笔者方法 对 基 坑 的 最 大 地 表 沉 降 和 最 大 墙 体 侧 移 进 行 预 测 $并 与 现 场 观 测 值 进 行 对 比 研 究 $验 证了笔者方法的有效性&
+ #]Hale Waihona Puke +浙江工业大学学报
第 !" 卷
!!随着我国现代 化 城 市 建 设 的 不 断 推 进$为 了 缓 解土地资源紧缺的 问 题$最 有 效 和 直 接 的 方 式 是 充 分利用垂直空间发展高层建筑和地下空间建设&同 时 $这 些 工 程 的 基 坑 深 度 也 在 不 断 加 深 $为 基 坑 工 程 的安全施工带来了极大的挑战&在开挖基坑的过程 中$会引起周边 地 表 沉 降 和 围 护 结 构 侧 移& 过 大 的 基 坑 变 形 $不 仅 会 造 成 邻 近 建 !构 "筑 物 开 裂 *地 下 管 线破裂以及周边道 路 不 均 匀 沉 降 等 结 构 破 坏$还 会 对人民的生命和财产安全造成极大的破坏&因此$ 在基坑开挖的过程 中 需 要 提 前 预 测 基 坑 变 形$关 注 最大变形$严 格 把 控 基 坑 变 形$减 少 基 坑 事 故 的 发 生&目前基坑开挖 变 形 预 测 研 究$主 要 采 用 的 是 数 值分析方法 和 (") 经验公式法($?@)$其中经 验 公 式 因 其 计算简 便$而 在 工 程 实 际 中 被 广 泛 应 用& 如 M=>Y 等 基 ($) 于 芝 加 哥 和 奥 斯 陆 的 基 坑 开 挖 案 例$最 早 提 出预测基坑开 挖 地 表 沉 降 预 测 的 经 验 模 型$建 立不 同土体类型 的 地 表 沉 降 预 测 曲 线'gILO等(&)基 于 大 量的开挖工程案例和有限元模拟经过回归拟合提出 g'00 模型$可以用来预测软黏土基坑开挖最大墙体 侧移和地表沉 降'(I等(@)基 于 台 北 大 量 的 基 坑 开 挖 案例$考虑了开挖深度对墙体 最大侧 移 的影 响$建 立 了台北墙体最大侧向位移和开挖深度的关系曲线& 然而$由于土体是一种天然材 料$具有各 向 异性和不 规则性$土体参 数 难 以 确 定(!)$经 验 公 式 对 基 坑 开 挖 变形的预测往往和现场观测值存在较大的差异&针 对这个问题$通过概率反分析 方法$利用观 测数据更 新 土 体 参 数(#?B)$提 高 基 坑 变 形 预 测 的 准 确 性 $在 一 定 程度上弥补了经验公式预测结果不准确的缺陷&
g'00 模型是一种 简 化 的 半 经 验 模 型(&)$可 用
于预测软黏土地区基坑开挖过程中的最大墙体侧移
-TC*变形率 ! 和 最 大 地 表 沉 降-VC& 该 模 型 是 基 于 && 个 开 挖 案 例 和 大 量 使 用 小 应 变 本 构 模 型 的 有 限 元分析通过回归拟合建立的&在基坑开挖变形的研
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