[发明专利]一种垂直深基坑失稳塌方的预警方法

权利要求书

1.一种垂直深基坑失稳塌方的预警方法，该方法由以下步骤组成：

（1）对垂直深基坑及其周围区域进行地质勘察，获得勘察区域内每一种土质的分布范围及其在勘察区域中的位置和勘察区域的边界分布力的分布与作用方式以及勘察区域内每一种土质的分布范围及其在勘察区域中的位置；所述的勘察区域为长方体，基坑位于所述长方体的中部，基坑的顶面与所述长方体的上表面平齐，基坑的墙壁与所述长方体四个侧面的距离等于基坑深度的3～5倍，基坑的底面与所述长方体下表面的距离等于所述基坑的宽度的2～3倍；检测勘察区域内每一种土质的物理与土力学参数，即密度、弹性模量和泊松比；

（2）在所述基坑墙壁的顶面自每一墙壁的中心向两边在每相隔10～20m设一竖直的测量桩，并使得，每一测量桩距基坑上口的边缘3～5m；每一测量桩的下端与基坑分底面位于同一水平面上，每一测量桩的上端露出基坑墙顶面；将桩体测斜仪水平固定在所述测量桩的上端，然后将每一桩体测斜仪与计算机进行有线或无线连接；

（3）在所述的计算机中用四面体网格生成软件将所述中部设有基坑的长方体剖分成有限个线性四面体元，然后将剖分结果作为一个离散域导入有限元分析系统中进行以下分析处理：

（3.1）根据各种土质的分布范围确定每一线性四面体元的弹性模量和泊松比，在有限元分析系统中建立每一线性四面体元的单元刚度矩阵，然后，集成每一单元刚度矩阵得到整体刚度矩阵[K]；

（3.2）在有限元分析系统中计算出每一线性四面体元的体积，再根据各种土质的分布范围确定每个线性四面体元的密度并逐一算出每个线性四面体元的重力，然后将该重力平均分配到对应的线性四面体元的4个节点上；

（3.3）先将所确定的边界分布力按其作用方式和作用力大小的分布情况分配到所作用的线性四面体元上，再均分到该线性四面体元上的4个节点上；

（3.4）将每个线性四面体元的4个节点上的重力和边界分布力按线性四面体元及其节点编号对应叠加得到整体荷载列阵{F}；

（3.5）根据每一桩体测斜仪所测得的测量桩的倾斜角，算出每一测量桩所经过的每一线性四面体元网格节点的竖向位移和水平位移；

（3.6）根据弹性力学原理建立线性方程组[K]{U}＝{F}，令所述的长方体的四个侧面和底面的竖向位移和水平位移为零，并将其与步骤（3.5）所得到的每一测量桩所经过的线性四面体元网格节点的竖向位移和水平位移都作为边界条件引入所对应的线性方程中；所述线性方程组[K]{U}＝{F}中的{U}为所有线性四面体元网格节点的位移列阵；

（3.7）求解线性方程组[K]{U}＝{F}，得到每一线性四面体元网格节点的一个竖向位移VD和水平位移，并由所述的水平位移推算出垂直于基坑墙壁方向的水平位移HD；然后将所得到的水平位移HD和竖向位VD移除以到达此位移所经历的天数，得到每一线性四面体元节点的水平位移的变化速率LRC与竖向位移的变化速率VC；

（4）将步骤（3.7）所得到的水平位移HD、竖向位移VD、变化速率LRC和变化速率VC分别与《规范》中表8.0.4所规定的墙顶水平位移与竖向位移的累计值及变化速率进行对应比较，一旦水平位移HD、竖向位移VD、变化速率LRC和变化速率VC中有一项大于或等于《规范》中表8.0.4的规定值则报警。

2.根据权利要求1所述的一种垂直深基坑失稳塌方的预警方法，其特征在于，所述的测量桩为圆截面的钢筋混凝土灌注桩、圆截面的预制钢筋混凝土柱、圆截面的钢管或圆截面的硬质塑料管。

3.根据权利要求2所述的一种垂直深基坑失稳塌方的预警方法，其特征在于，所述的桩体测斜仪有一个敏感方向与其所在基坑墙顶的墙壁垂直。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种垂直深基坑失稳塌方的预警方法，其特征在于，所述的有限元分析系统为MATLAB。

5.根据权利要求4所述的一种垂直深基坑失稳塌方的预警方法，其特征在于，求解所述线性方程组[K]{U}＝{F}的方法是，先用乘大数法对所引入边界条件进行处理，然后用SuperLU求解器求解。