[发明专利]一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法

权利要求书

1.一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，用于基坑初步设计阶段时预测评价基坑开挖对周边的扰动影响状态，其特征在于：所述方法至少包括：

（1）通过基坑开挖扰动位移的影响因素确定基本模型建立的基准条件，所述基准条件至少包括：基坑几何尺寸、维护结构形式、维护结构几何尺寸、维护结构的材料变形参数、土体物理力学参数、开挖方式、地下水状态、地面超载状态；

根据所述的基准条件建立所述基坑开挖扰动基本模型，并通过三维FEM数值计算得到基坑开挖地表总位移空间分布特征，分别建立水平、竖直方向的基坑中部横截面内土体位移分布基本方程；

所述基坑中部横截面内沉降分布基本方程为：

，其中y为竖向坐标轴，以地表为原点、向下为正，H为基坑底部深度，Ux0为地表沉降槽初始峰值位移，Xc为峰值沉降点横向水平坐标，e、W、A为数学公式待定常数；x为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正；

所述基坑中部横截面内水平方向位移分布基本方程为：

，其中x为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正、L为基坑开挖扰动影响距离，Uy0为基坑边缘横向水平位移最大值、Yc为最大水平位移深度坐标、e、W、A为数学公式待定常数；y为竖向坐标轴，以地表为原点、向下为正；

（2）基于所述基本模型，并计入所述基坑的深宽比、长宽比、维护结构插入比、支护方式、维护结构厚度、维护结构材料弹性模量、初撑力、土体物理力学参数、开挖方式、地下水状态、开挖时效特性的影响因素，建立所述基坑水平、竖直方向的中部横截面土体的一般位移方程：

所述基坑中部横截面土体的竖直方向的一般位移方程为：

，其中y为竖向坐标轴，以地表为原点、向下为正，H为基坑底部深度，Ux0为地表沉降槽初始峰值位移，Xc为峰值沉降点横向水平坐标，e、W、A为数学公式待定常数；x为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正，其中ξi为修正系数；

所述基坑中部横截面土体的水平方向的一般位移方程为：

，其中x为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正、L为基坑开挖扰动影响距离，Uy0为基坑边缘横向水平位移最大值、Yc为最大水平位移深度坐标、e、W、A为数学公式待定常数；y为竖向坐标轴，以地表为原点、向下为正，ηj为修正系数；

根据所述基坑中部横截面土体的水平、竖直方向的一般位移方程，求得所述基坑内任意一点的总位移矢量，即该点的空间位移：

；其中Uv为该点的竖直方向的一般位移，Uh为该点水平方向的一般位移；

（3）基于基本模型，于第（2）所述情况中，在设定某一影响因素变化而其他影响因素不变的前提下，分别计算获得基坑不同深宽比、基坑不同长宽比、维护结构不同插入比、不同支护方式、维护结构不同厚度、维护结构不同弹性模量、维护结构不同初撑力、土体不同物理力学参数、几种典型开挖方式条件下横向水平位移、长轴轴向水平位移、竖向位移随深宽比变化及其相应的修正系数，此修正系数同时考虑了开挖时效特性因素以及地下水的影响；

（4）根据第（2）步所述的一般位移方程，确定位移情况及可能对周边管线产生影响的可能性和严重程度，进行扰动状态分级并且建立评价指标体系。

2.根据权利要求1所述的一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，其特征在于：将所述基坑中空间位移峰值Umax以及所述基坑的当量沉降槽宽度L_d这两项指标进行综合分析，以评价所述基坑开挖对周边的扰动影响状态：

    其中约定：空间峰值位移（忽略轴向水平位移影响），其中U_vmax为基坑竖直方向位移峰值，U_hmax为基坑水平方向位移峰值；

当量沉降槽宽度L_d为基坑临空面至峰值位移之距的2倍；

以所述评价结果，将所述基坑开挖对周边的扰动影响状态分为：未扰动、微扰动、轻度扰动、中等扰动、严重扰动、危险扰动；

当所述基坑开挖的施工期跨越雨季或其所处的自然环境因素具有不确定性时，所述扰动影响状态提高一个级别。

3.根据权利要求2所述的一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，其特征在于：以所述基坑中空间位移峰值Umax以及所述基坑的当量沉降槽宽度L_d这两项指标对基坑开挖周边的扰动影响状态的具体分级为：

当Umax≤5mm，基坑开挖周边扰动影响状态为未扰动；

当5mm≤Umax≤10mm，Ld≤5m，基坑开挖周边扰动影响状态为微扰动；

当10mm≤Umax≤20mm，5m≤Ld≤10m，基坑开挖周边扰动影响状态为轻度扰动；

当20mm≤Umax≤30mm，10m≤Ld≤20m，基坑开挖周边扰动影响状态为中等扰动；

当30mm≤Umax≤60mm，20m≤Ld≤30m，基坑开挖周边扰动影响状态为严重扰动；

当Umax≥60mm，Ld≥30m，基坑开挖周边扰动影响状态为危险扰动。