[发明专利]一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及基坑工程领域，具体涉及一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，作为基坑工程领域中初步设计阶段预测评价基坑扰动影响状态的技术依据和方法。

背景技术

基坑开挖扰动位移的影响因素多且比较复杂，主要包括：基坑几何尺寸、维护结构形式、维护结构几何尺寸、维护结构材料变形参数、土体物理力学参数、基坑开挖方式、地下水状态、地面超载状态等等。由于这些影响条件的复杂性和多样性，基坑开挖施工过程三维位移的计算十分复杂，对计算设备、人员的专业水准等要求极高。尤其，目前我国工程管理部门、工程总包和施工本部门通常不具备上述设备和人才条件。此外，迄今工程施工过程使用的经验方法（包括：peck公式、其他实验公式），其使用条件与工程实际存在着很大差异，从而所得结果与工程实际有很大差距且其误差通常难以定量评价。

然而，为了确定管线非搬迁保护的技术可能性、技术风险，基坑设计阶段有效评价和预测其扰动状态并且在此基础之上给出相对应的可靠的评价指标可谓非常重要。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，利用基准模型的概念对基坑开挖的扰动位移进行分析预测，之后再根据分析结果对基坑开挖对周边管线造成的扰动影响进行评价，从而避免了以往的方法存在的使用条件与工程实际存在差异的问题，广泛适用于实际工程中的各类基坑开挖扰动问题，此外整个评价过程具有标准的流程化特点，易于在实际工程中应用。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

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；