一种坑底隆起变形允许值确定方法

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1.本发明属于基坑开挖工程施工安全评估与灾害防治技术领域，具体涉及一种坑底隆起变形允许值确定方法。

背景技术：

2.基坑失稳是影响安全施工的重要风险源之一，其中坑底隆起破坏又是基坑失稳事故的主要诱因之一，因此，正确评价坑底抗隆起稳定对基坑工程安全具有重要意义。从当前的研究内容来看，对坑底抗隆起稳定失稳的评价指标主要有两种，分别为抗隆起稳定安全系数以及坑底隆起变形值。当前，主要依据规范《建筑地基基础设计规范gb 50007-2011》中规定抗隆起稳定安全系数规范值以及《建筑基坑工程监测技术规范gb 50497-2009》中规定的坑底隆起变形监测报警值作为限值，判断基坑是否发生隆起失稳。但不同地区依据其地质环境、土质优劣、基坑开挖对周边环境产生的影响等因素，对抗隆起稳定安全系数的规范值不同，并且针对不同的情况对坑底隆起变形值没有准确的规定，这就需要一种准确的方法来依据不同地区规范以及不同工程确定不同情况下的坑底隆起变形允许值。

技术实现要素：

3.为克服现有技术的不足，本发明公开了一种坑底隆起变形允许值确定方法，该方法将抗隆起稳定安全系数和坑底隆起变形值结合起来，考虑不同地区规范以及不同工程确定不同情况下的坑底隆起变形允许值。
4.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
5.一种坑底隆起变形允许值确定方法，包括如下步骤：
6.步骤1、建立基坑开挖模型，依据基坑土层参数样本在matlab中编写圆弧滑动法抗隆起稳定安全系数计算程序，计算该基坑抗隆起稳定安全系数；
7.步骤2、在plaxis 2d有限元计算软件中，建立基坑开挖数学模型，依据《建筑基坑工程监测技术规范gb 50497-2009》中规定的监测点布设方案在基坑底部布设一系列监测点，计算监测点隆起变形值d，并筛选出隆起变形值最大的点作为特征点；
8.步骤3、利用蒙特卡罗抽样方法获取不同土体参数的随机变量样本，将抗隆起稳定安全系数小于抗隆起稳定安全系数限值以及特征点隆起变形值大于坑底隆起变形允许值的样本作为失效样本，分别计算失效概率，最终依据某抗隆起稳定安全系数限值下的失效概率，确定相同失效概率下的坑底隆起变形允许值。
9.优选的，所述的步骤1包括如下具体步骤：
10.(a)、建立基坑开挖的数学模型，确定基坑几何尺寸和参数概率分布类型，根据土体不确定性参数的统计量，利用随机方法产生n个土层参数样本x1、x2、
……
、xn；利用公式(1)计算x1、x2、
……
、xn相应的抗隆起稳定安全系数k
d1
、k
d2
、
……
、k
dn
；
11.12.式(1)中：kd为抗隆起稳定安全系数；r为滑动半径(m)；cj、分别为第j土条在滑弧面处的黏聚力(kpa)、内摩擦角(
°
)；lj为第j土条的滑弧长度(m)；qj为第j土条顶面上的竖向压力标准值(kpa)；bj为第j土条的宽度(m)；θj为第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(
°
)；δgj为第j土条自重(kn)；
13.(b)、为抗隆起稳定安全系数限值，若则称为失效样本，如此重复，统计失效样本数m；
14.(c)、改变得到不同限值下的失效样本数mj，利用公式(2)计算不同限值下的坑底抗隆起稳定安全系数失效概率p
f1j
：
15.pf＝m/n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
16.式(2)中：pf为失效概率；m为失效样本数；n为样本总数。
17.优选的，所述的步骤2包括如下具体步骤：计算n个土体参数样本下的di；d
max
为坑底隆起变形允许值，若di》d
max
，则称为失效样本，如此重复，得到失效样本数m；改变d
max
，得到不同限值下的失效样本数mj，依据公式(2)计算不同限值下的坑底隆起变形值超限失效概率p
f2j
。
18.优选的，所述的步骤3包括如下具体步骤：绘制以失效概率p
f1j
、p
f2j
为横坐标，不同抗隆起稳定安全系数限值、不同坑底隆起变形允许值为纵坐标的点线图，获取与所需的抗隆起稳定安全系数限值下失效概率等同的坑底隆起变形允许值。
19.本发明一种坑底隆起变形允许值确定方法的有益效果为：本发明将抗隆起稳定安全系数和坑底隆起变形值联合，针对不同地区抗隆起稳定安全系数的规范限值不同，依据失效概率等同原则，来确定坑底隆起变形允许值，以此可以得到不同抗隆起稳定安全系数规范限值下的坑底隆起变形允许值，从而实现了依据不同地区规范以及不同工程确定不同情况下的坑底隆起变形允许值的效果。
附图说明
20.图1、本发明的流程图；
21.图2、坑底抗隆起的圆弧滑动模式验算图示；
22.图3、plaxis 2d基坑开挖数学模型以及监测点布设图示；
23.图4、各监测点隆起变形值图示；
24.图5、不同限值下失效概率p
f1j
、p
f2j
。
具体实施方式
25.以下所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
26.实施例1：
27.一种坑底隆起变形允许值确定方法，如图1所示，包括如下步骤：
28.步骤1、建立基坑开挖模型，依据基坑土层参数样本在matlab中编写圆弧滑动法抗隆起稳定安全系数计算程序，计算该基坑抗隆起稳定安全系数；
29.步骤2、在plaxis 2d有限元计算软件中，建立基坑开挖数学模型，依据《建筑基坑工程监测技术规范gb 50497-2009》中规定的监测点布设方案在基坑底部布设一系列监测点，计算监测点隆起变形值d，并筛选出隆起变形值最大的点作为特征点；
30.步骤3、利用蒙特卡罗抽样方法获取不同土体参数的随机变量样本，将抗隆起稳定安全系数小于抗隆起稳定安全系数限值以及特征点隆起变形值大于坑底隆起变形允许值的样本作为失效样本，分别计算失效概率，最终依据某抗隆起稳定安全系数限值下的失效概率，确定相同失效概率下的坑底隆起变形允许值。
31.实施例2：
32.在实施例1的基础上，本实施例公开了：
33.如图1所示，所述的步骤1包括如下具体步骤：
34.(a)、建立基坑开挖的数学模型，确定基坑几何尺寸和参数概率分布类型，根据土体不确定性参数的统计量(如均值、标准差)利用随机方法产生n个土层参数样本x1、x2、
……
、xn；利用公式(1)计算x1、x2、
……
、xn相应的抗隆起稳定安全系数k
d1
、k
d2
、
……
、k
dn
；
[0035][0036]
式(1)中：kd为抗隆起稳定安全系数；r为滑动半径(m)；cj、分别为第j土条在滑弧面处的黏聚力(kpa)、内摩擦角(
°
)；lj为第j土条的滑弧长度(m)；qj为第j土条顶面上的竖向压力标准值(kpa)；bj为第j土条的宽度(m)；θj为第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(
°
)；δgj为第j土条自重(kn)；
[0037]
(b)、为抗隆起稳定安全系数限值，若则称为失效样本，如此重复，统计失效样本数m；
[0038]
(c)、改变得到不同限值下的失效样本数mj，利用公式(2)计算不同限值下的坑底抗隆起稳定安全系数失效概率p
f1j
：
[0039]
pf＝m/n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0040]
式(2)中：pf为失效概率；m为失效样本数；n为样本总数，该计算过程在matlab中实现，计算简图如图2所示。
[0041]
如图1所示，所述的步骤2包括如下具体步骤：计算n个土体参数样本下的di；d
max
为坑底隆起变形允许值，若di》d
max
，则称为失效样本，如此重复，得到失效样本数m；改变d
max
，得到不同限值下的失效样本数mj，依据公式(2)计算不同限值下的坑底隆起变形值超限失效概率p
f2j
，该计算过程在matlab中实现。
[0042]
如图1所示，所述的步骤3包括如下具体步骤：绘制以失效概率p
f1j
、p
f2j
为横坐标，不同抗隆起稳定安全系数限值、不同坑底隆起变形允许值为纵坐标的点线图，获取与所需的抗隆起稳定安全系数限值下失效概率等同的坑底隆起变形允许值。
[0043]
实施例3：
[0044]
在以上实施例的基础上，本实施例以实例说明：
[0045]
基坑：开挖深度为10m，开挖宽度为30m，地连墙嵌入深度为6m，厚度为0.8m，分别在开挖深度为2m、6m处施加内支撑。该基坑土层为粉质粘土，开挖面下22m为坚硬岩层。粉质粘土黏聚力c为15kpa、内摩擦角φ为25
°
、容重γ为21kn/m3、卸载再加载模量e
ur
为54.24kpa。
[0046]
采用本发明的方法：
[0047]
考虑粉质粘土的参数不确定性，将粉质粘土的黏聚力c、内摩擦角φ、卸载再加载模量e
ur
视为对数正态随机变量，利用随机方法产生n＝105个土层参数样本。
[0048]
依据基坑尺寸、支护结构、土体参数等，利用公式(1)在matlab中编写的抗隆起稳定安全系数计算公式，计算相应的n＝105个抗隆起稳定安全系数。在n＝105个抗隆起稳定安全系数中，若则xi称为失效样本，统计失效样本数量记作mj，其中自1.8起以0.01为增量依次增至3.0，共120组利用公式(2)得到各下的抗隆起稳定失效概率p
f1j
(j＝1、2、
……
、120)。
[0049]
根据设计方案在plaxis 2d中建立基坑开挖模型，依据《建筑基坑工程监测技术规范gb 50497-2009》中规定的监测点布设方案在基坑底部布设一系列监测点，如图3所示，计算各监测点隆起值，如图4所示，可得：坑底中心点隆起值最大，将中心点作为特征点，不断重复该步骤，得到的n＝105个di。在n＝105个坑底隆起变形值中，若则xi称为失效样本，统计失效样本数量记作mj，其中自46mm起以-0.1mm为增量依次增至34mm，共120组利用公式(2)得到各下的坑底隆起变形值超限失效概率p
f2j
(j＝1、2、
……
、120)。
[0050]
绘制以失效概率p
f1j
、p
f2j
为横坐标，不同抗隆起稳定安全系数限值、不同坑底隆起变形允许值为纵坐标的点线图，如图5所示，可以获取与所需的抗隆起稳定安全系数限值下失效概率等同的坑底隆起变形允许值。以抗隆起稳定安全系数限值为2.2为例，首先在图5中做一条抗隆起稳定安全系数限值为2.2的水平线，通过其与抗隆起稳定安全系数失效概率图像的交点，得到抗隆起稳定安全系数限值为2.2时失效概率为27.80％；接着做一条失效概率为27.80％的垂直线，通过其与坑底隆起变形值超限的失效概率图像的交点，得到失效概率为27.80％的坑底隆起变形允许值为39.3mm。以此得到，当规定抗隆起稳定安全系数为2.2时，其对应的坑底隆起变形允许值为39.3mm。
[0051]
对比以往研究，本发明将抗隆起稳定安全系数和坑底隆起变形值联合，提出了一种坑底隆起变形允许值的确定方法，针对不同地区抗隆起稳定安全系数的规范限值不同，依据失效概率等同原则，来确定坑底隆起变形允许值，以此可以得到不同抗隆起稳定安全系数规范限值下的坑底隆起变形允许值，并通过实例分析了本发明的有效性以及实用性。

技术特征：

1.一种坑底隆起变形允许值确定方法，其特征为，包括如下步骤：步骤1、建立基坑开挖模型，依据基坑土层参数样本在matlab中编写圆弧滑动法抗隆起稳定安全系数计算程序，计算该基坑抗隆起稳定安全系数；步骤2、在plaxis 2d有限元计算软件中，建立基坑开挖数学模型，依据《建筑基坑工程监测技术规范gb 50497-2009》中规定的监测点布设方案在基坑底部布设一系列监测点，计算监测点隆起变形值d，并筛选出隆起变形值最大的点作为特征点；步骤3、利用蒙特卡罗抽样方法获取不同土体参数的随机变量样本，将抗隆起稳定安全系数小于抗隆起稳定安全系数限值以及特征点隆起变形值大于坑底隆起变形允许值的样本作为失效样本，分别计算失效概率，最终依据某抗隆起稳定安全系数限值下的失效概率，确定相同失效概率下的坑底隆起变形允许值。2.如权利要求1所述的一种坑底隆起变形允许值确定方法，其特征为，所述的步骤1包括如下具体步骤：(a)、建立基坑开挖的数学模型，确定基坑几何尺寸和参数概率分布类型，根据土体不确定性参数的统计量，利用随机方法产生n个土层参数样本x1、x2、
……
、x
n
；利用公式(1)计算x1、x2、
……
、x
n
相应的抗隆起稳定安全系数k
d1
、k
d2
、
……
、k
dn
；式(1)中：k
d
为抗隆起稳定安全系数；r为滑动半径(m)；分别为第j土条在滑弧面处的黏聚力(kpa)、内摩擦角(
°
)；l
j
为第j土条的滑弧长度(m)；q
j
为第j土条顶面上的竖向压力标准值(kpa)；b
j
为第j土条的宽度(m)；θ
j
为第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(
°
)；δg
j
为第j土条自重(kn)；(b)、为抗隆起稳定安全系数限值，若则称为失效样本，如此重复，统计失效样本数m；(c)、改变得到不同限值下的失效样本数m
j
，利用公式(2)计算不同限值下的坑底抗隆起稳定安全系数失效概率p
f1j
：p
f
＝m/n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中：p
f
为失效概率；m为失效样本数；n为样本总数。3.如权利要求2所述的一种坑底隆起变形允许值确定方法，其特征为，所述的步骤2包括如下具体步骤：计算n个土体参数样本下的d
i
；d
max
为坑底隆起变形允许值，若d
i
>d
max
，则称为失效样本，如此重复，得到失效样本数m；改变d
max
，得到不同限值下的失效样本数m
j
，依据公式(2)计算不同限值下的坑底隆起变形值超限失效概率p
f2j
。4.如权利要求3所述的一种坑底隆起变形允许值确定方法，其特征为，所述的步骤3包括如下具体步骤：绘制以失效概率p
f1j
、p
f2j
为横坐标，不同抗隆起稳定安全系数限值、不同坑底隆起变形允许值为纵坐标的点线图，获取与所需的抗隆起稳定安全系数限值下失效概率等同的坑底隆起变形允许值。

技术总结

一种坑底隆起变形允许值确定方法，属于基坑开挖工程施工安全评估与灾害防治技术领域，包括如下步骤：步骤1、建立基坑开挖模型，计算该基坑抗隆起稳定安全系数；步骤2、在PLAXIS 2D有限元计算软件中，建立基坑开挖数学模型，计算监测点隆起变形值d，并筛选出隆起变形值最大的点作为特征点；步骤3、最终依据某抗隆起稳定安全系数限值下的失效概率，确定相同失效概率下的坑底隆起变形允许值。本发明将抗隆起稳定安全系数和坑底隆起变形值结合起来，考虑不同地区规范以及不同工程确定不同情况下的坑底隆起变形允许值。坑底隆起变形允许值。坑底隆起变形允许值。