[发明专利]一种地下施工对地面建筑结构影响的检测方法

权利要求书

1.一种地下施工对地面建筑结构影响的检测方法，其特征在于具体工艺步骤为：

（1）、地表沉降值监测和混凝土结构爆破振动监测：地表沉降值为混凝土结构所在位置附近的地下施工开挖处上方的地表沉降值，地表沉降监测点布置为直线走向的不均匀设点，获得的地表沉降数据为各个监测点的累计沉降值和各监测点到隧道中心线的水平距离，地表沉降数据通过地下地铁隧道施工方获取或采集；在开挖隧道上方安放爆破振动监测仪获取爆破振动监测数据，采集振动峰值速度并绘制速度时程曲线；

（2）、地表移动参数反分析：利用随机介质理论反分析的方法确定地表移动参数，根据步骤（1）获得的地表沉降数据计算地表沉降预测所需的地表移动参数tanβ和△A_s，其中tanβ为开挖地层影响角的正切值，由所开挖处的地层条件决定；△A_s为由隧道洞内收敛位移换算得到的隧道断面均匀收缩，综合反映隧道的施工条件；根据随机介质理论，隧道上覆地层的沉降为：

S(x)=SΩ(x)-Sω(x)=∫∫Ω-ωtanβηexp[-πtan2βη2(x-ξ)2]dξdη---(1)]]>

隧道施工地表稳定后，实际量测点的地表沉降值为，S_i为按随机介质理论计算公式（1）计算得到的地表沉降值，定义目标函数F(x)为

F(x)=Σi=1m(Si0-Si)2---(2)]]>

式中：m为地表沉降测点数；x={tanβ,△A_s}；利用反分析法确定地表移动参数，给定一组初始参数值x₀，应用最优化原理，得到一组参数x={tanβ,△A_s}，使得目标函数满足要求，采用基于种群层次的自适应遗传算法，利用Matlab编制的反分析计算程序，在反分析程序中输入地表沉降值和隧道埋深和隧道半径计算得到地表移动参数，实现地表移动参数反分析；

（3）、混凝土结构沉降值预测：根据步骤（2）得到的地表移动参数，通过随机介质理论计算地表沉降值，将混凝土结构所在位置的隧道埋深值输入后，通过地表沉降预测程序计算混凝土结构所在位置的地表沉降值，该沉降值等同于混凝土结构在地下施工影响下的地表沉降值；

（4）、混凝土结构现场检测：现场检测混凝土结构和构件尺寸，包括结构总长度、总宽度、总高度、层高、柱尺寸、梁尺寸、配筋率和混凝土强度等级，混凝土强度等级采用混凝土回弹仪检测，按照回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[JGJ T23-2001]进行检测，混凝土结构和构件尺寸采用激光测距仪和卷尺检测；

（5）、建立混凝土结构有限元模型：根据步骤（4）对混凝土结构现场检测得到的参数数据，借助已有的公开使用的ANSYS软件建立混凝土结构的有限元模型；

（6）、沉降和爆破振动作用下地面建筑混凝土结构应力计算：根据步骤（5）建立的有限元模型进行结构的应力计算，其中包括沉降影响下的应力计算和爆破振动影响下的应力计算，地表沉降值为步骤（3）得到的混凝土结构地表沉降值；爆破振动输入值为步骤（1）得到的速度时程曲线经微分处理所得的加速度时程曲线；

（7）、应力提取与地面建筑结构损伤定量预测：通过步骤（6）的混凝土结构应力计算，获得整个地面建筑结构在地表沉降和爆破振动影响下的应力分布，通过ANSYS命令流提取地面建筑结构任意位置的主应力，作为损伤定量预测的依据；提取地面建筑混凝土结构任意位置的第一、第二及第三主应力后计算地表建筑混凝土结构任意位置的开裂损伤，采用混凝土材料的破坏准则建立相应的屈服接近度模型；常用的Ottosen破坏准则表达式为

aJ2fc2+λJ2fc+bI1fc-1=0---(3)]]>

式中，f_c为混凝土材料的单轴抗压强度，根据关系

τ0fc=(σ1-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2/3=2J2/3]]>及σ₀f_c=(σ₁+σ₂+σ₃)/3=I₁/3可将公式(3)变为

σ0-13b+16λbτ0+a2bτ02=0---(4)]]>

令根据屈服接近度函数的定义得Ottosen破坏准则的屈服接近度函数为

f(σπ,τπ)=-B-B2-4C(H·A-σπ)H-2C·τπH-B-B2-4C(H·A-σπ)H---(5)]]>

式中，A=1/3b，C=-a/2b；屈服接近度广义的描述为一点的现时状态与相对安全状态的参量的比，f∈[0,1]，同时屈服接近度是一种开裂安全度定义，有分布、演化特征，其力学涵义明确，用屈服接近度定义结构的开裂安全为：

该函数f(σ_π,τ_π)即为地下施工对地面建筑结构影响的定量检测结果，从而实现定量检测。

2.根据权利要求1所述的地下施工对地面建筑结构影响的检测方法，其特征在于涉及的反分析计算程序为通过编制Matlab的M文件，实现地表移动参数的反分析，在参数反分析计算中，采用自适应遗传算法，优化算法的运算过程如下：先对优化参数x={tanβ,△A_s}进行编码后进行初始化设置，确定种群规模N、交叉概率P_c、变异概率P_m和置终止进化准则，随机生成N个个体作为初始种群置t←0，再对个体评价，计算或估价中各个体的适应度，种群进化后终止检验，如已满足终止准则，则输出中具有最大适应度的个体作为最优解，终止计算；否则，置t←t+1并返回种群进化步骤；地表沉降预测程序为编制Matlab的M文件，采用数值积分的方法实现公式(1)所示的地表沉降的预测，数值积分采用勒让德－高斯法进行计算，编制的程序所需要输入的数据包括隧道截面形状、隧道断面收敛类型、隧道埋深、隧道截面尺寸、收敛半径和影响角，输出的结果为各点的地表沉降值；ANSYS软件为ANSYS12.1；过-王准则为清华大学过镇海和王传志于1991年提出的一种混凝土破坏准则；混凝土材料的破坏准则是指将混凝土的破坏包络曲面用数学函数加以描述，作为判定混凝土是否达到破坏状态或极限强度的条件；Ottosen破坏准则是指模式规范CEB FIP MC90中采用的由Ottosen在1977年提出的一种混凝土材料破坏准则；涉及的ANSYS命令流为：

PATH,1,2,,200

PPATH,1,,0,3.6,0.4

PPATH,2,,38.1,3.6,0.4

PDEF,YL1,S,1

PDEF,YL2,S,2

PDEF,YL3,S,3

PRPATH,YL1,

PRPATH,YL2,

PRPATH,YL3。