[发明专利]一种建立明挖基坑工程勘察与模拟参数关系的方法

说明书

本发明公开一种建立明挖基坑工程勘察与模拟参数关系的方法，采集基坑工程的监测数据；建立合适的土体本构模型；提取土层的原始勘察参数，进而扩展为数值计算的样本参数和测试样本参数；将样本参数和测试样本参数分别进行数值计算；将计算结果代入遗传算法优化的BP神经网络进行训练，建立土体参数和数值计算结果之间的映射关系，并用测试样本参数来测试神经网络模型；将实际监测数据代入土体参数和计算结果的关系求得实测位移对应的土体参数；对多个基坑工程案例分别进行计算，将多个基坑工程案例的勘察参数与反演得到的实测位移对应的模拟的土体参数代入遗传算法优化的BP神经网络，建立明挖基坑工程勘察与模拟参数的关系。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，尤其涉及一种建立明挖基坑工程勘察与模拟参数关系的方法，用于明挖基坑工程开挖过程中由勘察参数得到贴近实际工况的模拟参数，进而对实际工程进行较为精准的数值计算。

背景技术

随着现代科学技术的发展，计算机数值模拟在各行各业正在发挥着越来越大的作用。在岩土工程领域，随着大型土工构造物、超高层建筑以及地下采矿、跨海隧道、城市轨道交通等地下工程等的大量兴建，使得数值模拟技术在岩土工程中的应用得到不断发展，岩土工程数值模拟在工程勘察、设计、施工过程中发挥越来越大的作用，而基坑工程数值模拟是其重要的组成部分。

数值模拟计算结果的可信程度以及工程设计、施工方案的安全性主要取决于数值计算和模拟过程中岩土体参数的可靠程度。由于岩土体在形成过程中，矿物成分、土层深度、应力历史、含水量和密度等因素千变万化，各点处岩土体的性质可能有较大差别。目前在岩土工程设计中所需的岩土力学参数，通常是从试验数据以统计分析并参考经验数据而定，带有一定的任意性。作为抽样的试验数据具有随机的不确定性特征，变化范围较大。当勘察作业不能提供正确、合理的岩土体参数时，就会给工程设计、施工安全带来不确定性，容易导致工程事故的发生。

在第10届全国岩土力学数值与解析方法讨论会上，浙江大学龚晓南教授发起的一项关于岩土工程数值分析的调查，调查对象为分布在全国各地的从事岩土工程研究和工程应用的各类人员，具有一定的权威性。龚晓南教授对调查结果进行了分类统计。由调查结果可以看出，参与调查的岩土工程的研究和工程技术人员普遍认为数值模拟技术在岩土工程中占有越来越重要的地位，比例超过90％。与此同时，数值分析用于岩土工程问题时，参数测定与本构模型获得了极高的重视，是影响数值分析结果可靠性的重要因素，数值分析方法包含数值算法、本构关系研究和选择、参数测定、初始和边界条件的确定以及分析技巧等多方面内容，在参与调查的研究和工程技术人员中，参数测定为114人次，占据了43.02％最高比例。鉴于当前数值分析的精度还有欠缺，针对如何进一步提高岩土数值分析能力需要解决的关键问题的调查显示，有112人次认为本构模型参数测定是最关键的问题，占据49.56％，远高于其他因素，由此可见参数确定在岩土工程数值模拟分析中的重要性。

由于岩土介质性质的复杂性，直接由勘察和试验获得的参数往往包含很多人为和其他误差因素，使得直接用于计算分析难以得到与实际符合较好的结果。在这种背景下，反分析方法应运而生。反分析即以现场监测的数据如位移、应变、应力或荷载等信息，通过建立反演模型，反算得到该系统的一些初始参数，如地层初始应力、本构模型参数等的方法。反分析的目的是建立一个更接近现场实测结果的理论预测模型,以便能较正确地反映或预测岩土结构的某些力学行为。

目前，随着科技手段的不断进步，勘察和试验技术以及反分析算法均得到一定程度的发展，勘察获取参数的精度不断提高，反分析数值算法也被相继提出和改进。然而，通过以上两种手段获取勘察与模拟参数之间关系的研究却常常被疏忽，而这两种参数之间关系的建立可以提高基坑工程岩土工程问题数值模拟参数的取值能力；降低岩土工程建模分析参数选取复杂度，缩短调参时间，提高数值模拟计算精度和可靠性，更有效地为基坑设计提供评估、校核；模拟施工过程，事先对施工可能产生的岩土问题进行预测、评估和预警，提前采取有效措施，有效降低(地铁)事故发生的概率等。

发明内容