[发明专利]基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法

说明书

本发明公开了一种基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，包括以下步骤：步骤1，构建基坑桩撑支护结构的可行域；步骤2，构建噪声因素集合；步骤3，利用FLAC^3D软件对基坑开挖过程进行仿真，得到系统响应结果；步骤4，计算基坑桩撑支护结构的鲁棒性度量指标；步骤5，计算基坑桩撑支护结构的成本；步骤6，根据成本和鲁棒性度量指标绘制帕累托前沿；步骤7，应用牺牲收益率获得帕累托前沿的膝点，即最优的基坑桩撑支护结构设计方案；本发明通过对帕累托前沿的点进行筛选，弱化了相近点对膝点选择的影响，对膝点进行多重筛选避免陷入局部最优的困境，本发明在膝点筛选时对帕累托前沿的形状、曲线拟合依赖小，筛选结果准确、可靠。

技术领域

本发明属于基坑工程岩土桩撑支护结构选择技术领域，特别是涉及一种基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法。

背景技术

目前解决岩土工程中不确定问题的常见方法有可靠度法、提高安全系数法等，这些方法通常仅考虑确定性参数在结构安全性中的影响，对于不确定参数在设计过程中常取平均值、经验值等，导致设计结果不能真实反映参数对结构安全性能的影响。

另外，现有计算中通过反向转角法、法向边界法和原点垂足法，从鲁棒性和经济性两方面对基坑桩撑支护结构进行优化设计以获得唯一最优解，这些方法都侧重于研究帕累托前沿的图形规律，随着帕累托前沿横纵坐标轴比例的变化，应用反向转角法和法向边界交叉法测量的结果也会随之变化，且具有相近点考虑不足、首尾点处理不当、容易陷入局部最优的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，综合考虑岩土的不确定性因素，平衡桩撑支护结构的鲁棒性和经济性，在保证工程性能的情况下最大限度的削减工程造价，符合绿色可持续发展的理念。

本发明所采用的技术方案是，基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，具体包括以下步骤：

步骤1，根据钻孔灌注桩的布置形式、深度及所用的混凝土类型，内支撑形式及所用混凝土类型和立柱布置形式设计基坑桩撑支护结构，形成基坑桩撑支护结构的设计方案可行域；

步骤2，采集桩撑支护结构架设的基坑各土层密度、粘聚力和内摩擦角值作为基坑不确定性参数，对基坑不确定性参数进行组合，得到噪声因素集合；

步骤3，应用FLAC^3D软件对基坑的开挖过程进行模拟仿真，模拟仿真中桩撑支护结构的设计选自设计方案可行域，基坑的不确定性参数选自噪声因素集合，提取仿真前后仿真基坑地连墙某点的水平位移变化值作为系统响应结果Result1，提取仿真基坑外侧土体某点的沉降位移变化值作为系统响应结果Result2，提取仿真基坑底部某点的隆起位移变化值作为系统响应结果Result3；

步骤4，分别计算基坑桩撑支护结构模拟系统响应结果Result1、Result2和Result3的标准差，记作σ₁、σ₂和σ₃，对系统响应结果标准差σ₁、σ₂和σ₃进行组合得到组合标准差σ，将组合标准差σ作为基坑桩撑支护结构的鲁棒性度量指标；

步骤5，计算基坑桩撑支护结构设计方案可行域内所有基坑桩撑支护结构的成本，基坑桩撑支护结构的总成本为钻孔灌注桩成本、内支撑成本与立柱成本之和，计算如公式(1.2)所示：

C＝C₁+C₂+C₃ (1.2)

公式(1.2)中C表示基坑桩撑支护结构的总成本，C₁表示钻孔灌注桩成本，C₂表示内支撑成本，C₃表示立柱成本；