[发明专利]一种基坑三维正向设计计算一体化方法

权利要求书

1.一种基坑三维正向设计计算一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取地质勘探钻孔数据，建立三维地质模型，在所述三维地质模型上导入周边环境数据；

2)获取基坑方案设计数据，在所述三维地质模型生成基坑，获得三维基坑模型，并进行可视化展示；

3)将所述三维基坑模型转换为三维基坑数值计算模型，计算模型自动继承地层关键地质参数和结构设计参数；

4)基于所述三维基坑数值计算模型进行基坑结构验算，判断基坑受力变形是否满足设计要求，若是，则将所述三维地质模型和三维基坑模型以及模型上集成的属性参数导出为BIM模型，若否，则返回步骤2)。

2.根据权利要求1所述的基坑三维正向设计计算一体化方法，其特征在于，所述建立三维地质模型具体为：

获取场地区域内所有钻孔数据，根据各钻孔内相邻地层间关系，结合地层土力学参数，生成本区域的地层层序表；

在地层层序表的基础上进行空间插值，生成包含地层参数的三维地质模型。

3.根据权利要求2所述的基坑三维正向设计计算一体化方法，其特征在于，所述空间插值的方法包括内置算法、三角剖分法、距离倒数加权法、最小曲率法或最近邻点法。

4.根据权利要求2所述的基坑三维正向设计计算一体化方法，其特征在于，所述地层参数包括地下水位、各地层分布、高程、土体压缩模量、土体粘聚力和土体内摩擦角。

5.根据权利要求1所述的基坑三维正向设计计算一体化方法，其特征在于，所述周边环境数据包括建筑、道路和管线的GIS数据。

6.根据权利要求1所述的基坑三维正向设计计算一体化方法，其特征在于，所述基坑方案设计数据包括基坑控制网线数据、支护体系数据和材料属性数据。

7.根据权利要求1所述的基坑三维正向设计计算一体化方法，其特征在于，步骤2)中，通过布尔运算删除基坑范围内三维地质模型，并自动生成三维基坑围护结构模型，将基坑周围的三维地质模型虚化，使基坑结构、地层分布与周边建筑同时进行可视化展示。

8.根据权利要求1所述的基坑三维正向设计计算一体化方法，其特征在于，所述基坑受力变形包括支护体系的受力和变形以及坑外土体变形。

9.根据权利要求8所述的基坑三维正向设计计算一体化方法，其特征在于，建立三维基坑荷载-结构法计算模型，进行三维计算分析，获得所述支护体系的受力和变形。

10.根据权利要求8所述的基坑三维正向设计计算一体化方法，其特征在于，采用墙体变形反分析坑外分层土体位移场，得到所述坑外土体变形，具体地：

(1)选取基坑截面，建立平面应变分析模型，第i层土体的位移场公式为：

上式中，u(x,z),w(x,z)分别为墙后土体在x和z方向的位移；x为计算点至挡墙的水平距离，z为计算点至地表的距离；λ、G为Lame参数，E、ν分别为土体的弹性模量与泊松比，下标i表示为第i层土体参数；

(2)求解所述位移场公式得到方程通解，即墙后第i层土体的水平位移及竖向位移表达式：

上式中，z为计算深度；x为坑外距离挡土墙距离；K₁、K₂、A为通过侧边和顶面边界条件求解得到的边界系数；

(3)根据变形协调，当前层土层顶面位移与上一层土层底面位移相同，同时当前层土层u(0,z)为该层土层对应挡墙变形，由顶部第一层土体开始，基于所述方程通解，得到挡土墙背后全部土层变形表达；

(4)满足计算精度基础上，按照一定间隔剖分剖面，求解地表及土层分界面沉降曲线，剖面之间采用插值计算，得到三维基坑周边土层沉降槽，进而获得坑外土体变形。