[发明专利]一种地下施工对地面建筑结构影响的检测方法

摘要

本发明属于地质预测技术领域，涉及一种地下施工对地面建筑结构影响的检测方法，先对地表沉降值和混凝土结构爆破振动进行监测，再利用随机介质理论反分析的方法确定地表移动参数，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进行地表移动参数反分析；然后根据得到的地表移动参数，通过随机介质理论计算地表沉降值；现场检测混凝土结构和构件尺寸后建立混凝土结构有限元模型，再对沉降和爆破振动作用下地面建筑混凝土结构应力计算，最后进行应力提取与地面建筑结构损伤定量预测；其设计工艺原理科学可靠，数据采集简单准确，计算分析可靠性好，精确度高，预测结果准确，安全性好，环境友好。

主权项

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。