[发明专利]一种深基坑围护桩失稳前兆判别方法及系统

说明书

本发明公开了一种深基坑围护桩失稳前兆判别方法及系统，其技术方案为：包括建立深基坑势能模型；确定土体相互剪切滑移本构关系及围护桩和土相对位移本构关系；分析基坑外地下水对地面沉降土体势能损失的影响，根据上述关系及土体下沉损失的势能建立尖点突变模型；将尖点突变模型与基坑监测数据进行融合，得到状态变量函数；根据状态变量函数得到深基坑稳定性判别式，通过深基坑稳定性判别式判断深基坑状态。本发明通过建立深基坑围护桩势能计算简化分析模型，得到受开挖影响深基坑总势能函数，只需把所监测的围护桩竖向位移这一单一数据代入模型，即可预测围护桩失稳与否，避免了传统方法中由于深基坑周围环境不同而导致预测结果的不准确性。

技术领域

本发明涉及深基坑灾害前兆识别领域，尤其涉及一种深基坑围护桩失稳前兆判别方法及系统。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，城市土地资源短缺的问题越来越严重。城市中的深基坑工程越来越多，由深基坑工程施工所导致的基坑本身以及对周边环境安全问题的影响也引起了诸多关注。

目前，对于深基坑围护桩等结构多采用数值仿真模拟，然后结合有限元分析方法得出支撑体系是否处于不利情况；或者采用数学预测原理对深基坑支护体系的变形规律进行经验预测。发明人发现，这种技术存在以下缺点：

由于每个深基坑周围的建筑物密集度、地下管线的复杂程度以及各个厂区的水文地质条件多有不同，采用传统的力学方法对深基坑支护结构的稳定性能进行数值模拟，其结果可能会和实际情况有较大出入。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种深基坑围护桩失稳前兆判别方法及系统，通过建立深基坑围护桩势能计算简化分析模型，推导得到受开挖影响深基坑总势能函数，只需要把所监测的围护桩竖向位移这一单一数据代入模型，即可预测围护桩失稳与否，避免了传统方法中由于深基坑周围环境不同而导致预测结果的不准确性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种深基坑围护桩失稳前兆判别方法，包括：

建立深基坑势能模型；

确定土体相互剪切滑移本构关系及围护桩和土相对位移本构关系；

分析基坑外地下水对地面沉降土体势能损失的影响，根据上述关系及土体下沉损失的势能建立尖点突变模型；

将尖点突变模型与基坑监测数据进行融合，得到状态变量函数；

根据状态变量函数得到深基坑稳定性判别式，通过深基坑稳定性判别式判断深基坑状态。

作为进一步的实现方式，土体相互剪切滑移所消耗的能量为：

其中，τ表示韦伯分布，H为剪切滑移面的长度，u表示围护桩及其周围土体沉降的位移。

作为进一步的实现方式，围护桩位移所消耗的能量为：

其中，f(u)表示单位面积的摩阻力，c表示围护桩周长，ΔZ_i表示围护桩位于第i层土中的长度，r表示大于1的参数。

作为进一步的实现方式，尖点突变模型的标准方程为x³+p₁x+p₂＝0；系统发生失稳的充分条件是满足分叉集方程Δ＝4p₁³+27p₂²＝0。

作为进一步的实现方式，对于深基坑开挖，将坡顶围护桩及其周边的沉降当作状态变量，得到状态变量随时间变化的函数S＝y(d)，其中，d表示坡顶围护桩及其周边沉降的累计监测天数。