基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法、设备及存储介质与流程

本发明涉及地下工程及基坑工程，特别涉及一种基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、目前，随着我国城市体量的不断发展，城市人口不断增加，城市建设中开挖的基坑越来越多。由于新开挖基坑位于城市中，基坑周围会有大量构筑物。由于新基坑开挖的施工，基坑周围会产生土体变形，会导致邻近建筑物桩基发生侧向变形和附加应力，进而影响周围建筑物的安全与稳定，严重威胁城市建设的安全。

2、目前，针对基坑开挖对邻近桩基建筑物的影响，主要求解方法有：(1)基于文克尔模型的地基反力法，包括线性和非线性荷载传递法，以及该方法为核心的其他方法。(2)有限单元法或有限差分法。(3)弹性理论分析方法。基坑对周围桩基变形影响的过程复杂，需要考虑大量因素，估算基坑开挖对邻近桩基侧向变形的影响时，受实测条件制约影响，实测数据往往存在误差，导致有限元变形计算偏差较大。

技术实现思路

1、本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法、设备及存储介质。

2、本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

3、一种基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法，包括：

4、步骤一，监测并采集基坑开挖过程中的基坑、周边建筑物及地面道路的沉降变形数据，对采集的数据进行统计与分析；

5、步骤二，采用混合杂交遗传算法对得到的数据进行寻优处理，以获得全局最优解的周边桩基侧向变形可能解，对可能解进行迭代计算，获得周边桩基侧向变形预测值；

6、步骤三，基于周边桩基侧向变形预测值和采集的监测数据，构建基坑与周边桩基的三维有限元分析模型，在基坑开挖过程中对周边桩基侧向变形进行预测。

7、进一步地，步骤一包括如下方法步骤：

8、在基坑、基坑周边建筑物桩基及基坑周边地面道路，设置分布式监测点，确定监测点与基坑中心的距离，采集基坑开挖过程中监测点的沉降数据，统计各监测点的沉降与变形数据；获得基坑周边的建筑物沉降变形数据与基坑不同距离曲线。

9、进一步地，步骤二包括如下方法步骤：

10、步骤1，通过采用混合杂交遗传算法随机生成若干可能解，获得初代种群；

11、步骤2，基于监测数据、可能解及基坑沉降变形解析解，构建目标函数；

12、步骤3，基于监测数据及可能解，计算可能解的适应度值，根据适应度选择可能解；

13、步骤4，基于目标函数构建雅可比矩阵，选择目标函数梯度下降最快的方向进行迭代更新；

14、步骤5，用收敛精度控制阻尼参数，迭代更新步长；

15、步骤6，重复步骤2至步骤5，迭代循环，直至达到迭代最大次数，输出周边桩基侧向变形预测值。

16、进一步地，步骤3中，每个可能解被选择概率与其适应度相关联，所有可能解按照对应适应度的概率被随机选择，当目标函数为最小值问题时，适应度为其目标函数值的倒数。

17、进一步地，每个可能解被选择概率的计算公式如下：

18、

19、式中：

20、pk为k阶段可能解被选择的概率；

21、e(k)为基坑开挖的k阶段状态参数变形值；

22、e(k+1)为基坑开挖的k+1阶段状态参数变形值；

23、a为开挖持续的时间。

24、进一步地，步骤2中，构建如下目标函数：

25、

26、式中：

27、et为实测数据与估计值的方差；

28、t为实测数据中对应的监测点序号；

29、vi为第i步的自由度，等于实测点数与参数个数之差；

30、ε为标准误差极大值；

31、m为监测点数量。

32、进一步地，步骤4包括如下方法步骤：

33、设置混合杂交遗传算法最大迭代次数，更新雅可比矩阵；其中，雅可比矩阵包括目标函数对各参数的偏导数：

34、

35、式中：

36、ji为第i步的雅可比矩阵；

37、fi为第i步的目标函数；

38、t为土体重度参数；

39、s为土体压缩模量；

40、s'为土体粘聚力；

41、b为开挖土体的内摩擦角。

42、进一步地，步骤5中，按照下式迭代更新步长：

43、

44、式中：

45、f(et,vi)为目标函数；

46、ji为第i步的雅可比矩阵；

47、μi为第i步的阻尼参数；

48、i为单位矩阵；

49、jit为ji的转置矩阵；

50、y为基坑开挖深度；

51、δ为参数向量，表示特定基坑范围。

52、本发明还提供了一种基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器，用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时，实现如上述的基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法步骤。

53、本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上述的基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法步骤。

54、本发明具有的优点和积极效果是：本发明提出基于现场实测数据的桩基侧向变形计算算法，将实测数据进行分析处理，利用混合杂交遗传算法，获得全局最优解的可能解，迭代计算获得预测参数，将现场监测数据与预测参数构建基坑与周边建筑的三维有限元分析模型，实现对基坑周围邻近桩基侧向变形的预测。

55、本发明结合工程的实际情况，对基坑开挖诱发桩基侧向变形问题提供了一个适用性强、准确度高的计算方法，可对基坑周围建筑物的桩基变形进行有效预测，可应用于实际工程中。

技术特征：

1.一种基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1的基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法，其特征在于，步骤一包括如下方法步骤：

3.根据权利要求1的基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法，其特征在于，步骤二包括如下方法步骤：

4.根据权利要求3的基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法，其特征在于，步骤3中，每个可能解被选择概率与其适应度相关联，所有可能解按照对应适应度的概率被随机选择，当目标函数为最小值问题时，适应度为其目标函数值的倒数。

5.根据权利要求4的基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法，其特征在于，每个可能解被选择概率的计算公式如下：

6.根据权利要求3的基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法，其特征在于，步骤2中，构建如下目标函数：

7.根据权利要求3的基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法，其特征在于，步骤4包括如下方法步骤：

8.根据权利要求3的基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法，其特征在于，步骤5中，按照下式迭代更新步长：

9.一种基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器，用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至8中任一项所述的基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法步骤。

10.一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至8中任一项所述的基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法步骤。

技术总结
本发明公开了一种基坑开挖诱发邻近桩基侧向变形预测方法、设备及存储介质，该方法包括：步骤一，监测并采集基坑开挖过程中的基坑、周边建筑物及地面道路的沉降变形数据，对采集的数据进行统计与分析；步骤二，采用混合杂交遗传算法对得到的数据进行寻优处理，以获得全局最优解的周边桩基侧向变形可能解，对可能解进行迭代计算，获得周边桩基侧向变形预测值；步骤三，基于周边桩基侧向变形预测值和采集的监测数据，构建基坑与周边桩基的三维有限元分析模型，在基坑开挖过程中对周边桩基侧向变形进行预测。本发明对基坑开挖诱发桩基侧向变形问题提供了适用性强、准确度高的计算方法，可对基坑周围建筑物桩基变形进行有效预测，可应用于实际工程中。

技术研发人员：满超群,郭伟,周国民,王杰,侯昌圣,郑刚,朱行行,高秀峰,王亚辉,骆斌,卜祥禾,夏博洋,周海祚
受保护的技术使用者：中铁北京工程局集团（天津）工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1