CN109680669A - 一种基于地下水动力加载的基坑稳定性监测预警方法 - Google Patents

Abstract

对传统的基坑坡体安全性预测方法基于单一位移信息参数所建立的预测评价模型，预测准确性差的问题，本发明提供一种基于地下水动力加载的基坑稳定性监测预警方法，属于基坑稳定性监测领域，包括：步骤一：深基坑工程监测点以及基准点的选取；步骤二：基坑地下水位和位移监测设备的布置与安装；步骤三：基坑地下水位及边坡位移的监测与数据处理；步骤四：地下水变化引起基坑边坡加卸载动力参数的确定；步骤五：基坑边坡地下水动力与位移耦合评价参数的确定；步骤六：基坑地下水位变化引起边坡稳定性预警判据的确定。该方法将各种有效位移与地下水动力信息有机结合，对基坑坡体的稳定性实行多源信息耦合预测，能够提高基坑坡体安全性预测的准确性。

Description

一种基于地下水动力加载的基坑稳定性监测预警方法

技术领域

本发明属于水诱发基坑边坡动态稳定性评价与防治领域，具体涉及一种基于地下水动力加载的基坑稳定性监测预警方法。

背景技术

深基坑工程具有变形大、突发性强、危害性严重、失稳因素多等特点，在工程建设事故中占有相当大的比例。目前深基坑工程在施工过程中，由于施工环境很复杂，即使已开挖完成的永久性基坑，在地下水的作用下基坑边坡失稳的事故经常发生。因此，在深基坑开挖完成后，也需要对地下水与基坑边坡稳定性进行实时监测，以便采取必要的措施保证基坑安全。目前对该类基坑稳定性评价和监测预警主要由监测项目的累计位移量和位移变化速率值共同控制，但是由于每一个基坑工程的基坑类型、安全等级、工况、周边环境、工程地质条件等均不相同，而采用统一的变形控制值显然是不合理，即便针对工程条件或项目特点制定相应控制标准，也往往会发生基坑边坡变形过大，基坑边坡却未失稳，或者基坑边坡变形未超过变形控制值，基坑边坡却发生失稳现象。所以运用单一位移信息参数所建立的预测评价模型往往会因为信息量的单一而使其预测评价准确率受到一定的影响和局限。因为单一的变形位移量或位移速率只是描述位移矢量场大小变化的量化评价参数，而单一位移参数根本反映不了基坑边坡位移矢量场的动力变化规律。因此，目前亟需寻找一种提高基坑坡体安全性预测预报准确性的方法。

发明内容

针对传统的基坑坡体安全性预测方法是基于单一位移信息参数所建立的预测评价模型，导致预测准确性差的上述问题，本发明提供一种基于地下水动力加载的基坑稳定性监测预警方法，该方法将基坑地下水位与位移或位移速率同时进行监测和整合，以此确定和建立基坑地下水位与位移或位移速率的耦合集成动力预测参数，并运用弹性力学和损伤力学的基本原理，建立水位变化与加卸载响应比参数的函数关系，用加卸载响应比参数转折点法确定基坑边坡由缓慢变形到急剧变形时的水位为临界失稳水位，以此对基坑边坡进行稳定性监测预警。

由于地下水受周围环境、自然条件以及降雨的影响，地下水位的变化可分为三种情况，1)地下水位有明显的升降变化；2)地下水位持续增加；3)地下水位基本不变或持续下降，本发明主要对前两种情况进行研究

本发明提供的基于地下水动力加载的基坑稳定性监测预警方法，步骤如下：

步骤一：深基坑工程监测点以及基准点的选取

对待评价基坑边坡进行岩土工程勘察与测绘，在基坑坡的内力及变形关键点上设置2个以上的变形监测点，变形监测点水平间距小于20m，在监测基坑坡体以外无变形的区域设置3个以上的变形监测基准点，在基坑四周每边分别布置2个以上的水位监测点；

步骤二：基坑地下水位和位移监测设备的布置与安装

1)在深基坑附近通视良好的位置，设置便于观测的观测站并架设自动全站仪，设置测站点的空间坐标和方位角，以角度和距离同步测量的极坐标分析为基础，结合仪器高精度数据智能采集分析能力，对监测目标进行自动识别定位；

2)设置基坑地下水位观测设备，将其探头放入水位管水面以下，保证能监测到基坑地下水位任何时段变化，在钻孔底部设置压力式水位计，并在坡面上同时设置额外的气压补偿装置，共同监测基坑外围地下水位的变化；

步骤三：基坑地下水位及边坡位移的监测与数据处理

以天为单位监测频率对基坑边坡地下水位与位移进行实时监测，同时记录基坑地下水位与位移监测数据，并对监测数据进行分类预处理，得到基坑水位序列值h₁、h₂...h_i以及相应的边坡位移序列值S₁、S₂...S_i；以此确定基坑地下水位及边坡位移变化值；

当监测数据变化起伏很大时，适当加大监测的频率；监测数据通过边坡场地数据信号收集器传输到远程监测室进行分类预处理；

步骤四：地下水变化引起基坑边坡加卸载动力参数的确定

基坑外围地下水位h_i引起的土压力P_i：

式中：H为基坑深度；h_i为地下水位高度；γ为土的重度；γ_sat为土的饱和重度；K₀静止土压力系数， 为土的内摩擦角；

根据式(1)，确定基坑边坡地下水位由h_i-1上升或下降到h_i时所引起的土压力变化量为：

ΔP_i＝P_i-P_i-1 (2)

式(2)中ΔP_i为基坑边坡地下水动力加卸载参数，当ΔP_i＞0时，判定对基坑边坡是动力加载；当ΔP_i＜0时，判定对基坑边坡是动力卸载；

步骤五：基坑边坡地下水动力与位移耦合评价参数的确定

1)当基坑地下水位有明显的升降变化时，以每一个完整的地下水位下降过程和上升过程为一个加卸载周期，将当前周期地下水位下降所引起的土压力变化量ΔP_i-作为当前周期的水动力卸载量，其对应的位移变化量ΔS_i-为卸载位移响应量；当地下水位开始上升时，实时记录下当前地下水上升量，其水位上升所引起的土压力变化量ΔP_i+作为当前周期的水动力加载量，其对应的位移变化量ΔS_i+为加载位移响应量；

以任一周期实时监测计算的加卸载统计量和加卸载响应统计量为依据，确定基坑边坡地下水动力加卸载响应比，即：

2)当基坑从开始监测，地下水位就持续增加时，以初始监测天数(N天，N≥1)所对应的水位上升所引起的土压力变化量ΔP₀为初始动力增载量，其对应的初始动力位移响应量为ΔS₀；实时记录下从监测初期到第i时刻水位上升量所引起的土压力变化量ΔP_i为第i时刻动力增载量，其对应的ΔS_i为i时刻动力位移响应量；

以第i时刻和初始时刻加载统计量与加载响应统计量为依据，可确定基坑边坡第i时刻地下水动力增载位移响应比，即：

当或ξ＝1时，基坑边坡处于稳定状态；当或ξ＞1时，基坑边坡偏离稳态；当或ξ→∞时，基坑边坡失稳；因此，动力增载位移响应比ξ与加卸载响应比在评价边坡稳定性时具有等效性，可以对进行赋值；

步骤六：基坑地下水位变化引起边坡稳定性预警判据的确定

1、基坑边坡不稳定初始阶段判据的确定：

1)确定加卸载响应比时序序列的平均值：

2)确定加卸载响应比时序序列响应比均方差:

3)基坑边坡加卸载响应比稳定性阶段的划分:

根据基坑边坡加卸载响应比参数阶段性演化规律：当则判定基坑边坡处于弹性稳定阶段，当则判定基坑边坡处于塑性发展阶段；

2、基坑边坡失稳临界判据的确定

1)建立h、函数关系式：

当基坑边坡处于塑性发展阶段时，加卸载响应比将呈现加速变化规律，以基坑地下水位h为横坐标，以水动力加卸载位移响应比为纵坐标，建立h、函数关系式。设水动力加卸载位移响应比随地下水的演化规律符合公式(5)的指数函数关系曲线，即：

式中：a、b为常数；

2)对公式(5)二次求导使可求得拐点s，即转折点拐点可反映事物发展过程中运行趋势或运行速率的变化，因此在该函数关系中点s可视为基坑边坡由缓慢加速变形到急剧加速变形的边坡临界失稳预警点；

3)由公式(9)和(10)对常数b、h_s进行修正：

常数

临界失稳水位：

根据监测数据，通过前两次监测数据h₁、及h₂、代入函数(8)可求得a、b，使所求的a、b为a₁、b₁，将b₁代入公式(10)可求得h₁，把a₁代入公式(9)，求得b₂，再将b₂代入式(8)和10)可求得a₂、h₂，以此循环类推可求出h_n，当时，将h_n代入公式(8)所求得的为基坑边坡临界失稳预警值；

根据加卸载响应比的变化规律，对基坑边坡进行稳定性评价与监测预警：当时，判定基坑边坡处于稳定状态；当时，判定基坑边坡偏离稳态，基坑边坡处于不稳定初始阶段；当时，判定基坑边坡处于不稳定阶段，表明边坡即将发生失稳，此时应及时发出基坑失稳预警。

所述步骤三，当监测数据变化起伏很大时，适当加大监测的频率，并通过边坡场地数据信号收集器将监测数据传输到远程监测室进行分类预处理。

本发明基本原理如下：

1、步骤五用到的原理：现代非线性科学理论认为，同一事物，处于不同的发展演化阶段，其对外界扰动的响应是不一样的。如果将基坑边坡失稳发展的演化过程中主要遭受的因素为水位变动产生的增量称为荷载作用，并用P来表示；将斜坡经受荷载作用后所产生的响应位移定义为s，则动力增载量与系统响应位移之间的关系见附图3。设荷载增量为ΔP时，所对应的响应增量为ΔS，定义为位移响应率μ：

其中：ΔP、ΔS与步骤四参数意义相同。将边坡位移速率分别按加卸载响应正负值进行统计，可确定增载位移响应率的序列和卸载位移响应率的序列

令与分别代表卸载与加载响应率。荷载很小时系统处于稳定状态，这时其P和S之间为线性或近似线性关系，加载时的响应率与卸载时的响应率基本相等；如果荷载不断增大，逐渐接近临界值P cr，即系统趋于不稳定时，其响应率随荷载增大而不断增大；当系统失稳时，这说明，当系统临近失稳时，即使是极其微小的荷载作用都会使系统产生剧烈的响应。因此对非线性系统进行加载即使荷载增量保持不变由于系统的稳定状态不一样其响应率也会有很大差别，响应率越大系统越接近失稳。为了找出更一般的规律，定义加卸载位移响应比：

当基坑从开始监测，地下水位就持续增加时，以初始监测天数(N天，N≥1)所对应的水位上升所引起的土压力变化量ΔP₀为初始动力增载量，其对应的初始动力位移响应量为ΔS₀；实时记录下从监测初期到第i时刻水位上升量所引起的土压力变化量ΔP_i为第i时刻动力增载量，其对应的ΔS_i为i时刻动力位移响应量。

以第i时刻和初始时刻加载统计量与加载响应统计量为依据，可确定基坑边坡第i时刻地下水动力增载位移响应比，即：

根据弹塑性力学基本原理：对于弹性系统，地下水位有明显的升降变化时地下水位持续增加时，其边坡动力加载率近似线性关系增加；所以或ξ＝1；但对于非线性系统，或值则随基坑边坡稳定状态不同而变化。当或ξ＝1时，基坑边坡处于稳定状态；当或ξ＞1时，基坑边坡偏离稳态；当或ξ→∞时，基坑边坡失稳。所以或ξ值可以定量的刻画非线性系统的稳定性程度，也可以作为非线性系统失稳预报的判据。

2、步骤六用到的原理：在其他因素不变的条件下，基坑边坡的土压力和移动力学特征主要取决于地下水位变化。因此地下水位变化是影响和控制基坑土压力和边坡位移的重要因素，基坑稳定性演化系统是一个典型的非线性系统，所以在地下水位作用下基坑边坡的土压力和位移的演化规律完全吻合非线性系统，因此，可以运用加卸载位移响应比对基坑边坡进行稳定性评价。本专利针对地下水位变化对基坑边坡的作用机理与特点，分别将地下水位上升变化产生的加载位移速率和地下水位下降变化产生的卸载位移速率作为基坑边坡的加卸载参数，并将加载位移速率与卸载位移速率定义为水动力加卸载响应比 可视为基坑边坡受荷载后坡体抵抗变形的能力。根据弹塑性力学原理和大量的基坑边坡变形监测资料随着地下水位的变化建立h函数关系式，基坑边坡将从弹性变形转化为塑性变形，其位移对地下水位加卸载的响应呈现指数加速变化规律，其水动力加卸载位移响应比随地下水的变化也呈现指数加速变化规律，设水动力加卸载位移响应比随地下水的演化规律符合公式(5)的指数函数关系曲线，地下水位作用下水动力加卸载位移响应比的演化规律大致与图5的函数曲线关系相同，其函数关系可用表示，式中，a、b为常数；对公式(5)二次求导可得公式(6)：将公式(6)可求得拐点s，即转折点拐点可反映事物发展过程中运行趋势或运行速率的变化，因此在该函数关系中点s可视为基坑边坡由缓慢变形到急剧变形的边坡临界失稳预警点。由公式(5)和(6)对常数b、h_s进行修正得公式(7)和(8)：

常数

临界失稳水位：

根据监测数据，通过前两次监测数据h₁、及h₂、代入函数(5)可求得a、b，使所求的a、b为a₁、b₁，将b₁代入公式(8)可求得h₁，把a₁代入公式(7)，求得b₂，再将b₂代入式(5)和(8)可求得a₂、h₂，以此循环类推可求出h_n，当时，将h_n代入公式(8)所求得的可认为基坑边坡临界失稳预警值。

根据加卸载响应比的变化规律可对边坡进行稳定性评价与监测预警：当时，判定基坑边坡处于稳定状态；当时，判定基坑边坡偏离稳态，基坑边坡处于不稳定初始阶段；当时，判定基坑边坡处于不稳定阶段，表明边坡即将发生失稳，此时应及时发出基坑失稳预警。

本发明基于非线性水动力学理论，将基坑失稳形成的动因和机理与位移响应信息变化进行耦合分析，通过建立非线性加卸载响应比参数预测模型进而建立一种基于地下水动力加载的基坑边坡稳定性监测预警方法，能够提高基坑坡体安全性预测预报准确性。该预测方法改变了传统位移时序预测法仅仅选取基坑边坡位移或位移速率作为监测和评价参数的思路，提出地下水变化与位移或位移速率进行同时监测和整合，以此确定地下水变化与位移或位移速率的动力位移耦合预测参数与评价方法。该方法不仅可克服静态极限力学评价法无法分析和评价边坡稳定性随时间的变化规律的局限，同时又可克服传统位移时序预测方法无法分析和评价基坑失稳形成机理与动因的弊端。上述特点均体现了该方法在基坑边坡地质灾害监测预警与防治中具有重要的工程应用价值。

附图说明

图1本发明实施例的方法流程示意图。

图2为边坡监测点及基准点布置示意图，图中：01—基坑坡体；02—位移监测点；03—位移监测基准点；04—观测站；05—自动全站仪；06—远程监控中心。

图3为基坑外围地下水的变化示意图。

图4为动力增载量与系统响应位移之间的关系图。

图5为基坑边坡h、演化曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。

实施例

某基坑深度为15米，长150米，宽100米，基坑边坡的物理力学性能参数见表1：

表1基坑边坡的物理力学性能参数取值表

具体实施步骤如下：

步骤一：深基坑工程监测点以及基准点的选取

对待评价基坑边坡进行岩土工程勘察与测绘，分析和确定基坑边坡的边坡体尺寸与分布范围等特征，在基坑坡的周边、中部、阳角处等内力及变形关键点上设置2个变形监测点，监测点水平间距为20m；设置3个变形监测基准点，变形监测基准点选择监测基坑坡体以外无变形的区域，以保证监测点与变形体固结为一体，采用红油漆三角符号标识并做编号。并根据基坑工程的位置和规模及《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009，在基坑四周每边布置均不宜2个的水位监测点。

步骤二：基坑地下水位和位移监测设备的布置与安装

1)位移监测设备选用TC 2003高精度自动全站仪，在深基坑附近通视良好的位置，设置一个便于观测的观测站并架设自动全站仪，设置测站点的空间坐标和方位角，以角度和距离同步测量的极坐标分析为基础，结合仪器高精度数据智能采集分析能力，对监测目标进行自动识别定位。

2)基坑地下水位观测设备采用斯比特4500S-350KP型水位计：利用仪器将其探头放入水位管水面以下，监测设备安置后应保证能监测到基坑地下水位任何时段变化。在钻孔底部设置压力式水位计，并在坡面上同时设置额外的气压补偿装置，共同监测基坑外围地下水位的变化。

步骤三：基坑地下水位及边坡位移的监测与数据处理

本发明以天为单位监测频率对基坑边坡地下水位与位移进行监测，由于地下水位容易受周围环境、自然条件的影响，当监测数据变化起伏很大时，适当加大监测的频率，并运用位移与水位监测设备对基坑地下水位与位移进行实时监测，同时记录基坑地下水位与位移监测数据，并通过边坡场地数据信号收集器将监测数据传输到远程监测室，对监测数据进行分类预处理，并详细录入Excel表格。进行监测数据的预处理，得到基坑水位序列值h₁、h₂...h_i以及相应的边坡位移序列值S₁、S₂...S_i；并以此可确定基坑地下水位及边坡位移变化值(表2)。

表2基坑地下水位和位移监测数据一览表

地下水位(m)	7.1	5.7	7.1	6.4	7.9	7.3	7.5	8.15	8.3	8.6	9.1	9.6	10.1
														位移(mm)	1.11	1.12	1.13	1.14	1.19	1.22	1.24	1.33	1.355	1.413	1.53	1.69	1.89

步骤四：地下水变化引起基坑边坡加卸载动力参数的确定

根据公式(1)可得基坑外围地下水位h_i引起的土压力P_i：

式中：H为基坑深度；h_i为地下水位高度；γ为土的重度；γ_sat为土的饱和重度；K₀静止土压力系数， 为土的内摩擦角。

根据式(1)，可确定基坑边坡地下水位由h_i-1上升(或下降)到h_i时所引起的土压力变化量为：

ΔP_i＝P_i-P_i-1 (2)

计算结果见表3

表3土压力和土压力及位移变化量一览表

将式(2)中ΔP_i作为地下水动力加卸载标准。当ΔP_i＞0时，判定对基坑边坡是加载；当ΔP_i＜0时，判定对基坑边坡是卸载。

步骤五：基坑边坡地下水动力与位移耦合评价参数的确定

由于地下水受周围环境、自然条件以及降雨的影响，地下水位的变化可分为三种情况，1)地下水位有明显的升降变化；2)地下水位持续增加；3)地下水位基本不变或持续下降。由于地下水位基本不变或持续下降情况下，基坑边坡趋于稳定，因此本发明主要针对前两种情况。

1)当基坑地下水位有明显的升降变化时，以每一个完整的地下水位下降过程和上升过程为一个加卸载周期，将当前周期地下水位下降所引起的土压力变化量ΔP_i-作为当前周期的水动力卸载量，其对应的位移变化量ΔS_i-为卸载位移响应量；当地下水位开始上升时，实时记录下当前地下水上升量，其水位上升所引起的土压力变化量ΔP_i+作为当前周期的水动力加载量，其对应的位移变化量ΔS_i+为加载位移响应量。

以任一周期实时监测计算的加卸载统计量和加卸载响应统计量为依据，可确定基坑边坡地下水动力加卸载响应比，即：

2)当基坑从开始监测，地下水位就持续增加时，以初始监测天数(2天，)所对应的水位上升所引起的土压力变化量ΔP₀为初始动力增载量，其对应的初始动力位移响应量为ΔS₀；实时记录下从监测初期到第i时刻水位上升量所引起的土压力变化量ΔP_i为第i时刻动力增载量，其对应的ΔS_i为i时刻动力位移响应量。

以第i时刻和初始时刻加载统计量与加载响应统计量为依据，可确定基坑边坡第i时刻地下水动力增载位移响应比，即：

计算结果见表4

表4基坑边坡地下水动力与位移耦合评价参数一览表

根据弹塑性力学基本原理：当或ξ＝1时，基坑边坡处于稳定状态；当或ξ＞1时，基坑边坡偏离稳态；当或ξ→∞时，基坑边坡失稳。因此，动力增载位移响应比ξ与加卸载响应比在评价边坡稳定性时具有等效性，可以对进行赋值。

步骤六：基坑地下水位变化引起边坡稳定性预警判据的确定

根据步骤五对基坑边坡稳定性判据，对边坡稳定性进行评价与监测预警。其评价与监测预警方法与步骤如下：

1、基坑边坡不稳定初始阶段判据的确定：

1)确定加卸载响应比时序序列的平均值：

2)确定加卸载响应比时序序列响应比均方差:

3)基坑边坡加卸载响应比稳定性阶段的划分:

计算结果见表5。

表5加卸载响应比时序序列的平均值和均方差及异常判据一览表

根据基坑边坡加卸载响应比参数阶段性演化规律：当则判定基坑边坡处于弹性稳定阶段，当则判定基坑边坡处于塑性发展阶段。

2、基坑边坡失稳临界判据的确定

1)建立h、函数关系式：

当基坑边坡处于塑性发展阶段时，加卸载响应比将呈现加速变化规律，根据原理3和大量基坑边坡变形监测资料，以基坑地下水位h为横坐标，以水动力加卸载位移响应比为纵坐标，建立h、函数关系式。设水动力加卸载位移响应比随地下水的演化规律符合公式(5)的指数函数关系曲线，即：

式中：a、b为常数；h为某一地下水位监测周期的平均值。

2)对公式(5)二次求导使可求得拐点s，即转折点拐点可反映事物发展过程中运行趋势或运行速率的变化，因此在该函数关系中点s可视为基坑边坡由缓慢加速变形到急剧加速变形的边坡临界失稳预警点。

3)由公式(9)和(10)对常数b、h_s进行修正：

常数

临界失稳水位：

基坑处于塑性阶段时基坑边坡地下水动力与位移耦合评价参数一览表见表6。

表6基坑处于塑性阶段时基坑边坡地下水动力与位移耦合评价参数一览表

根据监测数据，通过前两次监测数据h₁、及h₂、代入函数(8)可求得a＝-1.66、b＝0.0057，使所求的a、b为a₁、b₁，将b₁代入公式(10)可求得h₁＝9.37，把a₁＝-1.66代入公式(9)，求得b₂＝0.0056，再将b₂代入式(8)和10)可求得a₂＝-1.67、h₂＝9.4，且即，h_n＝9.4，所以h、函数关系式为：并将h_n＝9.4代入所求得的可为基坑边坡临界失稳预警值。

3、边坡失稳预警判据的确定：

根据加卸载响应比的变化规律可对边坡进行稳定性评价与监测预警：当时，判定基坑边坡处于稳定状态；当时，判定基坑边坡偏离稳态，基坑边坡处于不稳定初始阶段；当时，判定基坑边坡处于不稳定阶段，表明边坡即将发生失稳，此时应及时发出基坑失稳预警。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于地下水动力加载的基坑稳定性监测预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：深基坑工程监测点以及基准点的选取

对待评价基坑边坡进行岩土工程勘察与测绘，在基坑坡的内力及变形关键点上设置2个以上的变形监测点，变形监测点水平间距小于20m，在监测基坑坡体以外无变形的区域设置3个以上的变形监测基准点，在基坑四周每边分别布置2个以上的水位监测点；

步骤二：基坑地下水位和位移监测设备的布置与安装

1)在深基坑附近通视良好的位置，设置便于观测的观测站并架设自动全站仪，设置测站点的空间坐标和方位角，以角度和距离同步测量的极坐标分析为基础，结合仪器高精度数据智能采集分析能力，对监测目标进行自动识别定位；

2)设置基坑地下水位观测设备，将其探头放入水位管水面以下，保证能监测到基坑地下水位任何时段变化，在钻孔底部设置压力式水位计，并在坡面上同时设置额外的气压补偿装置，共同监测基坑外围地下水位的变化；

步骤三：基坑地下水位及边坡位移的监测与数据处理

以天为单位监测频率对基坑边坡地下水位与位移进行实时监测，同时记录基坑地下水位与位移监测数据，并对监测数据进行分类预处理，得到基坑水位序列值h₁、h₂...h_i以及相应的边坡位移序列值S₁、S₂...S_i；以此确定基坑地下水位及边坡位移变化值；

步骤四：地下水变化引起基坑边坡加卸载动力参数的确定

基坑外围地下水位h_i引起的土压力P_i：

式中：H为基坑深度；h_i为地下水位高度；γ为土的重度；γ_sat为土的饱和重度；K₀静止土压力系数， 为土的内摩擦角；

根据式(1)，确定基坑边坡地下水位由h_i-1上升或下降到h_i时所引起的土压力变化量为：

ΔP_i＝P_i-P_i-1 (2)

式(2)中ΔP_i为基坑边坡地下水动力加卸载参数，当ΔP_i＞0时，判定对基坑边坡是动力加载；当ΔP_i＜0时，判定对基坑边坡是动力卸载；

步骤五：基坑边坡地下水动力与位移耦合评价参数的确定

1)当基坑地下水位有明显的升降变化时，以每一个完整的地下水位下降过程和上升过程为一个加卸载周期，将当前周期地下水位下降所引起的土压力变化量ΔP_i-作为当前周期的水动力卸载量，其对应的位移变化量ΔS_i-为卸载位移响应量；当地下水位开始上升时，实时记录下当前地下水上升量，其水位上升所引起的土压力变化量ΔP_i+作为当前周期的水动力加载量，其对应的位移变化量ΔS_i+为加载位移响应量；

以任一周期实时监测计算的加卸载统计量和加卸载响应统计量为依据，确定基坑边坡地下水动力加卸载响应比，即：

2)当基坑从开始监测，地下水位就持续增加时，以初始监测天数(N天，N≥1)所对应的水位上升所引起的土压力变化量ΔP₀为初始动力增载量，其对应的初始动力位移响应量为ΔS₀；实时记录下从监测初期到第i时刻水位上升量所引起的土压力变化量ΔP_i为第i时刻动力增载量，其对应的ΔS_i为i时刻动力位移响应量；

以第i时刻和初始时刻加载统计量与加载响应统计量为依据，可确定基坑边坡第i时刻地下水动力增载位移响应比，即：

当或ξ＝1时，基坑边坡处于稳定状态；当或ξ＞1时，基坑边坡偏离稳态；当或ξ→∞时，基坑边坡失稳；因此，动力增载位移响应比ξ与加卸载响应比在评价边坡稳定性时具有等效性，可以对进行赋值；

步骤六：基坑地下水位变化引起边坡稳定性预警判据的确定

1、基坑边坡不稳定初始阶段判据的确定：

1)确定加卸载响应比时序序列的平均值：

2)确定加卸载响应比时序序列响应比均方差:

3)基坑边坡加卸载响应比稳定性阶段的划分:

根据基坑边坡加卸载响应比参数阶段性演化规律：当则判定基坑边坡处于弹性稳定阶段，当则判定基坑边坡处于塑性发展阶段；

2、基坑边坡失稳临界判据的确定

1)建立h、函数关系式：

当基坑边坡处于塑性发展阶段时，加卸载响应比将呈现加速变化规律，以基坑地下水位h为横坐标，以水动力加卸载位移响应比为纵坐标，建立h、函数关系式。设水动力加卸载位移响应比随地下水的演化规律符合公式(5)的指数函数关系曲线，即：

式中：a、b为常数；

2)对公式(5)二次求导使可求得拐点s，即转折点拐点可反映事物发展过程中运行趋势或运行速率的变化，因此在该函数关系中点s可视为基坑边坡由缓慢加速变形到急剧加速变形的边坡临界失稳预警点；

3)由公式(9)和(10)对常数b、h_s进行修正：

常数

临界失稳水位：

根据监测数据，通过前两次监测数据h₁、及h₂、代入函数(8)可求得a、b，使所求的a、b为a₁、b₁，将b₁代入公式(10)可求得h₁，把a₁代入公式(9)，求得b₂，再将b₂代入式(8)和10)可求得a₂、h₂，以此循环类推可求出h_n，当时，将h_n代入公式(8)所求得的为基坑边坡临界失稳预警值；

根据加卸载响应比的变化规律，对基坑边坡进行稳定性评价与监测预警：当时，判定基坑边坡处于稳定状态；当时，判定基坑边坡偏离稳态，基坑边坡处于不稳定初始阶段；当时，判定基坑边坡处于不稳定阶段，表明边坡即将发生失稳，此时应及时发出基坑失稳预警。