CN110130362B - 基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法 - Google Patents

基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，包括以下步骤：步骤1，构建基坑桩撑支护结构的可行域；步骤2，构建噪声因素集合；步骤3，利用FLAC3D软件对基坑开挖过程进行仿真，得到系统响应结果；步骤4，计算基坑桩撑支护结构的鲁棒性度量指标；步骤5，计算基坑桩撑支护结构的成本；步骤6，根据成本和鲁棒性度量指标绘制帕累托前沿；步骤7，应用牺牲收益率获得帕累托前沿的膝点，即最优的基坑桩撑支护结构设计方案；本发明通过对帕累托前沿的点进行筛选，弱化了相近点对膝点选择的影响，对膝点进行多重筛选避免陷入局部最优的困境，本发明在膝点筛选时对帕累托前沿的形状、曲线拟合依赖小，筛选结果准确、可靠。

Description

基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法
技术领域
本发明属于基坑工程岩土桩撑支护结构选择技术领域，特别是涉及一种基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法。
背景技术
目前解决岩土工程中不确定问题的常见方法有可靠度法、提高安全系数法等，这些方法通常仅考虑确定性参数在结构安全性中的影响，对于不确定参数在设计过程中常取平均值、经验值等，导致设计结果不能真实反映参数对结构安全性能的影响。
另外，现有计算中通过反向转角法、法向边界法和原点垂足法，从鲁棒性和经济性两方面对基坑桩撑支护结构进行优化设计以获得唯一最优解，这些方法都侧重于研究帕累托前沿的图形规律，随着帕累托前沿横纵坐标轴比例的变化，应用反向转角法和法向边界交叉法测量的结果也会随之变化，且具有相近点考虑不足、首尾点处理不当、容易陷入局部最优的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，综合考虑岩土的不确定性因素，平衡桩撑支护结构的鲁棒性和经济性，在保证工程性能的情况下最大限度的削减工程造价，符合绿色可持续发展的理念。
本发明所采用的技术方案是，基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，具体包括以下步骤：
步骤1，根据钻孔灌注桩的布置形式、深度及所用的混凝土类型，内支撑形式及所用混凝土类型和立柱布置形式设计基坑桩撑支护结构，形成基坑桩撑支护结构的设计方案可行域；
步骤2，采集桩撑支护结构架设的基坑各土层密度、粘聚力和内摩擦角值作为基坑不确定性参数，对基坑不确定性参数进行组合，得到噪声因素集合；
步骤3，应用FLAC3D软件对基坑的开挖过程进行模拟仿真，模拟仿真中桩撑支护结构的设计选自设计方案可行域，基坑的不确定性参数选自噪声因素集合，提取仿真前后仿真基坑地连墙某点的水平位移变化值作为系统响应结果Result1，提取仿真基坑外侧土体某点的沉降位移变化值作为系统响应结果Result2，提取仿真基坑底部某点的隆起位移变化值作为系统响应结果Result3；
步骤4，分别计算基坑桩撑支护结构模拟系统响应结果Result1、Result2和Result3的标准差，记作σ1、σ2和σ3，对系统响应结果标准差σ1、σ2和σ3进行组合得到组合标准差σ，将组合标准差σ作为基坑桩撑支护结构的鲁棒性度量指标；
步骤5，计算基坑桩撑支护结构设计方案可行域内所有基坑桩撑支护结构的成本，基坑桩撑支护结构的总成本为钻孔灌注桩成本、内支撑成本与立柱成本之和，计算如公式(1.2)所示：
C＝C1+C2+C3 (1.2)
公式(1.2)中C表示基坑桩撑支护结构的总成本，C1表示钻孔灌注桩成本，C2表示内支撑成本，C3表示立柱成本；
步骤6，以基坑桩撑支护结构的成本为横坐标、以组合标准差σ为纵坐标建立基坑桩撑支护结构设计方案的散点图，根据成本和组合标准差越小所得结果越优的原则，连接散点图中的散点构成帕累托前沿；
步骤7，应用牺牲收益率法计算帕累托前沿的唯一最优解-膝点，根据最优解-膝点对应获得成本最低、鲁棒性最优的基坑桩撑支护结构设计方案；
所述牺牲收益率法包括以下步骤：
步骤71，对帕累托前沿上的点进行计算，判断两个点是否为相近点，若是，则一个点为另一个点的影点，需剔除影点，若不是，则保留这两个点；
当两个点Oi和点Oi+1的距离小于左右两边距离的1/10时，认定这两个点为相近点，所述相近点的判断条件如公式(1.6)所示：
Figure GDA0002677817310000021
公式(1.6)中Oi-1、Oi、Oi+1和Oi+2分别表示帕累托前沿上相邻的四个点，Oi-1Oi表示点Oi-1与点Oi的直线距离，OiOi+1表示点Oi与点Oi+1的直线距离，Oi+1Oi+2表示点Oi+1与点Oi+2的直线距离；
步骤72，对剔除影点后帕累托前沿上的各个点进行比率计算，比率计算包括横纵坐标的变化值计算、牺牲收益率计算和双比率计算；
步骤73，利用421结果筛选方法对比率计算结果进行筛选获得膝点，判断膝点是否存在影点，若存在影点则将影点纳入最优解的范围，若不存在影点则膝点作为唯一的最优解，膝点所对应的基坑桩撑支护结构设计方案即为最优方案；
所述筛选膝点的过程如下：首先将双比率按照从大到小进行排序筛选出双比率最大的前四个点；然后对这四个点的牺牲收益率进行从大到小排序，筛选出牺牲收益率最大的两个点；最后选取与相邻点纵坐标距离较大的点作为最终的膝点，该点所代表的基坑桩撑支护结构设计方案的成本最低、鲁棒性最好。
进一步的，所述步骤4中组合标准差σ的计算如公式(1.1)所示：
Figure GDA0002677817310000031
公式(1.1)中k1、k2、k3分别表示σ1、σ2、σ3的归一化系数，
Figure GDA0002677817310000038
为σ1的最大值，
Figure GDA0002677817310000039
为σ1的最小值，△σ1为
Figure GDA00026778173100000310
与
Figure GDA00026778173100000311
的差值，
Figure GDA00026778173100000312
为σ2的最大值，
Figure GDA00026778173100000313
为σ2的最小值，△σ2为
Figure GDA00026778173100000314
与
Figure GDA00026778173100000315
的差值，
Figure GDA00026778173100000316
为σ3的最大值，
Figure GDA00026778173100000317
为σ3的最小值，△σ3为
Figure GDA00026778173100000318
与
Figure GDA00026778173100000319
的差值。
进一步的，所述步骤5中钻孔灌注桩成本C1的计算如公式(1.3)所示：
Figure GDA0002677817310000032
公式(1.3)中h表示钻孔灌注桩等效为地连墙的厚度，d表示钻孔灌注桩等效为地连墙的长度，l表示钻孔灌注桩深度，
Figure GDA0002677817310000033
表示钻孔灌注桩折算后每立方米混凝土的单价；
内支撑成本C2的计算如公式(1.4)所示：
Figure GDA0002677817310000034
公式(1.4)中V表示内支撑体积，N表示水平方向内支撑间距，
Figure GDA0002677817310000035
表示折算后内支撑混凝土折算价格；
立柱成本C3的计算如公式(1.5)所示：
Figure GDA0002677817310000036
公式(1.5)中V'表示立柱体积，N'表示水平方向立柱间距，
Figure GDA0002677817310000037
表示立柱混凝土折算价格，m表示立柱排数。
进一步的，所述比率计算过程如下：
步骤721，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的横坐标变化值，计算过程如公式(1.7)所示：
Si-1,i＝xi-xi-1；Si,i+1＝xi+1-xi (1.7)
公式(1.7)中Si-1,i表示点Oi-1到点Oi的横坐标变化值，Si,i+1表示点Oi到点Oi+1的横坐标变化值，xi-1、xi、xi+1分别表示点Oi-1、点Oi、点Oi+1的横坐标；
步骤722，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的纵坐标变化值，计算过程如公式(1.8)所示：
Gi-1,i＝yi-1-yi；Gi,i+1＝yi-yi+1 (1.8)
公式(1.8)中Gi-1,i表示点Oi-1到点Oi的纵坐标变化值，Gi,i+1表示点Oi到点Oi+1的纵坐标变化值，yi-1、yi、yi+1分别表示点Oi-1、点Oi、点Oi+1的纵坐标；
步骤723，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的牺牲收益率，牺牲收益率计算过程如公式(1.9)所示：
Figure GDA0002677817310000041
公式(1.9)中Ri-1,i表示点Oi-1到点Oi的牺牲收益率，Ri,i+1表示点Oi到点Oi+1的牺牲收益率；
步骤724，根据牺牲收益率计算点Oi的双比率，若双比率的值大于1，代表有必要从点Oi-1转换到点Oi，但没有必要从点Oi转换到点Oi+1，即点Oi达到了局部最优，点Oi的双比率具体计算如公式(1.10)所示：
Figure GDA0002677817310000042
公式(1.10)中DRi表示点Oi的双比率。
进一步的，所述步骤724中计算双比率时，默认帕累托前沿首尾点的双比率为1。
本发明的有益效果是：1、本发明通过筛除影点弱化了相近点对膝点选择的影响，同时通过膝点回归扩展了实际应用中的膝点选择范围，使得本发明选择的膝点准确程度更高；2、本发明将帕累托前沿的首尾点双比率默认为1，在进行膝点选择时能够将首尾点考虑进去，具有一定的准确性和可行性；3、本发明通过421结果筛选法，对膝点进行三重筛选，避免陷入局部最优的困境；4、本发明以膝点的定义为理论依托，研究帕累托前沿中各点与相近点的牺牲收益关系，是理论与计算的充分结合，适用范围较广，对帕累托前沿的形状、曲线拟合等因素依赖小，筛选结果准确、可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的流程图。
图2是本发明实施例的帕累托前沿。
图3是本发明实施例的牺牲收益率法计算流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，具体包括以下步骤：
步骤1，根据钻孔灌注桩的布置形式、深度以及所用的混凝土类型、内支撑形式及所用混凝土类型和立柱布置形式设计基坑桩撑支护结构，形成基坑桩撑支护结构的设计方案可行域；
步骤2，构建具有不确定性的噪声因素集；
采集桩撑支护结构架设的基坑各土层密度、粘聚力和内摩擦角值作为基坑不确定性参数，对各不确定性参数进行组合得到噪声因素集合；
步骤3，应用FLAC3D软件对基坑的开挖过程进行模拟仿真，提取仿真前后基坑地连墙某点处的水平位移变化值作为系统响应结果Result1、基坑外侧土体某点的沉降位移变化值作为系统响应结果Result2以及基坑底部某点的隆起位移变化值作为系统响应结果Result3，全面反映不确定参数对基坑桩撑支护结构的系统响应效果；
基坑的不确定性参数选用步骤2构建的噪声因素集内的元素，基坑内的桩撑支护结构即为步骤1设计的各桩撑支护结构；
步骤4，构建基坑桩撑支护结构的鲁棒性度量指标；
分别计算基坑桩撑支护结构模拟系统响应结果Result1、Result2和Result3的标准差σ1、σ2和σ3，系统响应结果的标准差能够反映此种噪声因素对该基坑桩撑支护结构的影响程度，标准差越小，噪声因素对基坑桩撑支护结构的影响越小，基坑桩撑支护结构的鲁棒性越好；
为了反映基坑桩撑支护结构整体的支护效果，将标准差σ1、σ2和σ3按照公式(1.1)进行组合，将组合后获得的组合标准差σ作为基坑桩撑支护结构的鲁棒性度量指标；
Figure GDA0002677817310000061
公式(1.1)中σ表示组合标准差，σ1表示地连墙某点处的水平位移变化值的标准差，σ2表示基坑外侧土体某点的沉降位移变化值的标准差，σ3表示基坑底部某点的隆起位移变化值的标准差，k1、k2、k3分别表示σ1、σ2、σ3的归一化系数，
Figure GDA0002677817310000062
为σ1的最大值，
Figure GDA0002677817310000063
为σ1的最小值，△σ1为
Figure GDA0002677817310000064
与
Figure GDA0002677817310000065
的差值，
Figure GDA0002677817310000066
为σ2的最大值，
Figure GDA0002677817310000067
为σ2的最小值，△σ2为
Figure GDA0002677817310000068
与
Figure GDA0002677817310000069
的差值，
Figure GDA00026778173100000610
为σ3的最大值，
Figure GDA00026778173100000611
为σ3的最小值，△σ3为
Figure GDA00026778173100000612
与
Figure GDA00026778173100000613
的差值；
步骤5，计算基坑桩撑支护结构设计方案可行域内所有基坑桩撑支护结构设计的成本，在进行成本计算时无需精确考虑所有项目，仅考虑能够体现各设计方案合理差别的项目，做出适当的简化计算，基坑桩撑支护结构的总成本为钻孔灌注桩成本、内支撑成本与立柱成本之和，计算如公式(1.2)所示：
C＝C1+C2+C3 (1.2)
公式(1.2)中C表示基坑桩撑支护结构的总成本，C1表示钻孔灌注桩成本，C2表示内支撑成本，C3表示立柱成本；
钻孔灌注桩成本C1主要由混凝土单价和混凝土体积决定，钻孔灌注桩成本C1计算如公式(1.3)所示：
Figure GDA00026778173100000614
公式(1.3)中h表示钻孔灌注桩等效为地连墙的厚度，d表示钻孔灌注桩等效为地连墙的长度，l表示钻孔灌注桩深度，
Figure GDA0002677817310000071
表示折算后每立方米混凝土的单价；
内支撑成本C2由内支撑体积、内支撑长度和混凝土折算后单价决定，C2计算如公式(1.4)所示：
Figure GDA0002677817310000072
公式(1.4)中V表示内支撑体积，N表示水平方向内支撑间距，
Figure GDA0002677817310000073
表示折算后内支撑混凝土折算价格；
立柱成本C3由立柱体积和混凝土折算后单价决定，C3计算如公式(1.5)所示：
Figure GDA0002677817310000074
公式(1.5)中V'表示立柱体积，N'表示水平方向立柱间距，
Figure GDA0002677817310000075
表示立柱混凝土折算价格，m表示立柱排数；
步骤6，以各基坑桩撑支护结构的成本为横坐标、以系统响应结果的组合标准差σ为纵坐标构建基坑桩撑支护结构设计方案的散点图，在进行双目标优化的过程中，成本与系统响应结果的组合标准差均遵循数值越小结果越优的原则，连接散点图中的散点得到帕累托前沿；
步骤7，应用牺牲收益率的方法计算帕累托前沿的唯一最优解，根据最优解对应获得成本最低、鲁棒性能最优的基坑桩撑支护结构设计方案。
步骤7中应用牺牲收率法计算帕累托前沿最优解的过程如下：
步骤71，在步骤6离散点组成的帕累托前沿曲线上，存在一些距离很近的点，这些点所代表的基坑桩撑支护结构设计方案具有相似的效果，因此对帕累托前沿上的散点进行筛选，当两个点Oi和点Oi+1的距离小于左右两边距离的1/10时，认定这两个点为相近点，此时点Oi+1为点Oi的影点，对帕累托前沿上的所有点进行判断，筛除所有的影点，对剩余的点进行计算以去除相近点对最优解计算结果的干扰，相近点的判别条件如公式(1.6)所示：
Figure GDA0002677817310000076
公式(1.6)中Oi-1、Oi、Oi+1和Oi+2分别表示帕累托前沿上相邻的四个点，Oi-1Oi表示点Oi-1与点Oi的直线距离，OiOi+1表示点Oi与点Oi+1的直线距离，Oi+1Oi+2表示点Oi+1与点Oi+2的直线距离；
步骤72，对保留的帕累托前沿点进行比率计算，比率计算包括横纵坐标的变化值计算、牺牲收益率计算和双比率计算；
步骤73，利用421结果筛选方法对比率计算结果进行筛选获得膝点，判断膝点是否存在影点，若膝点没有影点则膝点为唯一的最优解，若膝点具有影点，则需要将膝点的影点纳入到最优解的范围，为基坑桩撑支护结构选择提供备选方案。
步骤72中比率计算的过程如下：
步骤721，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的横坐标变化值，计算过程如公式(1.7)所示：
Si-1,i＝xi-xi-1；Si,i+1＝xi+1-xi (1.7)
公式(1.7)中Si-1,i表示点Oi-1到点Oi的横坐标变化值，Si,i+1表示点Oi到点Oi+1的横坐标变化值，xi-1、xi、xi+1分别表示点Oi-1、点Oi、点Oi+1的横坐标；
步骤722，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的纵坐标变化值，计算过程如公式(1.8)所示：
Gi-1,i＝yi-1-yi；Gi,i+1＝yi-yi+1 (1.8)
公式(1.8)中Gi-1,i表示点Oi-1到点Oi的纵坐标变化值，Gi,i+1表示点Oi到点Oi+1的纵坐标变化值，yi-1、yi、yi+1分别表示点Oi-1、点Oi、点Oi+1的纵坐标；
步骤723，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的牺牲收益率，牺牲收益率能够反映从一个点到另一个点牺牲目标1能够得到目标2收益的效率，牺牲收益率计算过程如公式(1.9)所示：
Figure GDA0002677817310000081
公式(1.9)中Ri-1,i表示点Oi-1到点Oi的牺牲收益率，Ri,i+1表示点Oi到点Oi+1的牺牲收益率；
步骤724，根据牺牲收益率计算点Oi的双比率，双比率反映的是点Oi的局部性质，若双比率的值大于1，代表有必要从点Oi-1转换到点Oi，但没有必要从点Oi转换到点Oi+1，即点Oi达到了局部最优，点Oi的具体计算如公式(1.10)所示：
Figure GDA0002677817310000091
公式(1.10)中DRi表示点Oi的双比率。
步骤73筛选的过程如下：对双比率进行从大到小排序筛选出双比率最大的前四个点，对这四个点的牺牲收益率进行从大到小排序，筛选出牺牲收益率最大的两个点；最后选取与相邻点纵坐标距离较大的点作为最终的膝点，该点所代表的基坑桩撑支护结构的成本最低、鲁棒性最好。
在进行双比率计算时无法计算首尾点的双比率，由于双比率能反映帕累托前沿上某点的局部斜率，当斜率为1时该点对于其前后两个点的下降趋势相同，没有相对优势，因此将首尾点的双比率默认为1，在进行膝点筛选时能够同时考虑帕累托前沿上的所有点，获得的膝点准确程度更高。
实施例
按照图1所示流程对南宁地铁青秀山站厅明挖基坑的桩撑支护结构设计方案进行筛选，确定成本最低、鲁棒性最好的基坑桩撑支护结构，具体步骤如下：
步骤1，根据钻孔灌注桩的布置形式、深度以及所用的混凝土材料、内支撑形式、混凝土型号和立柱布置形式设计基坑桩撑支护结构，形成基坑桩撑支护结构的可行域；
钻孔灌注桩的布置形式分为Φ1200mm@1500mm和Φ1500mm@1700mm，钻孔灌注桩的深度为35m和40m，钻孔灌注桩的混凝土材料取C35和C30两种，基于钻孔灌注桩的基坑桩撑支护结构有8种设计；
内支撑采用矩形钢筋混凝土内支撑形式，所用混凝土材料取C30、C35和C25三种，基于内支撑的基坑桩撑支护结构有3种设计；
立柱的布置形式分为双排布置和单排布置，立柱的混凝土材料取C35和C30两种，基于立柱的基坑桩撑支护结构有4种设计；
基于上述设计方案可得基坑桩撑支护结构共有：8×3×4＝96种设计，为方便记录对96种基坑桩撑支护结构设计进行编号，编号形式为a-b-c，其中a为表示钻孔灌注桩设计方案的变量，a∈[1,8]，b为表示内支撑设计方案的变量，b∈[1,3]，c为表示立柱设计方案的变量，c∈[1,4]；
步骤2，采集土层⑦1-3的密度、粘聚力、内摩擦角和土层⑦2-3的密度的实验值如表1所示，讨论以上四种参数的不确定性，对这四种参数的最大值和最小值进行研究，共有16种参数组合，96种基坑桩撑支护结构在不确定参数影响下各有16种反映支护效果的系统响应；
表1岩土参数实验值
Figure GDA0002677817310000101
步骤3，应用FLAC3D软件对基坑的开挖过程进行模拟仿真，提取仿真前后基坑地连墙点ID17096(-24.5，0.5，-11)的水平位移变化值(Result1)、基坑外侧土体点ID13278(-32，0.5，0)的沉降位移变化值(Result2)以及基坑底部点ID20064(-11.5，0.5，-24)的隆起位移变化值(Result3)，全面反映不确定性参数对基坑桩撑支护结构的系统响应效果；
步骤4，根据系统响应效果构建基坑桩撑支护结构的鲁棒性度量指标；
分别计算在不同不确定性因素影响下，基坑桩撑支护结构的点ID17096(-24.5，0.5，-11)、点ID13278(-32，0.5，0)以及点ID20064(-11.5，0.5，-24)处位移变化的标准差σ1、σ2和σ3，并根据公式(1.1)计算得到组合标准差σ，将组合后获得的组合标准差σ作为基坑桩撑支护结构的鲁棒性度量指标；
步骤5，分别计算96种基坑桩撑支护结构的成本，基坑桩撑支护结构的总成本为钻孔灌注桩成本、内支撑成本与立柱成本之和；
步骤6，以基坑桩撑支护结构成本为横坐标、以组合标准差σ为纵坐标制得基坑桩撑支护结构设计方案的散点图，以成本和标准差越小越优为原则，得到帕累托前沿，帕累托前沿如图2所示；
步骤7，使用牺牲收益率法对帕累托前沿上的点进行筛选，以获得成本最低、鲁棒性最好的基坑桩撑支护结构所对应的点，牺牲收益率法确定膝点的流程如图3所示。
不同基坑桩撑支护结构的组合位移标准差计算结果如表2所示，根据计算可知，以组合标准差σ为基坑桩撑支护结构鲁棒性度量指标时，基坑桩撑支护结构设计方案可行域中的最优解为第21个设计(7-3-4)和第22个设计(7-3-3)，即第21个设计(7-3-4)和第22个设计(7-3-3)的桩撑支护结构成本最低、鲁棒性最好，第21个设计(7-3-4)和第22个设计(7-3-3)对应的基坑桩撑支护结构设计为：直径为Φ1500mm，桩间距为1700mm，混凝土强度等级为C30，桩深为35m的钻孔灌注桩，内支撑混凝土强度为C25，立柱采取单排布置形式，混凝土强度C30或C35均可。
应用反向转角法、法向边界交叉法和原点垂足法对实施例的帕累托前沿进行膝点计算，经计算反向转角和法向边界交叉法得到的最优解与本发明相同，原点垂足法在该帕累托前沿上搜索膝点无效，不能求得符合设计方案可行域的最优解。
表2组合标准差牺牲收益率计算表
点号 成本 σ R DR 点号 成本 σ R DR
O<sub>1</sub> 2.957 0.939 — — O<sub>21</sub> 3.1267 0.889 0.575 13.023
O<sub>3</sub> 3.0133 0.932 7.988 0.956 O<sub>22</sub> 3.1298 0.888 0.575 13.023
O<sub>4</sub> 3.0147 0.930 7.988 0.9562 O<sub>31</sub> 3.183 0.882 7.490 0.284
O<sub>6</sub> 3.0178 0.928 7.988 0.956 O<sub>38</sub> 3.1897 0.878 2.126 5.086
O<sub>7</sub> 3.0527 0.927 7.638 18.966 O<sub>53</sub> 3.246 0.873 10.812 1.285
O<sub>11</sub> 3.071 0.927 144.871 0.005 O<sub>55</sub> 3.2491 0.872 10.812 1.285
O<sub>12</sub> 3.0741 0.923 0.777 8.564 O<sub>65</sub> 3.2854 0.870 13.898 —
O<sub>15</sub> 3.1104 0.917 6.652 0.086 O<sub>67</sub> 3.2885 0.870 13.898 —
表2中R为帕累托前沿上点的牺牲收益率，DR为点的双比率。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，根据钻孔灌注桩的布置形式、深度及所用的混凝土类型，内支撑形式及所用混凝土类型和立柱布置形式设计基坑桩撑支护结构，形成基坑桩撑支护结构的设计方案可行域；
步骤2，采集桩撑支护结构架设的基坑各土层密度、粘聚力和内摩擦角值作为基坑不确定性参数，对基坑不确定性参数进行组合，得到噪声因素集合；
步骤3，应用FLAC3D软件对基坑的开挖过程进行模拟仿真，模拟仿真中桩撑支护结构的设计选自设计方案可行域，基坑的不确定性参数选自噪声因素集合，提取仿真前后仿真基坑地连墙某点的水平位移变化值作为系统响应结果Result1，提取仿真基坑外侧土体某点的沉降位移变化值作为系统响应结果Result2，提取仿真基坑底部某点的隆起位移变化值作为系统响应结果Result3；
步骤4，分别计算基坑桩撑支护结构模拟系统响应结果Result1、Result2和Result3的标准差，记作σ1、σ2和σ3，对系统响应结果标准差σ1、σ2和σ3进行组合得到组合标准差σ，将组合标准差σ作为基坑桩撑支护结构的鲁棒性度量指标；
步骤5，计算基坑桩撑支护结构设计方案可行域内所有基坑桩撑支护结构的成本，基坑桩撑支护结构的总成本为钻孔灌注桩成本、内支撑成本与立柱成本之和，计算如公式(1.2)所示：
C＝C1+C2+C3(1.2)
公式(1.2)中C表示基坑桩撑支护结构的总成本，C1表示钻孔灌注桩成本，C2表示内支撑成本，C3表示立柱成本；
步骤6，以基坑桩撑支护结构的成本为横坐标、以组合标准差σ为纵坐标建立基坑桩撑支护结构设计方案的散点图，根据成本和组合标准差越小所得结果越优的原则，连接散点图中的散点构成帕累托前沿；
步骤7，应用牺牲收益率法计算帕累托前沿的唯一最优解-膝点，根据最优解-膝点对应获得成本最低、鲁棒性最优的基坑桩撑支护结构设计方案；
所述牺牲收益率法包括以下步骤：
步骤71，对帕累托前沿上的点进行计算，判断两个点是否为相近点，若是，则一个点为另一个点的影点，需剔除影点，若不是，则保留这两个点；
当两个点Oi和点Oi+1的距离小于左右两边距离的1/10时，认定这两个点为相近点，所述相近点的判断条件如公式(1.6)所示：
Figure FDA0002677817300000021
公式(1.6)中Oi-1、Oi、Oi+1和Oi+2分别表示帕累托前沿上相邻的四个点，Oi-1Oi表示点Oi-1与点Oi的直线距离，OiOi+1表示点Oi与点Oi+1的直线距离，Oi+1Oi+2表示点Oi+1与点Oi+2的直线距离；
步骤72，对剔除影点后帕累托前沿上的各个点进行比率计算，比率计算包括横纵坐标的变化值计算、牺牲收益率计算和双比率计算；
步骤73，利用421结果筛选方法对比率计算结果进行筛选获得膝点，判断膝点是否存在影点，若存在影点则将影点纳入最优解的范围，若不存在影点则膝点作为唯一的最优解，膝点所对应的基坑桩撑支护结构设计方案即为最优方案：
所述筛选膝点的过程如下：首先将双比率按照从大到小进行排序筛选出双比率最大的前四个点；然后对这四个点的牺牲收益率进行从大到小排序，筛选出牺牲收益率最大的两个点；最后选取与相邻点纵坐标距离较大的点作为最终的膝点，该点所代表的基坑桩撑支护结构设计方案的成本最低、鲁棒性最好。
2.根据权利要求1所述的基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，所述步骤4中组合标准差σ的计算如公式(1.1)所示：
Figure FDA0002677817300000022
公式(1.1)中k1、k2、k3分别表示σ1、σ2、σ3的归一化系数，
Figure FDA0002677817300000023
为σ1的最大值，
Figure FDA0002677817300000024
为σ1的最小值，△σ1为
Figure FDA0002677817300000025
与
Figure FDA0002677817300000026
的差值，
Figure FDA0002677817300000027
为σ2的最大值，
Figure FDA0002677817300000028
为σ2的最小值，△σ2为
Figure FDA0002677817300000029
与
Figure FDA00026778173000000210
的差值，
Figure FDA00026778173000000211
为σ3的最大值，
Figure FDA00026778173000000212
为σ3的最小值，△σ3为
Figure FDA00026778173000000213
与
Figure FDA00026778173000000214
的差值。
3.根据权利要求1所述的基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，所述步骤5中钻孔灌注桩成本C1的计算如公式(1.3)所示：
Figure FDA00026778173000000215
公式(1.3)中h表示钻孔灌注桩等效为地连墙的厚度，d表示钻孔灌注桩等效为地连墙的长度，l表示钻孔灌注桩深度，
Figure FDA0002677817300000031
表示钻孔灌注桩折算后每立方米混凝土的单价；
内支撑成本C2的计算如公式(1.4)所示：
Figure FDA0002677817300000032
公式(1.4)中V表示内支撑体积，N表示水平方向内支撑间距，
Figure FDA0002677817300000033
表示折算后内支撑混凝土折算价格；
立柱成本C3的计算如公式(1.5)所示：
Figure FDA0002677817300000034
公式(1.5)中V'表示立柱体积，N'表示水平方向立柱间距，
Figure FDA0002677817300000035
表示立柱混凝土折算价格，m表示立柱排数。
4.根据权利要求1所述的基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，所述比率计算过程如下：
步骤721，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的横坐标变化值，计算过程如公式(1.7)所示：
Si-1,i＝xi-xi-1；Si,i+1＝xi+1-xi (1.7)
公式(1.7)中Si-1,i表示点Oi-1到点Oi的横坐标变化值，Si,i+1表示点Oi到点Oi+1的横坐标变化值，xi-1、xi、xi+1分别表示点Oi-1、点Oi、点Oi+1的横坐标；
步骤722，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的纵坐标变化值，计算过程如公式(1.8)所示：
Gi-1,i＝yi-1-yi；Gi,i+1＝yi-yi+1 (1.8)
公式(1.8)中Gi-1,i表示点Oi-1到点Oi的纵坐标变化值，Gi,i+1表示点Oi到点Oi+1的纵坐标变化值，yi-1、yi、yi+1分别表示点Oi-1、点Oi、点Oi+1的纵坐标；
步骤723，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的牺牲收益率，牺牲收益率计算过程如公式(1.9)所示：
Figure FDA0002677817300000036
公式(1.9)中Ri-1,i表示点Oi-1到点Oi的牺牲收益率，Ri,i+1表示点Oi到点Oi+1的牺牲收益率；
步骤724，根据牺牲收益率计算点Oi的双比率，若双比率的值大于1，代表有必要从点Oi-1转换到点Oi，但没有必要从点Oi转换到点Oi+1，即点Oi达到了局部最优，点Oi的双比率具体计算如公式(1.10)所示：
Figure FDA0002677817300000041
公式(1.10)中DRi表示点Oi的双比率。
5.根据权利要求4所述的基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，所述步骤724中计算双比率时，默认帕累托前沿首尾点的双比率为1。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110826286A (zh) * 2019-12-06 2020-02-21 广西交通科学研究院有限公司 一种数值模拟中地连墙外围土范围的计算方法
CN112241594B (zh) * 2020-10-22 2022-06-07 同济大学 一种边坡勘察钻孔布置方案快速优化方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AU2002240902A1 (en) * 2001-01-15 2002-07-24 Dieter Bartels Mat, and device for producing said mat
US7824133B1 (en) * 2005-03-22 2010-11-02 Joseph Lazaro Artificial ground cover and system of installation
KR101790939B1 (ko) * 2010-09-06 2017-11-20 민승기 저수공간이 형성된 옹벽용 블럭
CN107039977B (zh) * 2017-06-03 2020-03-31 广东博慎智库能源科技发展有限公司 电力系统鲁棒调度不确定集构建方法
CN109669353B (zh) * 2018-11-16 2021-09-07 台州旭日环境科技有限公司 一种基于参数范围匹配的产品鲁棒性分析方法
CN109474011B (zh) * 2018-11-26 2020-09-08 华中科技大学 一种三相并网集成充电器的电流控制方法及控制系统

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