CN117633999A - 一种基于地下水位的深基坑安全评估方法及系统 - Google Patents
一种基于地下水位的深基坑安全评估方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于地下水位的深基坑安全评估方法，确定基坑施工工序过程中地下水位与安全系数之间关系的响应面方程；实时获取基坑施工工序过程中的地下水位；根据响应面方程对获取的地下水位进行计算，得到安全系数；对计算得到的安全系数进行蒙特卡洛可靠度计算，获得可靠度指标，根据可靠度指标得到深基坑的安全评估结果。采用导致基坑事故的关键因素地下水位数据，简单直观且数据准确性、可靠性强。
Description
技术领域
本发明涉及基坑工程，具体是涉及一种基于地下水位的深基坑安全评估方法及系统。
背景技术
基坑监测是基坑开挖、地下结构施工阶段安全防范的必要和重要重要手段。监测的对象主要有支护结构、基坑及周围岩土体、地下水、周边环境中的保护对象，包括周边建筑、管线、轨道交通、铁路及重要道路等。基坑的安全事故通常是发生持续时间短、破坏性大、财产损失大，同时地下空间属不可再生资源一旦发生重大事故，往往导致重新选址、重新规划线路等重大方案变更。
因此，很多种基坑安全评估、预警的方法应运而生，如：有基于支护结构轴力、位移，土体水平位、沉降等其中一项或者多项监测数据进行评估预警的方法。目前的评估预警方法主要分为两大类，一类是基于监测数据和监测规范所要求的限值间的关系进行评估、预警；一类是基于监测到的位移数据进行数值计算反演分析得到新的土体物理参数，然后对支护结构进行计算评估、预警。第一类方法简单直观，但由于土体材料性能的非均质、各向异性、离散性特点，导致预警准确性较低。第二类方法通过反演计算分析得到，准确性较高，但理论性和专业性强且计算复杂，很难做到时时预警。事实上基坑工程的事故绝大多数不是因为支护结构的设计强度不足导致的，而是由于地下水实际控制情况与设计工况不符导致的。
发明内容
发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种可靠的、可以实时预警的基于地下水位的深基坑安全评估方法及系统。
技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种基于地下水位的深基坑安全评估方法，包括以下步骤：
(1)确定基坑施工工序过程中地下水位与安全系数之间关系的响应面方程；
(2)实时获取基坑施工工序过程中的地下水位；
(3)根据响应面方程对获取的地下水位进行计算，得到安全系数；
(4)对计算得到的安全系数进行蒙特卡洛可靠度计算，获得可靠度指标，根据可靠度指标得到深基坑的安全评估结果。
进一步的，所述响应面方程中的地下水位包括基坑坑内的地下水位和基坑坑外的地下水位。
进一步的，所述步骤(1)包括确定基坑支护监测部位，并确定基坑支护监测部位的预警点的数量及位置，基于岩土数值分析软件建立基坑施工工序过程中预警点关于地下水位的安全系数计算模型。
进一步的，所述步骤(1)包括利用软件Design expert设计响应面实验设计组，通过Design expert软件，生成具有统计意义的多组地下水位数据，并将生成的数据通过安全系数计算模型计算得到对应的安全系数。
进一步的，将地下水位数据及计算得到的安全系数通过Design expert软件进行公式拟合，得到基坑施工工序过程中地下水位与安全系数之间关系的响应面方程。
进一步的，响应面方程为R＝f(x1)+f(x2)；其中R为安全系数，x1为基坑坑内的地下水位，x2为基坑坑外的地下水位。
进一步的，所述步骤(4)中对计算得到的安全系数进行蒙特卡洛可靠度计算，得到失效概率值，将失效概率值转换成可靠度指标。
本发明还采用一种基于地下水位的深基坑安全评估系统，包括：
公式确定模块，用于确定基坑施工工序过程中地下水位与安全系数之间关系的响应面方程；
数据采集模块，用于实时获取基坑施工工序过程中的地下水位；
计算模块，用于根据响应面方程对获取的地下水位进行计算，得到安全系数；评估模块，用于对计算得到的安全系数进行蒙特卡洛可靠度计算，获得可靠度指标，根据可靠度指标得到深基坑的安全评估结果。
有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是采用导致基坑事故的关键因素地下水位数据，简单直观且数据准确性、可靠性强。实现重点部位、特殊部位等的重点监测，将复杂的数值分析计算和具有统计意义的数据相结合，保证安全评估结果的准确性及全面性，将复杂的数值分析工作置于实际应用前，通过拟合公式和时时水位监测数据实现时时安全评估和预警。
附图说明
图1是本发明深基坑安全评估方法的流程图。
图2是本发明中基坑支护监测部位的数值分析模型。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中一种基于地下水位的深基坑安全评估方法，包括以下步骤：
(1)在基坑工程实施前，获得基坑支护监测部位。根据基坑的监测测点布置要求及预警点数量及部位的需求，确定合理的监测部位，从而获得相应部位的支护结构形式、岩土参数等设计信息。
(2)确定基坑施工工序过程中地下水位与安全系数之间关系的响应面方程，建立基于地下水位的安全评估拟合公式。
(21)基于岩土数值分析软件建立需要预警点的计算模型，建立完善合理的支撑设置、开挖、换撑、拆撑等工序步骤和对应工序的控制水位。进行计算分析，根据计算结果，校对参数的准确性，并进行调整计算直至计算结果合理、正确，得到预警点的数值分析模型。
(22)利用软件Design expert设计响应面实验设计组。通过Design expert软件，生成具有统计意义的多组坑内外水位数据。
(23)将生成的多组水位数据通过建立的预警点的数值分析模型，进行计算分析，得到相应组数的安全系数。如表1所示：
表1
| A：坑内降深(m) | B：坑外降深(m) | 安全系数N/A |
| 20.3 | 5 | 4.986 |
| 21.3 | 3 | 5.352 |
| 18.89 | 5.2 | 4.415 |
| 19.3 | 3 | 4.421 |
| 21.7142 | 5 | 5.096 |
| 20.3 | 7.82843 | 5 |
| 19.3 | 7.2 | 5.057 |
| 19.3 | 7 | 4.982 |
| 18.8858 | 5 | 4.903 |
| 20.3 | 7 | 4.91 |
| 19.3 | 3.2 | 4.832 |
| 20.3 | 2.17157 | 4.784 |
| 21.3 | 7 | 5.168 |
(24)将表1中计算得到的多组安全系数通过软件Design expert自动生成响应面的拟合公式R＝1.028+0.183*x1+0.039x2，得到基坑施工工序过程中地下水位与安全系数之间关系的响应面方程。
(25)利用MATLAB软件对拟合公式计算结果再进行蒙特卡洛可靠度计算，得到一个失效概率值Pf，通过失效概率值Pf转换成可靠度指标β。表2为失效概率值-可靠度指标-安全程度的关系。
表2
| 安全程度 | 可靠指标范围 | 失效概率范围 |
| 很危险 | β<1.5 | Pf＞7％ |
| 很差 | 1.5≤β<2.0 | 2.3％<Pf≤7％ |
| 较差 | 2.0≤β<2.5 | 0.6％<Pf≤2.3％ |
| 稍差 | 2.5≤β<3.0 | 0.1％<Pf≤0.6％ |
| 稍好 | 3.0≤β<4.0 | 0.003％<Pf≤0.1％ |
| 很好 | 4.0≤β<5.0 | 0.00003％<Pf≤0.003％ |
| 非常好 | β≥5.0 | Pf≤0.00003％ |
(3)现场水位自动化监测及数据传输。在所确定的监测部位的基坑内、基坑外安装自动化水位监测装置，将采集到的数据无线传输到安全评估平台。现场自动化水位监测装置获得水位监测数据X1＝1m，X2＝10m；根据响应面的拟合公式获得安全系数R＝1.781，导入到MATLAB蒙特卡洛可靠度计算程序，得到可靠指标为2.1，此时基坑安全程度较差。
(4)安全评估平台包括时时水位测数据接收、存储、处理、预警软件，该安全评估平台内植入响应面方程。安全评估平台可单独运行，也可嵌入智慧工地管控平台。平台接收到水位数据后，即可被读取代入拟合公式给出安全系数评估结果。
Claims (10)
1.一种基于地下水位的深基坑安全评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定基坑施工工序过程中地下水位与安全系数之间关系的响应面方程；
(2)实时获取基坑施工工序过程中的地下水位；
(3)根据响应面方程对获取的地下水位进行计算，得到安全系数；
(4)对计算得到的安全系数进行蒙特卡洛可靠度计算，获得可靠度指标，根据可靠度指标得到深基坑的安全评估结果。
2.根据权利要求1所述的深基坑安全评估方法，其特征在于，所述响应面方程中的地下水位包括基坑坑内的地下水位和基坑坑外的地下水位。
3.根据权利要求1所述的深基坑安全评估方法，其特征在于，所述步骤(1)包括确定基坑支护监测部位，并确定基坑支护监测部位的预警点的数量及位置，基于岩土数值分析软件建立基坑施工工序过程中预警点关于地下水位的安全系数计算模型。
4.根据权利要求3所述的深基坑安全评估方法，其特征在于，所述步骤(1)包括利用软件Design expert设计响应面实验设计组，通过Design expert软件，生成具有统计意义的多组地下水位数据，并将生成的数据通过安全系数计算模型计算得到对应的安全系数。
5.根据权利要求4所述的深基坑安全评估方法，其特征在于，将地下水位数据及计算得到的安全系数通过Design expert软件进行公式拟合，得到基坑施工工序过程中地下水位与安全系数之间关系的响应面方程。
6.根据权利要求5所述的深基坑安全评估方法，其特征在于，响应面方程为R＝f(x1)+f(x2))；其中R为安全系数，x1为基坑坑内的地下水位，x2为基坑坑外的地下水位。
7.根据权利要求5所述的深基坑安全评估方法，其特征在于，所述步骤(4)中对计算得到的安全系数进行蒙特卡洛可靠度计算，得到失效概率值，将失效概率值转换成可靠度指标。
8.一种基于地下水位的深基坑安全评估系统，其特征在于，包括：
公式确定模块，用于确定基坑施工工序过程中地下水位与安全系数之间关系的响应面方程；
数据采集模块，用于实时获取基坑施工工序过程中的地下水位；
计算模块，用于根据响应面方程对获取的地下水位进行计算，得到安全系数；
评估模块，用于对计算得到的安全系数进行蒙特卡洛可靠度计算，获得可靠度指标，根据可靠度指标得到深基坑的安全评估结果。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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