深基坑工程支护方案的可靠性分析及其优化方法研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:lifan_cuit
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随着现代化经济飞速发展,基坑工程随处可见。现代城市建设的重心逐步的从地上往地下发展。深基坑工程设计是一项技术复杂,综合性很强的工作,涉及工程地质、水文地质、工程结构、施工工艺和工程管理。它是集土力学、水力学和结构力学于一体的综合性学科。由于土体介质的复杂性及工程中其它不确定性因素的影响,全部采用确定性分析很难保证较好的反映实际情况。关于基坑支护结构稳定性分析,目前多采用常规的定值设计法,即用抗力效应与荷载效应的比值作为安全系数来评价基坑支护结构的稳定性。例如,当所得定值大于1时,就认为可靠;而小于1时,就认为不可靠。而工程中的情况往往并非如此,这种方法的精确度不高,可能造成材料的浪费或存在较大的事故隐患。由于该方法忽略了计算所用参数的随机性、计算模式的不确定性等,因而其计算所得的安全系数本身也具有随机性和不确定性,它并不能真正反映支护结构的稳定和安全程度。安全系数虽是以数值表示安全度指标,但其并不能定量表示安全度。不能说Fs=3.0的基坑边坡的安全程度是Fs=1.5的基坑边坡安全程度的两倍。采用原来的安全系数法来评价基坑的稳定往往是凭借设计人员的设计经验,并没有通用的准则。要定量评定深基坑工程的安全度,有必要引入基于风险概念的可靠性分析。以概率统计为基础来分析结构破坏概率的可靠度理论的引进是一种必然趋势。同时,目前建筑的上部结构已采用GBJ68-02的基于可靠度的设计方法,而对基础运用可靠度理论还很少。因而,上下结构的设计方法存在各种不协调的问题。另外,目前的许多研究工作的重点在单一支护结构对深基坑的作用,而对基坑整体这个系统的研究工作还很少。本文在系统可靠度的基础上,分析了深基坑系统的稳定性。经过工程实践的检验,该方法计算简便易行,值得推广。   深基坑工程的支护结构形式的选用受到基坑开挖面积及深度、场地的岩土工程性质、水文地质条件、周边环境条件等诸多因素的影响。因此,深基坑支护结构的类型具有多样性和复杂性。往往,决策是人们生活和工作中普遍存在的一种活动,是为解决当前或未来可能发生的问题选择最佳方案的过程。在实际问题中,由于决策环境(即自然状态)具有模糊性,方案集合中蕴藏的决策目标是很难确切描述的。在实际工程中,由于工程支护体系选型受到许多主、客观因素的影响,其中有些因素是确定的,或者容易量化,而有些因素则相对较模糊,或不容易量化,只能用“大小”、“好坏”、“难易”等来定性说明。因此,可供选择的方案集合也是模糊集,不同方案之间的优劣也是一个模糊的问题。所以,深基坑支护形式的优选是一个模糊性多目标的综合决策(或评判)问题。模糊综合评判决策又称为模糊综合决策或模糊多元决策。模糊综合评判问题具有广泛的实用价值,广泛应用在工程科学、生命科学与经济管理等各方面。在进行深基坑支护方案的选择过程中,每一种方案都有各自的特点,如有的工期短,有的造价低,有点安全性好,有的环境污染小等。因此,根据工程的实际情况,从拟定的几个方案中选出一个相对最优的方案,是进行投标或施工设计前的一项重要任务。深基坑工程支护体系的优选问题是在考虑安全、经济、技术和环境等多种因素后,对几种相对适应的深基坑工程支护类型进行选择。根据工程实例拟定几个方案,通过优化研究来选择一个最优的方案是极其重要的。   本文分析了深基坑工程支护原则、支护类型和适用条件,并对深基坑工程支护方案的可靠度进行了分析研究,提出了一种可靠性理论,其内容包括深基坑支护可靠性的概念、意义以及可靠度模型的建立。在实际工程中,深基坑支护方案的评价优选是一个多因素的决策问题,某些因素又相对较模糊,不容易量化。本文运用模糊综合评判理论,以减少问题的模糊性和复杂性,并针对基坑工程方案的多属性和最优决策进行研究,把它的原理应用于基坑支护工程,对不同的方案进行优选评价,选出最优方案。   高层建筑与各种类型构筑物的深基坑开挖是力学与工程实践相结合的一个典型问题。深基坑开挖,特别是城区高层建筑深基坑开挖的支护,由于其施工条件复杂,对减小环境不良效应的要求高、地质条件大多数也比较恶劣等原因,加之竞争机制的引入,业主对工程施工的要求越来越高,使得深基坑开挖的支护技术以及这一课题的理论研究越来越具有重大的工程意义。科学的发展需要概念的改变,而工程实践也需要理论的指导和验证。本文通过具体的工程应用实例,验证可靠度分析与模糊综合评判理论对深基坑支护方案的设计和选优具有一定的价值意义。
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