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深基坑开挖与支护问题是工程界的研究热点。着眼于安全与经济的要求,开展深基坑工程的优化设计是值得重视的课题。本文针对复杂地质条件下的地下连续墙式深基坑支护问题,依托广州市海珠区某深基坑工程,采用最优化算法,进行地下连续墙支护结构的优化设计方法研究,主要内容如下:
(1)基于m法及地层损失法,系统研究了地下连续墙支护结构的内力分布与变形规律,在此基础上,提出了地下连续墙支护结构优化评价指标,包括:弯矩分布系数E(M)、弯矩包络面积系数E(MA)、侧向变形控制系数E(w)、地表沉降控制系数E(δ)、地表沉降影响范围系数E(L)、工程造价控制系数E(V)与工期控制系数E(D)。通过量纲分析,给出了各指标的无量纲表达式,确定了各优化评价指标的可行取值范围。
(2)利用G1客观赋权法,得到了各指标的权重取值,该权重值满足归一化条件且无需一致性检验。结合权重法,以上述提出的七个优化评价指标为输入值,建立了地下连续墙支护结构的优化评价模型,该模型从四个方面评价支护方案的优劣:受力状态是否科学合理、变形状态是否安全可控、造价是否经济节约及工期是否合理。根据优化评价模型的输出值可以判断支护方案是否需要进行优化。
(3)研究了地下连续墙支护结构的墙体刚度、入土深度、支撑位置等主要设计参量对各优化评价指标的影响,并得到了影响趋势曲线,由此得到各设计参量的优化可行方向。结合可行方向优化算法,以可行方向为指导,以优化算法为手段,给出了各设计参量的优化设计方法。
(4)根据上述研究,总结地下连续墙支护结构优化设计方法与流程:支护结构受力、变形状态分析→优化评价指标计算→支护结构优化评价→可行方向法优化设计→对优化方案再评价→再优化。如此循环,直到最优解出现。
(5)将优化评价指标、优化评价模型应用于广州市海珠区某地下连续墙支护的深基坑工程,得到原方案的评价模型输出值为0.73,需要优化墙体厚度、入土深度。优化后,评价模型的输出值为0.85,优化效果为节省工程量18%。表明了本文方法的实用性和可行性。