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深基坑工程是指在地表以下的一个地下空间及其配套的支护体系。基坑支护是指为了保证基坑土方开挖、基础施工的顺利进行以及基坑周边环境安全,对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。深基坑工程是一门综合性很强的工程,它涉及到岩土、水文、结构、环境等多个方面,一直以来都是岩土工程界的难点,工程实践证明,大大小小的基坑工程事故大多与地下水有关,它不仅使工作条件变得恶劣,而且易造成管涌、坑底隆起、流沙和坑壁的剥落、坍塌,甚至引起周围建筑物沉降、倾斜、裂缝和倒塌等。地下水丰富地区深基坑由于地下水的影响,地层力学性质更差,其难度更为突出。统计资料表明,在各种基坑事故中,因设计不合理造成事故占据着很大的比例,因此,进行深基坑支护系统优化设计方面的研究与探索具有重要意义。本文以地下水丰富地区深基坑支护系统设计为研究对象,主要进行了以下工作:
本文第一章总结了深基坑的历史和现状以及优化设计的概念和目前的现状,总结了我国深基坑工程的特点,本章最末提出了本论文的主要工作。
本文第二章系统总结了深基坑支护系统设计的理论基础,主要包括土压力的计算(静止土压力、主动土压力、被动土压力。同时对两种经典土压力理论——朗肯和库仑理论进行了比较),深基坑支护结构计算,基坑降排水的计算以及基坑稳定性验算的主要内容和方法。
本文第三章讨论了深基坑工程优化设计的分析思想、分析原则和优化设计流程,指出优化设计可分为三个步骤:方案优化、细部优化以及信息化施工。总结了目前常用的深基坑优化设计施工的各种原理及其优缺点和实用范围。
本文第四章围绕地下水丰富地区深基坑支护系统优化设计这一中心问题展开论述。详细论述了模糊决策的原理和方法。本章将方案优化作为重点,建立了基坑支护系统优化设计层次结构模型,并将多目标模糊决策理论与层次分析相结合,详细论述了基坑支护系统方案优选的方法和步骤。在方案优化阶段,结合工程实例的地质条件有针对性的建立了适合本工程的层次优化模型,并运用层次分析法确定了各个影响因素相对于最高优化目标的权重,然后,运用多目标模糊决策理论从方案集中选择出一个最优方案。
本文第五章讨论了遗传演化算法的基本概念方法和原理,详细介绍了遗传算法的基本操作,主要包括基因选择、交叉和变异。并基于此方法建立土钉墙和降水的优化数学模型。通过比较原设计结果和优化后的结果说明遗传演化算法应用于深基坑细部优化是可行的。
文章最后对全文的研究成果进行总结,认为在地下水丰富区深基坑工程支护系统设计过程中对定性目标运用模糊决策理论计算较简单,能够将深基坑支护系统设计这一复杂问题简单化,并能准确全面地反映深基坑支护系统的状况、特点以及决策者的要求,避免了按经验选择方案的盲目性;同时对于设计变量多的细部优化采用遗传演化算法,其搜索范围广,不容易陷入局部最优解。但值得注意的是使用多级模糊评判进行方案细选时,关键是建立指标体系分层递阶结构图,对于不同的深基坑工程,有不同的指标体系,不能生搬硬套。用遗传算法对某一深基坑支护结构进行参数优选时,应选一些关键的、人工难以选定的参数进行优选。