[發(fā)明專利]一種垂直深基坑失穩(wěn)塌方的預(yù)警方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210392589.5
• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102877471A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張亞芳;張艷玲;吳慶華;冷如鋒;肖昔澤
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類號: E02D17/02
• 分類號: E02D17/02;E02D1/00;E02D33/00
• 代理公司: 廣州市天河廬陽專利事務(wù)所 44244
• 代理人: 胡濟元

1.一種垂直深基坑失穩(wěn)塌方的預(yù)警方法，該方法由以下步驟組成：

（1）對垂直深基坑及其周圍區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察，獲得勘察區(qū)域內(nèi)每一種土質(zhì)的分布范圍及其在勘察區(qū)域中的位置和勘察區(qū)域的邊界分布力的分布與作用方式以及勘察區(qū)域內(nèi)每一種土質(zhì)的分布范圍及其在勘察區(qū)域中的位置；所述的勘察區(qū)域為長方體，基坑位于所述長方體的中部，基坑的頂面與所述長方體的上表面平齊，基坑的墻壁與所述長方體四個側(cè)面的距離等于基坑深度的3～5倍，基坑的底面與所述長方體下表面的距離等于所述基坑的寬度的2～3倍；檢測勘察區(qū)域內(nèi)每一種土質(zhì)的物理與土力學(xué)參數(shù)，即密度、彈性模量和泊松比；

（2）在所述基坑墻壁的頂面自每一墻壁的中心向兩邊在每相隔10～20m設(shè)一豎直的測量樁，并使得，每一測量樁距基坑上口的邊緣3～5m；每一測量樁的下端與基坑分底面位于同一水平面上，每一測量樁的上端露出基坑墻頂面；將樁體測斜儀水平固定在所述測量樁的上端，然后將每一樁體測斜儀與計算機進(jìn)行有線或無線連接；

（3）在所述的計算機中用四面體網(wǎng)格生成軟件將所述中部設(shè)有基坑的長方體剖分成有限個線性四面體元，然后將剖分結(jié)果作為一個離散域?qū)胗邢拊治鱿到y(tǒng)中進(jìn)行以下分析處理：

（3.1）根據(jù)各種土質(zhì)的分布范圍確定每一線性四面體元的彈性模量和泊松比，在有限元分析系統(tǒng)中建立每一線性四面體元的單元剛度矩陣，然后，集成每一單元剛度矩陣得到整體剛度矩陣[K]；

（3.2）在有限元分析系統(tǒng)中計算出每一線性四面體元的體積，再根據(jù)各種土質(zhì)的分布范圍確定每個線性四面體元的密度并逐一算出每個線性四面體元的重力，然后將該重力平均分配到對應(yīng)的線性四面體元的4個節(jié)點上；

（3.3）先將所確定的邊界分布力按其作用方式和作用力大小的分布情況分配到所作用的線性四面體元上，再均分到該線性四面體元上的4個節(jié)點上；

（3.4）將每個線性四面體元的4個節(jié)點上的重力和邊界分布力按線性四面體元及其節(jié)點編號對應(yīng)疊加得到整體荷載列陣{F}；

（3.5）根據(jù)每一樁體測斜儀所測得的測量樁的傾斜角，算出每一測量樁所經(jīng)過的每一線性四面體元網(wǎng)格節(jié)點的豎向位移和水平位移；

（3.6）根據(jù)彈性力學(xué)原理建立線性方程組[K]{U}＝{F}，令所述的長方體的四個側(cè)面和底面的豎向位移和水平位移為零，并將其與步驟（3.5）所得到的每一測量樁所經(jīng)過的線性四面體元網(wǎng)格節(jié)點的豎向位移和水平位移都作為邊界條件引入所對應(yīng)的線性方程中；所述線性方程組[K]{U}＝{F}中的{U}為所有線性四面體元網(wǎng)格節(jié)點的位移列陣；

（3.7）求解線性方程組[K]{U}＝{F}，得到每一線性四面體元網(wǎng)格節(jié)點的一個豎向位移VD和水平位移，并由所述的水平位移推算出垂直于基坑墻壁方向的水平位移HD；然后將所得到的水平位移HD和豎向位VD移除以到達(dá)此位移所經(jīng)歷的天數(shù)，得到每一線性四面體元節(jié)點的水平位移的變化速率LRC與豎向位移的變化速率VC；

（4）將步驟（3.7）所得到的水平位移HD、豎向位移VD、變化速率LRC和變化速率VC分別與《規(guī)范》中表8.0.4所規(guī)定的墻頂水平位移與豎向位移的累計值及變化速率進(jìn)行對應(yīng)比較，一旦水平位移HD、豎向位移VD、變化速率LRC和變化速率VC中有一項大于或等于《規(guī)范》中表8.0.4的規(guī)定值則報警。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直深基坑失穩(wěn)塌方的預(yù)警方法，其特征在于，所述的測量樁為圓截面的鋼筋混凝土灌注樁、圓截面的預(yù)制鋼筋混凝土柱、圓截面的鋼管或圓截面的硬質(zhì)塑料管。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種垂直深基坑失穩(wěn)塌方的預(yù)警方法，其特征在于，所述的樁體測斜儀有一個敏感方向與其所在基坑墻頂?shù)膲Ρ诖怪薄?/p>

4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種垂直深基坑失穩(wěn)塌方的預(yù)警方法，其特征在于，所述的有限元分析系統(tǒng)為MATLAB。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種垂直深基坑失穩(wěn)塌方的預(yù)警方法，其特征在于，求解所述線性方程組[K]{U}＝{F}的方法是，先用乘大數(shù)法對所引入邊界條件進(jìn)行處理，然后用SuperLU求解器求解。