基于軟土超大基坑開挖擾動位移時效的相關(guān)研究

陳 芃

（青海建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海西寧 810000）

1 軟土超大基坑開挖擾動位移特性分析

1.1 周圍土體形變情況

基于以往的經(jīng)驗可以了解到，基坑開挖引起的周邊土體位移值大致可分為3個區(qū)間：高概率區(qū)間0～40 mm；低概率區(qū)間40～70 mm；極低概率區(qū)間≥70 mm。各區(qū)間水平位移及沉降位移累計百分比存在差異，如基坑開挖擾動位移（豎向及水平位移）小于40 mm的約占75%，40～70 mm約占10%，大于70 mm的約占14%～17%。從設(shè)計計算角度判斷基坑開挖安全性存在較大的技術(shù)風(fēng)險。實際工程中，必須在嚴(yán)格精確的設(shè)計計算前提下，加強(qiáng)施工過程位移（沉降及水平位移）監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果建立符合工程實際的管線位移、強(qiáng)度計算方法，科學(xué)評價基坑開挖擾動影響的管線安全性。

1.2 土體物理力學(xué)參數(shù)

在基坑開挖過程中，土體物理力學(xué)參數(shù)帶來的影響較大，在具體的分析過程中多采用建立力學(xué)試驗的方式進(jìn)行處理。在實際試驗中利用建立的基本模型，搭配設(shè)置好的基準(zhǔn)條件，對土體結(jié)構(gòu)在不同彈性模量情況下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的水平位移、垂直位移情況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到可靠的計算結(jié)果。基于以往的試驗數(shù)據(jù)可知，在實際應(yīng)用中各類指標(biāo)之間存在非線性變化關(guān)系，即土體物理力學(xué)參數(shù)越大，其帶來的土體擾動性也越大，位移影響也越大。

1.3 地下水波動情況

在基坑開挖過程中，地下水波動情況會帶來一定影響，在具體的分析過程中，多采用建立力學(xué)試驗進(jìn)行處理。在實際試驗中，利用建立的基本模型，搭配基準(zhǔn)條件，對土體結(jié)構(gòu)在地下水位波動狀態(tài)下土體結(jié)構(gòu)的滲透性、位移變量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到可靠的計算結(jié)果。基于以往的試驗數(shù)據(jù)可知，在實際應(yīng)用中，地下水位的波動會帶來一定干擾性，但與土體位移之間的關(guān)聯(lián)性較低，在后續(xù)系統(tǒng)優(yōu)化完善時，可以忽略該內(nèi)容帶來的擾動性。

1.4 土體流變性特點(diǎn)

在基坑開挖過程中，周圍土體會出現(xiàn)不同程度的位移趨勢，具備一定的時效性。在具體的分析過程中，需要對土體流變性特點(diǎn)進(jìn)行客觀分析，在具體應(yīng)用中多采用建立力學(xué)試驗的方式進(jìn)行處理。在實際試驗中，利用建立的基本模型，搭配設(shè)置好的基準(zhǔn)條件，對土體結(jié)構(gòu)在開挖到不同深度，土體流動性的變化情況進(jìn)行收集整理，并在分析過程中做好數(shù)據(jù)修正，得到可靠的計算結(jié)果?；谝酝脑囼灁?shù)據(jù)可知，隨著基坑開挖深度的增加，土體流變速率逐漸下降，但是累積形變量卻處于逐漸增加的狀態(tài)，具備明顯的時效性特征。

1.5 尺度效應(yīng)分析

在基坑開挖過程中，還需要做好尺度效應(yīng)的分析工作，具體的分析內(nèi)容可以分為基坑深寬比、基坑寬長比兩部分內(nèi)容。以基坑深寬比為例，在對其進(jìn)行分析時，采用建立力學(xué)試驗的方式進(jìn)行處理。在實際試驗中，利用基本模型展開試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和計算工作。采集的數(shù)據(jù)內(nèi)容是在不同基坑深寬比情況下超大基坑的水平位移和垂直位移量，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，得到可靠的計算結(jié)果?；谝酝脑囼灁?shù)據(jù)可知，隨著基坑深寬比的增加，土體位移量也處于增加的狀態(tài)，但達(dá)到某一數(shù)值后，增長量逐漸趨于穩(wěn)定，可為開挖參數(shù)的調(diào)整提供數(shù)據(jù)參考。

1.6 圍護(hù)結(jié)構(gòu)特性參數(shù)

在基坑開挖過程中，還需要做好圍護(hù)結(jié)構(gòu)特性參數(shù)分析工作，具體的分析內(nèi)容可以分為地連墻插入比、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料彈性模量、圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度等。以圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度為例，在對其進(jìn)行分析時，采用建立力學(xué)試驗的方式進(jìn)行處理。采集的數(shù)據(jù)內(nèi)容是在不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度情況下超大基坑的水平位移和垂直位移量，同時需要做好參數(shù)修正處理，提升數(shù)據(jù)分析結(jié)果可靠性?；谝酝脑囼灁?shù)據(jù)可知，隨著圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度的增加，土體位移趨勢逐漸變緩，而最大的位移點(diǎn)在基坑底部，后續(xù)作業(yè)過程中應(yīng)多加留意。

2 軟土超大基坑開挖擾動位移時效分析

2.1 分層開挖擾動

針對基坑開挖過程擾動位移時效展開分析，分層開挖擾動屬于重要分析內(nèi)容，在具體應(yīng)用中多采用建立力學(xué)試驗的方式進(jìn)行處理。在實際試驗中，利用建立的基本模型對土體結(jié)構(gòu)在開分層開挖過程中土地結(jié)構(gòu)水平和垂直位移參數(shù)進(jìn)行分析，做好數(shù)據(jù)修正處理后，將其繪制成柱狀圖和曲線圖，更直觀地分析時效內(nèi)容?；谝酝脑囼灁?shù)據(jù)可知，隨著分層開挖擾動層數(shù)的增多，基坑土體的位移量一直處于累積的狀態(tài)，具備明顯的時效性特征。

2.2 土體蠕變位移

針對基坑開挖過程擾動位移時效展開分析，土體蠕變位移也屬于重要分析內(nèi)容，在具體應(yīng)用中同樣需要采用建立力學(xué)試驗的方式進(jìn)行處理。在實際試驗中，利用建立的基本模型對不同土體蠕變位移情況下，土地結(jié)構(gòu)水平和垂直位移參數(shù)進(jìn)行分析，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行修正處理后，繪制相應(yīng)的直觀圖形，提升分析結(jié)果的可視化特征?；谝酝脑囼灁?shù)據(jù)可知，隨著土體蠕變位移量的增加，基坑土體的位移量也出現(xiàn)了相應(yīng)變化，變化過程處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，滿足時效分析規(guī)律，能夠提升數(shù)據(jù)分析結(jié)果的使用價值。

2.3 臺階開挖土體位移

針對基坑開挖過程擾動位移時效展開分析，臺階開挖土體位移也屬于重要的分析內(nèi)容，在具體應(yīng)用中采用建立力學(xué)試驗的方式進(jìn)行處理。在實際試驗中，對不同臺階開挖土體位移情況下土地結(jié)構(gòu)水平和垂直位移參數(shù)進(jìn)行分析，利用采集數(shù)據(jù)繪制相應(yīng)的直觀圖形，提升分析結(jié)果的可視化特征?；谝酝脑囼灁?shù)據(jù)可知，隨著臺階開挖土體位移量的增加，基坑土體位移量增速逐漸變慢，最后趨向于一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)，累積量處于增長狀態(tài)，鄰近所設(shè)置的安全值，過程滿足時效分析規(guī)律，具備一定的時效性。

2.4 基坑開挖方式

對基坑開挖過程擾動位移時效展開分析時，需要考慮到基坑開挖方式帶來的影響，利用力學(xué)試驗的方式進(jìn)行處理。在實際試驗中，對不同基坑開挖方式下土地結(jié)構(gòu)水平和垂直位移參數(shù)進(jìn)行分析，利用采集數(shù)據(jù)繪制相應(yīng)的直觀圖形，提升分析結(jié)果的可視化特征?；谝酝脑囼灁?shù)據(jù)可知，隨著基坑開挖方式的不斷變化，基坑土體位移量的變化情況也存在一定差異。

2.5 系統(tǒng)長時位移

在對基坑開挖過程擾動位移時效展開分析時，需要考慮到系統(tǒng)長時位移帶來的影響，利用力學(xué)試驗的方式進(jìn)行處理。在實際試驗中，對不同系統(tǒng)長時位移量情況下土地結(jié)構(gòu)水平和垂直位移參數(shù)進(jìn)行分析，將完成修正處理的數(shù)據(jù)繪制成圖，便于直觀性分析工作的進(jìn)行。

基于以往的試驗數(shù)據(jù)可知，隨著系統(tǒng)長時位移量的增加，基坑土體位移量也處于增長的狀態(tài)，滿足時效分析要求，增長量會逐漸趨于平穩(wěn)，但是累積量較大，需要在后續(xù)分析中進(jìn)行客觀分析。

3 擾動位移三維FEM預(yù)測分析

3.1 建立有限元模型

根據(jù)上述試驗分析結(jié)果，在具體的應(yīng)用過程中，需要做好三維FEM的預(yù)測工作，要求在實際處理中按要求完成有限元計算，計算內(nèi)容包括基坑土體形變參數(shù)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、施工材料參數(shù)等。對這些數(shù)據(jù)信息的影響性進(jìn)行分析，做好參數(shù)之間從屬關(guān)系處理，提升分析結(jié)果的使用價值和可靠性[1]。利用到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理，將參數(shù)信息帶入有限元模型中，了解基坑具體的形變狀態(tài)，得到可靠的分析數(shù)據(jù)。

3.2 建立三維FEM模型

根據(jù)上述得到的參數(shù)信息，可以著手進(jìn)行三維FEM模型的建立工作，在實際應(yīng)用中，需要按要求完成正交試驗，并將圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)的水平位移數(shù)值作為可靠的評價標(biāo)準(zhǔn)。在模型計算過程中，還需要對歸屬于不同模塊的參數(shù)進(jìn)行整理，做好權(quán)重分配工作，明確模型在實際應(yīng)用階段的應(yīng)用情況，提升模型分析結(jié)果的可靠性和實用性。將前期的監(jiān)測數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，匯總得到可靠的驗證數(shù)值，為其他工作的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)[2]。

3.3 基坑位移預(yù)測分析

在具體的預(yù)測分析過程中，需要創(chuàng)建試驗條件，進(jìn)行多組預(yù)測試驗，了解在不同應(yīng)力值狀態(tài)下基坑位移量的變化情況，討論相互之間的線性關(guān)系，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行基坑位移預(yù)測，了解存在的潛在問題，及時對問題進(jìn)行整理，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性[3-5]。

基坑變形的動態(tài)預(yù)測不借助于有限元模型，通過前期監(jiān)測數(shù)據(jù)和變形數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練成功后借助時間窗動態(tài)預(yù)測技術(shù)。通過持續(xù)獲得的變形數(shù)據(jù)預(yù)測后一階段的沉降值，在施工過程中動態(tài)預(yù)測基坑變形情況，達(dá)到指導(dǎo)施工的目的[6]。

對基坑開挖前期數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，固定合適的時間窗格并訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測基坑變形數(shù)據(jù)，與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，核實計算誤差并調(diào)整時間窗格大小直至計算誤差達(dá)到容許范圍，得到最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[7]。通過前期監(jiān)測數(shù)據(jù)對基坑變形進(jìn)行實時動態(tài)預(yù)測，并將預(yù)測數(shù)據(jù)與最新數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，不斷更新神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到更為準(zhǔn)確的預(yù)測數(shù)據(jù)[8]。

4 結(jié)語

綜上所述，相比于其他作業(yè)區(qū)域的施工活動，在軟土區(qū)域進(jìn)行超大基坑開挖作業(yè)面臨著較大的作業(yè)困難，在實際作業(yè)過程中，需要做好土體位移量分析工作，積累可靠的應(yīng)用數(shù)據(jù)，為支護(hù)方案的優(yōu)化提供必要支持。