武汉市阳逻大桥南锚碇基坑动态施工反演分析与智能预测及控制&交叠盾构隧道施工地表变形的智能预测及控制

摘要

本研究报告包括两篇内容:第一篇武汉市阳逻大桥南锚碇基坑动态施工反演分析与智能预测及控制研究第二篇交叠盾构隧道施工地表变形的智能预测及控制研究第一篇本项工作应用智能科学方法的最新进展,结合岩土工程中的多种数值力学分析和反分析方法,对地下工程(如深基坑和盾构隧道)施工中的监测数据进行分析,研究其中的地表变形或围护结构的内力和变形规律,预测并监控土体受施工扰动的变形位移和地表沉降,进而对地下工程设计、施工诸主要参数进行优化,从而达到控制变形的目的.结合阳逻长江公路大桥南锚碇深大圆形基坑(直径×深度=70m×42m)的关键性工程,反演了基坑开挖过程中围护结构(地下连续墙和内衬)的内力和土体等效力学参数,分析和总结了围护结构在基坑开挖和内衬浇筑各个阶段的内力变化规律以及地连墙外侧水土压力理论值与实测值的对应关系,探索了施工因素(内衬浇筑和土体开挖)与非施工因素(环境温度)对内力的影响规律.同时,分别采用有限元(FEM)和人工神经网络(ANN)方法进行了变形超前预测.主要的研究成果有:(1)对地下连续墙的水平位移进行了智能预测.成果表明,变形预测精度较高,误差基本控制在许可范围之内,满足工程需要;(2)通过土体参数的敏感性分析,深入分析了施工中地连墙变形的各主要影响因素,明确了对墙体位移影响最大的因素是基坑开挖施工工艺和粉细砂层的弹模、泊松比;(3)首次采用智能方法对特大圆形深基坑进行动态施工反演分析,能获得全局最优解.由反演参数预测下步变形,预测与实测吻合良好;(4)修正和发展了前人的内力反演理论,总结了内衬和地连墙的内力变化规律;(5)分析了基坑开挖过程中水土压力的变化规律.本项研究中,动态反演和智能预测相互结合和补充,为该工程的信息化施工提供了依据,为确保整个工程的安全施工发挥了重要作用.第二篇通过理论研究建立了地表变形预测的进化神经网络模型,在此基础上,采取多步滚动预测方法预测了多个点在未来8天以内的变形.利用上述方法并采用VC++6.0编程对明珠二期南浦大桥站附近交叠隧道上下行区间盾构推进施工期间的地表变形规律进行了预测和模糊控制研究.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

§1.1前言

§1.2深基坑工程施工变形控制的研究现状

§1.3反演分析方法研究概述

§1.4智能方法在岩土工程中的应用现状

§1.5研究内容

第2章智能化方法基本理论

§2.1人工神经网络(ANN)

2.1.1神经元模型

2.1.2神经网络模型

2.1.3 BP神经网络

2.1.4 BP网络的改进

§2.2样本的前处理

§2.3遗传算法

§2.4模糊控制

2.4.1模糊集合基本理论

2.4.2模糊关系

2.4.3模糊命题与模糊逻辑

2.4.4模糊控制系统

第3章南锚碇深基坑施工变形的智能预测与控制研究

§3.1南锚碇深基坑工程概况

§3.2工程地质条件

3.2.1地质构造

3.2.2工程地质

3.2.3水文地质

3.2.4工程地质及水文地质分析

3.2.5气象

3.2.6本工程主要施工特点和难点

3.2.7地基的工程地质性质

§3.3神经网络预测模型的建立及其应用

3.3.1预测模型的建立

3.3.2多步滚动思想

§3.4阳逻南锚基坑的变形预测

3.4.1预测内容及预测步长

3.4.2预测结果分析

§3.5基坑变形的控制研究

3.5.1主要施工参数对基坑变形的递阶分析

3.5.2基坑变形的模糊控制

§3.6本章小结

第4章阳逻大桥南锚碇圆形深基坑工程的动态施工反演与变形预测

§4.1引言

§4.2参数敏感性分析及反演参数的确定

4.2.1有限元模型的建立

4.2.2参数的敏感度分析

§4.3基于进化智能的动态施工反演分析及变形预测

4.3.1反演的目标函数

4.3.2反分析优化方法研究

4.3.3进化神经网络智能反演原理

§4.4土层力学参数的反演分析

§4.5地连墙变形和内力预测

§4.6本章小结

第5章基坑围护结构(地连墙和内衬)内力反演

§5.1钢筋应力计监测点布置

§5.2围护结构的内力反演公式

5.2.1两侧主筋都受压

5.2.2一侧主筋受拉，另一侧主筋受压

5.2.3内外两侧均受拉

§5.3内力反演结果汇总

§5.4内衬的内力变化特点

5.4.1内衬弯矩

5.4.2内衬轴力

§5.5地连墙内力变化特点

5.5.1弯矩和轴力随时间的变化规律

5.5.2不同深度地连墙的内力

§5.6施工因素与非施工因素对内力的影响规律

5.6.1基坑开挖和内衬浇筑的影响

5.6.2底板浇筑的影响

5.6.3环境温度对内力的影响

§5.7不同工况水土压力与变形变化对比分析

5.7.1施工中土压力变化及对比分析

5.7.2监测孔隙水压力与计算对比

5.7.3地连墙变形监测数据分析

§5.8三维变形结果分析

§5.9本章小结

§5.10本篇结语

参考文献

第6章概述

§6.1引言

§6.2隧道沉降预测概述

6.2.1理论计算法

6.2.2数值模型研究

6.2.3实测数据分析法

第7章地铁隧道掘进施工引起地表变形的智能预测与控制

§7.1前言

§7.2动态智能预测模型

7.2.1地表变形监测数据分析

7.2.2地表变形的三次样条插值算法

7.2.3地表变形的进化神经网络动态智能预测模型

7.2.4观测数据的预处理

§7.3工程地质概况

7.3.1区间隧道工程简介

7.3.2工程地质

7.3.3地表监测

§7.4上下行线施工地表变形的单步预测研究

7.4.1下行线神经网络单步智能预测

7.4.2下行线地表变形的进化神经网络预测

7.4.3上行线单步预测

7.4.4单步预测小结

§7.5上下行线多步滚动预测研究

7.5.1下行线多步预测

7.5.2上行线多步预测

7.5.3多步滚动预测结果分析

§7.6地表变形控制的模糊智能控制初步研究

7.6.1变形的智能模糊控制原理

7.6.2变形模糊逻辑控制系统的建模

7.6.3南浦大桥区间隧道盾构施工模糊控制

§7.7本章小结

参考文献

第8章工作总结及建议

致谢

博士生期间发表的学术论文、专著、重要科研成果

博士后期间发表的学术论文、专著、重要科研成果

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