地下工程水平位移自动监控系统安全诊断方法的研究

摘要

地下工程的水平位移监测是工程变形监测的一项重要内容。地下工程的监测过程具有监测周期长、产生的监测数据多的特点,尤其是在施工过程中,对监测的时效性要求较高。因此,本文在学习前人对地下工程自动监控系统研制经验的基础上,对监控系统安全诊断模块进行了优化设计补充及应用。
　　本文主要的研究工作和成果如下:
　　1.优化设计了地下工程远程自动监控系统,完善了系统现场数据自动采集、处理、远程数据传输、表现、变形预测及实时预警功能,将原有安全诊断模块中的时间序列模型进行扩展,增加了Verhulst系列模型,同时将有限元分析的方法引入自动监控系统安全诊断模块中。
　　2.深入研究了灰色GM(1,1)模型、Verhulst模型、BP神经网络模型等这些时间序列模型的原理、发展历程,以及各自的特性。基于 Matlab建立 GM(1,1)模型、Verhulst模型和 BP神经网络模型,同时利用方差组合原理和对模型预测值进行二次修正的原理,建立了GM(1,1)—Verhulst组合模型和Verhulst-BP神经网络组合模型,并分析了这些不同时间序列组合模型的特点。
　　3.将已建立的多个时间序列模型应用于天津金御花园住宅小区深基坑项目和融创奥城商业广场深基坑项目。针对这两个项目的水平位移建立时间序列模型,并预测未来一段时间内的支护结构变形值,通过预测值和实测值之间的对比,揭示了时间序列模型在深基坑水平位移自动监控系统的变形预测和安全诊断的可行性;利用多个模型之间的对比,得出组合模型预测精度较高的结论;利用不同深基坑项目之间同一模型的对比,发现同一个模型在不同的项目上的适用性各异,得出应在自动监控系统中丰富时间序列模型种类的结论。
　　4.利用有限元软件ABAQUS建立深基坑的多个有限元模型,这些模型分别对应于不同的基坑深度、支护结构边线所构成的不同角度、以及开挖的不同方式的基坑工况。针对不同的基坑开挖角度,通过算得的水平位移的比值,确定基坑支护结构的不同角度在开挖过程中所产生的水平位移的各自影响范围;根据不同的基坑开挖方式,算得其对基坑水平位移的影响曲线,并通过影响曲线的互比,得知不同的开挖方式对基坑水平位移自动监控的影响特点。通过上述各基坑工况的模拟计算及相互比对,表明建立有限元模型在地下工程水平位移远程自动监控系统中具有实际的应用意义。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 安全诊断模块存在的问题

1.4 论文结构安排

1.5 本章小结

第二章 自动监控系统的优化设计

2.1 监控系统的结构

2.2 监控系统的配置

2.3 监控系统的功能

2.4 地下工程安全诊断模块

2.5 本章小结

第三章 安全诊断模块中时间序列模型的建立

3.1 建立灰色GM(1,1)模型

3.2 建立Verhulst 模型

3.3 建立BP神经网络模型

3.4 建立组合模型

3.5 本章小结

第四章 时间序列模型的工程应用

4.1 工程概况

4.2 监控方案

4.3 工程实例一的数据诊断处理

4.4 工程实例二的数据诊断处理

4.5 总体误差分析

4.6 本章小结

第五章 基于数值模拟的安全诊断预警确定方法

5.1 有限元技术简介

5.2 基坑工程建模分析中问题的解决

5.3 建立有限元模型

5.4 结果分析

5.5 本章小结

第六章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢