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1、10申请公布号CN103669367A43申请公布日20140326CN103669367A21申请号201310604647022申请日20131126E02D17/02200601E02D1/0020060171申请人上海城建市政工程（集团）有限公司地址200232上海市徐汇区龙吴路13弄3号72发明人朱继文陈立生成琨赵国强杜冠群张慧74专利代理机构上海申蒙商标专利代理有限公司31214代理人徐小蓉54发明名称一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法57摘要本发明提供一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，该方法通过基准条件下的基本模型，建立起基坑开挖基本位移计算公式以及各种复杂条件影响下的修正。
2、系数的求解方法；预测评价基坑开挖扰动状态的参数是基坑开挖周边位移值（水平、竖向）及其空间分布特征；根据公式计算所得的位移及其可能对周边管线产生影响的可能性和严重程度，将基坑开挖扰动状态分为未扰动、微扰动、轻度扰动、中等扰动、严重扰动、危险扰动等6个级别，从而建立基坑开挖周边扰动影响状态评价参数和指标体系。51INTCL权利要求书2页说明书7页附图11页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图11页10申请公布号CN103669367ACN103669367A1/2页21一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，用于基坑初步设计阶段时预测评价基坑开挖对周边的扰动影。
3、响状态，其特征在于所述方法至少包括（1）通过基坑开挖扰动位移的影响因素确定基本模型建立的基准条件，所述基准条件至少包括基坑几何尺寸、维护结构形式、维护结构几何尺寸、维护结构的材料变形参数、土体物理力学参数、开挖方式、地下水状态、地面超载状态；根据所述的基准条件建立所述基坑开挖扰动基本模型，并通过三维FEM数值计算得到基坑开挖地表总位移空间分布特征，分别建立水平、竖直方向的基坑中部横截面内土体位移分布基本方程；所述基坑中部横截面内沉降分布基本方程为，其中Y为竖向坐标轴，以地表为原点、向下为正，H为基坑底部深度，UX0为地表沉降槽初始峰值位移，XC为峰值沉降点横向水平坐标，E、W、A为数学公式待定。
4、常数；X为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正；所述基坑中部横截面内水平方向位移分布基本方程为，其中X为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正、L为基坑开挖扰动影响距离，UY0为基坑边缘横向水平位移最大值、YC为最大水平位移深度坐标、E、W、A为数学公式待定常数；Y为竖向坐标轴，以地表为原点、向下为正；（2）基于所述基本模型，并计入所述基坑的深宽比、长宽比、维护结构插入比、支护方式、维护结构厚度、维护结构材料弹性模量、初撑力、土体物理力学参数、开挖方式、地下水状态、开挖时效特性的影响因素，建立所述基坑水平、竖直方向的中部横截面土体的一般位移方程所述基坑中部横截面土体的竖直方向的一般位。
5、移方程为，其中Y为竖向坐标轴，以地表为原点、向下为正，H为基坑底部深度，UX0为地表沉降槽初始峰值位移，XC为峰值沉降点横向水平坐标，E、W、A为数学公式待定常数；X为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正，其中I为修正系数；所述基坑中部横截面土体的水平方向的一般位移方程为，其中X为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正、L为基坑开挖扰动影响距离，UY0为基坑边缘横向水平位移最大值、YC为最大水平位移深度坐标、E、W、A为数学公式待定常数；Y为竖向坐标轴，以地表为原点、权利要求书CN103669367A2/2页3向下为正，J为修正系数；根据所述基坑中部横截面土体的水平、竖直方向的一般位。
6、移方程，求得所述基坑内任意一点的总位移矢量，即该点的空间位移；其中UV为该点的竖直方向的一般位移，UH为该点水平方向的一般位移；（3）基于基本模型，于第（2）所述情况中，在设定某一影响因素变化而其他影响因素不变的前提下，分别计算获得基坑不同深宽比、基坑不同长宽比、维护结构不同插入比、不同支护方式、维护结构不同厚度、维护结构不同弹性模量、维护结构不同初撑力、土体不同物理力学参数、几种典型开挖方式条件下横向水平位移、长轴轴向水平位移、竖向位移随深宽比变化及其相应的修正系数，此修正系数同时考虑了开挖时效特性因素以及地下水的影响；（4）根据第（2）步所述的一般位移方程，确定位移情况及可能对周边管线产生。
7、影响的可能性和严重程度，进行扰动状态分级并且建立评价指标体系。2根据权利要求1所述的一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，其特征在于将所述基坑中空间位移峰值UMAX以及所述基坑的当量沉降槽宽度LD这两项指标进行综合分析，以评价所述基坑开挖对周边的扰动影响状态其中约定空间峰值位移（忽略轴向水平位移影响），其中UVMAX为基坑竖直方向位移峰值，UHMAX为基坑水平方向位移峰值；当量沉降槽宽度LD为基坑临空面至峰值位移之距的2倍；以所述评价结果，将所述基坑开挖对周边的扰动影响状态分为未扰动、微扰动、轻度扰动、中等扰动、严重扰动、危险扰动；当所述基坑开挖的施工期跨越雨季或其所处的自然环境因素具有不确定。
8、性时，所述扰动影响状态提高一个级别。3根据权利要求2所述的一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，其特征在于以所述基坑中空间位移峰值UMAX以及所述基坑的当量沉降槽宽度LD这两项指标对基坑开挖周边的扰动影响状态的具体分级为当UMAX5MM，基坑开挖周边扰动影响状态为未扰动；当5MMUMAX10MM，LD5M，基坑开挖周边扰动影响状态为微扰动；当10MMUMAX20MM，5MLD10M，基坑开挖周边扰动影响状态为轻度扰动；当20MMUMAX30MM，10MLD20M，基坑开挖周边扰动影响状态为中等扰动；当30MMUMAX60MM，20MLD30M，基坑开挖周边扰动影响状态为严重扰动；当UMAX60。
9、MM，LD30M，基坑开挖周边扰动影响状态为危险扰动。权利要求书CN103669367A1/7页4一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法技术领域0001本发明涉及基坑工程领域，具体涉及一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，作为基坑工程领域中初步设计阶段预测评价基坑扰动影响状态的技术依据和方法。背景技术0002基坑开挖扰动位移的影响因素多且比较复杂，主要包括基坑几何尺寸、维护结构形式、维护结构几何尺寸、维护结构材料变形参数、土体物理力学参数、基坑开挖方式、地下水状态、地面超载状态等等。由于这些影响条件的复杂性和多样性，基坑开挖施工过程三维位移的计算十分复杂，对计算设备、人员的专业水准等要求极高。尤。
10、其，目前我国工程管理部门、工程总包和施工本部门通常不具备上述设备和人才条件。此外，迄今工程施工过程使用的经验方法（包括PECK公式、其他实验公式），其使用条件与工程实际存在着很大差异，从而所得结果与工程实际有很大差距且其误差通常难以定量评价。0003然而，为了确定管线非搬迁保护的技术可能性、技术风险，基坑设计阶段有效评价和预测其扰动状态并且在此基础之上给出相对应的可靠的评价指标可谓非常重要。发明内容0004本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，利用基准模型的概念对基坑开挖的扰动位移进行分析预测，之后再根据分析结果对基坑开挖对周边管线造成的扰动影响进行。
11、评价，从而避免了以往的方法存在的使用条件与工程实际存在差异的问题，广泛适用于实际工程中的各类基坑开挖扰动问题，此外整个评价过程具有标准的流程化特点，易于在实际工程中应用。0005本发明目的实现由以下技术方案完成一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，用于基坑初步设计阶段时预测评价基坑开挖对周边的扰动影响状态，其特征在于所述方法至少包括（1）通过基坑开挖扰动位移的影响因素确定基本模型建立的基准条件，所述基准条件至少包括基坑几何尺寸、维护结构形式、维护结构几何尺寸、维护结构的材料变形参数、土体物理力学参数、开挖方式、地下水状态、地面超载状态；根据所述的基准条件建立所述基坑开挖扰动基本模型，并通过三维。
12、FEM数值计算得到基坑开挖地表总位移空间分布特征，分别建立水平、竖直方向的基坑中部横截面内土体位移分布基本方程；所述基坑中部横截面内沉降分布基本方程为，其中Y为竖向坐标轴，以地表为原点、向下为正，H为基坑底部深度，UX0为地表沉降槽初始峰值位移，XC为峰值沉降点横向水平坐标，E、W、A为数学公式待定常数；X为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正；说明书CN103669367A2/7页5所述基坑中部横截面内水平方向位移分布基本方程为，其中X为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正、L为基坑开挖扰动影响距离，UY0为基坑边缘横向水平位移最大值、YC为最大水平位移深度坐标、E、W、A为数学。
13、公式待定常数；Y为竖向坐标轴，以地表为原点、向下为正；（2）基于所述基本模型，并计入所述基坑的深宽比、长宽比、维护结构插入比、支护方式、维护结构厚度、维护结构材料弹性模量、初撑力、土体物理力学参数、开挖方式、地下水状态、开挖时效特性的影响因素，建立所述基坑水平、竖直方向的中部横截面土体的一般位移方程所述基坑中部横截面土体的竖直方向的一般位移方程为，其中Y为竖向坐标轴，以地表为原点、向下为正，H为基坑底部深度，UX0为地表沉降槽初始峰值位移，XC为峰值沉降点横向水平坐标，E、W、A为数学公式待定常数；X为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正，其中I为修正系数；所述基坑中部横截面土体的水平方。
14、向的一般位移方程为，其中X为水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正、L为基坑开挖扰动影响距离，UY0为基坑边缘横向水平位移最大值、YC为最大水平位移深度坐标、E、W、A为数学公式待定常数；Y为竖向坐标轴，以地表为原点、向下为正，J为修正系数；根据所述基坑中部横截面土体的水平、竖直方向的一般位移方程，求得所述基坑内任意一点的总位移矢量，即该点的空间位移，其中UV为该点的竖直方向的一般位移，UH为该点水平方向的一般位移；（3）基于基本模型，于第（2）所述情况中，在设定某一影响因素变化而其他影响因素不变的前提下，分别计算获得基坑不同深宽比、基坑不同长宽比、维护结构不同插入比、不同支护方式、维护结。
15、构不同厚度、维护结构不同弹性模量、维护结构不同初撑力、土体不同物理力学参数、几种典型开挖方式条件下横向水平位移、长轴轴向水平位移、竖向位移随深宽比变化及其相应的修正系数，此修正系数同时考虑了开挖时效特性因素以及地下水的影响；（4）根据第（2）步所述的一般位移方程，确定位移情况及可能对周边管线产生影响的可能性和严重程度，进行扰动状态分级并且建立评价指标体系。说明书CN103669367A3/7页60006将所述基坑中空间位移峰值UMAX以及所述基坑的当量沉降槽宽度LD这两项指标进行综合分析，以评价所述基坑开挖对周边的扰动影响状态其中约定空间峰值位移，（忽略轴向水平位移影响），其中UVMAX为基坑。
16、竖直方向位移峰值，UHMAX为基坑水平方向位移峰值；当量沉降槽宽度LD为基坑临空面至峰值位移之距的2倍；以所述评价结果，将所述基坑开挖对周边的扰动影响状态分为未扰动、微扰动、轻度扰动、中等扰动、严重扰动、危险扰动；当所述基坑开挖的施工期跨越雨季或其所处的自然环境因素具有不确定性时，所述扰动影响状态提高一个级别。0007以所述基坑中空间位移峰值UMAX以及所述基坑的当量沉降槽宽度LD这两项指标对基坑开挖周边的扰动影响状态的具体分级为当UMAX5MM，基坑开挖周边扰动影响状态为未扰动；当5MMUMAX10MM，LD5M，基坑开挖周边扰动影响状态为微扰动；当10MMUMAX20MM，5MLD10M，。
17、基坑开挖周边扰动影响状态为轻度扰动；当20MMUMAX30MM，10MLD20M，基坑开挖周边扰动影响状态为中等扰动；当30MMUMAX60MM，20MLD30M，基坑开挖周边扰动影响状态为严重扰动；当UMAX60MM，LD30M，基坑开挖周边扰动影响状态为危险扰动。0008本发明的优点是本发明首次利用基准模型的概念对基坑开挖进行3DFEM数值计算，是一种全新的基坑开挖扰动位移分析思路。避免了以往的方法存在的使用条件与工程实际存在差异的问题，广泛适用于实际工程中的各类基坑开挖扰动问题。另外整个实施过程具有标准的流程化特点，易于在实际工程中应用。附图说明0009图1为坑中部截面分层土体沉降随距离。
18、变化；图2为基坑中截面地表沉降位移分布；图3为基坑横断面维护结构水平位移；图4为基坑深宽比对横向水平位移影响；图5为基坑横向水平位移深宽比修正系数；图6为基坑深宽比对轴向水平位移影响；图7为基坑轴向水平位移深宽比修正系数；图8为基坑深宽比对竖向位移影响；图9为基坑竖向位移深宽比修正系数；图10为按照基准条件下建立的开挖扰动基本模型；图11为基准条件下基坑开挖周边土体典型位移三维分布。具体实施方式0010以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解说明书CN103669367A4/7页7实施例某基坑开挖的基准条件为基坑深宽比12；基坑长宽比21；插。
19、入比11；支护方式地下连续墙支护；维护结构厚度08M；维护结构材料弹性模量E10104MPA；初撑力（单位面积初撑力）；土体物理力学参数（E，C，）（加权平均值）；基坑开挖方式（单头台阶下引式，中间向两端台阶下行式，两端向中间台阶下行式）分层整体下行式开挖；地下水（降水至基坑底部深度K1）；开挖时效特性无蠕变土体。0011本实施例中对基坑开挖周边扰动的影响评价具体过程如下第一步，根据上述基准条件建立基坑开挖扰动的基本模型，该呈长方体状的基坑基本模型的沿基坑长度方向中部截面、沿基坑长度方向的两侧面为应力集中区域，见图10。按照上述基准条件对基本模型进行基坑开挖的3DFEM计算，得到开挖地表总位移。
20、空间分布，地表总位移大小自基坑内侧边缘向基坑外方向呈一开口向下的抛物线状分布，且峰值点距周边一定距离，其中基坑开挖后其两侧端头井处的四角处为明显位移区域，见图1、图11。0012根据FEM计算所得节点竖向位移并内插数学分析，基坑开挖周边土体不同深度沉降如图1所示。0013考虑如图2所示的基坑横断面地表沉降位移，得到基准条件下，基坑中部横截面内沉降分布基本方程为（竖直方向位移分布）式中沉降位移，MMY竖向坐标轴，以地表为原点，向下为正H基坑底部深度，MUX03899A960327W12617XC87954第二步，同理考虑如图3所示的地表水平位移分布，可以得到基坑中部横截面内水平方向位移分布基本方。
21、程为式中水平位移，MMX水平坐标轴，以基坑边为原点，外法线方向为正L基坑开挖扰动影响距离，取L40MUY006782A21787716W199046YC89068第三步，由前两步得到的结果确定多因素影响下一般位移方程。说明书CN103669367A5/7页80014考虑基坑深宽比、基坑长宽比、插入比、支护方式、维护结构厚度、维护结构材料弹性模量、初撑力（单位面积初撑力）、土体物理力学参数、基坑开挖方式、地下水、开挖时效特性等因素影响，基坑中部截面土体竖向位移及水平位移分布分别如公式如下；对于给定竖平面上任意点的坐标，总位移如下所述基坑中部横截面土体的竖直方向的一般位移方程为（11）所述基坑中部。
22、横截面土体的水平方向的一般位移方程为（12）给定竖平面上任意点的坐标，总位移可由上述两个一般位移方程所求得的水平位移及竖向位移的矢量和求得（13）第四步，根据不同工程的实际情况可以求得式（11）和（12）所示相对应的修正系数。本实施例给出宽深比不同情况下的修正系数的求解过程为例进行介绍，其他影响因素的类似可得。0015根据基本模型，在设定其他条件不变前提下，计算获得基坑不同深宽比条件下横向水平位移、轴向（长轴）水平位移、竖向位移随深宽比变化及其相应的修正系数分别如附图49所示，该将修正系数应用于（11）以及（12）之中。0016第五步，扰动状态分级与评价指标体系的建立。0017基坑开挖对管线影。
23、响主要原因在于土体扰动位移，土体位移导致管线相应位移、变形，从而产生管线因强度不足而破坏或位移超限失去使用功能。因此，预测评价基坑开挖扰动状态的参数是基坑开挖周边位移值（水平、竖向）及其空间分布特征。0018根据位移及其可能对周边管线产生影响的可能性和严重程度，将基坑开挖扰动状态分为未扰动、微扰动、轻度扰动、中等扰动、严重扰动、危险扰动等6个级别。为方便起见，约定相关概念如下1空间峰值位移（忽略轴向水平位移影响）。00192当量沉降槽宽度LD基坑临空面至峰值位移之距的2倍。0020分类评价及其指标值如表11所示。0021表11扰动状态分类评价指标体系说明书CN103669367A6/7页9说明。
24、书CN103669367A7/7页10说明书CN103669367A101/11页11图1说明书附图CN103669367A112/11页12图2说明书附图CN103669367A123/11页13图3说明书附图CN103669367A134/11页14图4说明书附图CN103669367A145/11页15图5说明书附图CN103669367A156/11页16图6说明书附图CN103669367A167/11页17图7说明书附图CN103669367A178/11页18图8说明书附图CN103669367A189/11页19图9说明书附图CN103669367A1910/11页20图10说明书附图CN103669367A2011/11页21图11说明书附图CN103669367A21。