硕士学位论文开题报告书硕士学位论文开题报告书姓姓 名名 学学 号号 201108015 指导教师指导教师 所在院系所在院系 土木工程与建筑学院 （盖章）学科专业学科专业 研究方向研究方向 地下工程施工风险控制 论文题目论文题目 深大基坑 沉降预测方法研究 报告日期：报告日期： 20122012 年年 1111 月月 1616 日日是否涉密填填 表表 说说 明明1 1. 研究生须认真填写本表相关内容。2 2. 凡所列栏目内容填写不够的，可以另加附页。3 3. 本表须保持原格式不变，纸张限用 A4，装订要整齐。页面设置（页边距为上、下：2.5cm, 左为 2 .6cm,右为 2 .1cm；字体为宋体小四，行间距为 1.25。 ）4 4. 本开题报告一式四份，导师、研究生学院、所属院、学生本人各一份。学学 号号20110801 5姓姓 名名性性 别别女女年年 龄龄24专业名称专业名称岩土工程岩土工程导师姓导师姓 名名所在院所在院 系系土建学土建学 院院开题时开题时 间间2012-11- 16 国家计委、科委项目 国家经贸委项目 国家自然科学基金项目 国务院其他部门项目 主管部门（部委级）项目 省、市、自治区项目 学校级项目 国际合作项目 自选项目 其它项目选题来源选题来源项目名称：基于小波-神经网络的深大基坑沉降预测方法研究项目编号：论文类型论文类型 基础研究 应用研究 开发研究 其 它 一、立论依据（包括：选题背景，课题研究的目的和意义）一、立论依据（包括：选题背景，课题研究的目的和意义） 目前，我国经济和城市建设发展十分迅速，开发利用地下空间的需求日益明显，地下工程不断增多，高层和超高层建筑发展快速。而在建筑基坑开挖施工过程中，土体应力状态的改变会引起土体的沉降，例如：挡土支护结构以及周围土体的侧向位移及沉降；基坑内土体的沉降等。如果这些变形的量值超出了容许的范围，将对挡土支护结构本身造成危害（包括内倾及沉降） ，最终致使基坑周围的建筑物产生沉降，倾斜甚至倒塌。基坑事故的发生造成了重大的经济损失和严重后果。因此，需要建立一套可用于基坑监测及沉降预测的系统，及时有效地收集岩土信息，对其进行合理分析，进而对未来发展趋势展开预测，以确保建设工程质量安全稳定。根据监测系统的监测信息实时掌握工程的工作状态，以便及时指导调整方案，并根据已测资料预测工程未来的工作状态，分析可能出现的安全隐患情况，以此提早调整施工运行以及生产方案，及时有效地采取补救措施，进而提高建设工程从施工，运行到生产整体水平和安全性。因此，基坑监测及险情预测预报在施工安全中是很重要的环节，目前大型基坑施工中，监测工作是必不可少的，而目前的一些常用的仪器监测非常零散不具系统性，监测数据不完整，或对监测数据的分析处理几乎很少，因此对基坑进行监测分析及预测的系统研究具有重要意义。由于引起地基发生沉降的因素众多，基坑变形具有较强的随机性和复杂性，理论计算最终沉降量一般难以实现。工程上大多采用根据实测曲线推算的方法进行预测，各个方法在适用条件上均有其限制，尚需改进。目前，神经网络是应用效果较好的一种预测方法。神经网络具有自学习，自适应性，泛化能力以及高速寻找优化解的能力等。近年来，小波分析理论发展迅速，小波变换具有时频局部特性和聚焦特性等。因此，本文尝试结合小波分析和神经网络的机理特性，建立一个可靠的基坑沉降分析与预测模型（简称 PADP） ，为基坑工程的安全施工提供可靠依据。二、文献综述（包括：国内外研究动态，所阅文献的查阅范围及手段）二、文献综述（包括：国内外研究动态，所阅文献的查阅范围及手段） 围护结构外侧土体向坑内移动，从而导致基坑坑内土体向上隆起。而围护结构产生沉降是由于水平方向改变基坑内外土体的原始应力状态所引起的地层移动。基坑开挖后，围护结构便开始受力沉降，当基坑内侧卸去原有土压力时，墙外侧则受到主动土压力，而在墙内侧则受到部分被动土压力。基坑沉降除具有复杂的机理之外，同时其诱发因素众多且具有很大的随机性和不定性。大量的观测及研究结果表明，影响基坑沉降的主要因素有下面几点（1） 基坑的工程地质和水文条件；（2） 基坑支护类型和结构设计参数；（3） 基坑平面尺寸和开挖深度；（4） 施工过程及工地周围环境；（5） 周期地面超载和震动荷载。针对基坑沉降问题，国内外学者从机理分析、预测方法等方面开展了大量研究：1 基坑沉降机理研究进展基坑沉降机理研究进展由于深基坑沉降体的结构，组成物质的物理性质，外力作用的复杂性和不确定性，要建立合适的确定性模型比较困难。因此，通过探索变形监测数据序列的结构和规律，建立动态预测模型，反映出沉降规律特征，推测未来沉降趋势，就成为一种有效方法。1 1）国外研究国外研究进展进展Karl von Terzaghi2等人很早就提出了深基坑工程研究的总应力法，对基坑开挖的稳定性和基坑支护荷载值进行评估，在工程中广泛沿用至今。Laurits Bjerrum3等人在 50 年代建立了针对基坑坑底的隆起沉降的分析方法，最先应用在 Mexico 城和 Oslo 城的主要由软粘土组成的深基坑施工期的变形监测中。1969年, 在第七届国际岩土力学与基础工程会议上Peck4首次发表了关于基坑开挖研究现状比较全面深入的报告, 该报告对于研究深基坑开挖支护系统变形的影响因素具有里程碑式的意义。但Peck当时的研究仅限于基坑工程围护结构为钢板桩或混凝土桩, 他重点讨论了土层种类和性质、开挖深度以及施工质量对基坑变形的影响。1981年,O. Rourke5分析了基坑开挖及相关工程活动引起的土体变形, 指出基坑开挖前期的工程活动如降水、围护结构施工、桩基施工等会对土体的变形产生影响, 并讨论了支撑刚度、支撑加预应力、最下道支撑以下的开挖深度、预留土的作用等对基坑变形的影响。1990年, C Lough6对深基坑开挖引致的变形进行了较全面的研究, 他将深基坑变形分为两种: 一种是基坑开挖和支撑的基本过程引起的变形; 另一种则是由于相关的施工活动如墙体的施工、基础的施工或支撑的拆除等引起的变形。他认为只考虑引起变形的主要原因, 就能将变形的预测限制在较合理的范围内。2001年, Long7根据大量基坑工程的墙体变形和土体变形的实测资料, 讨论了开挖深度、支撑系统刚度、坑底抗隆起稳定系数等对基坑变形的影响。2 2）国内研究国内研究进展进展改革开放之前，我国的深基坑研究不多，该时期我国的深基坑工程深度都不大，一般没有超过 4m,少量的深基坑工程就是北京地铁东站，但都采用了放坡开挖的施工方式。改革开放后，我国经济发展迅速，高层和超高层建筑以及大型地下设施大量涌现，开挖深度大于 20m 的基坑工程随处可见，且基坑工程越来越呈现出开挖深，面积大，地质条件差，周边环境复杂等特点。经过 20 多年的发展, 取得了丰硕的成果, 发表了大量的相关著作文献, 特别是在信息化施工和基坑的时空效应规律研究方面达到了较高水平。曾国熙8 (1988)、应宏伟9(1997)等比较不同支撑、挡墙刚度、开挖方式和土的力学性质等对土体沉降的影响, 分析了支护结构、基坑形状、土体固结等因素对土体沉降的影响。刘建航、侯学渊10-11参考新奥法隧道施工面时空效应理论和上海大量软土基坑实践提出了时空效应法, 即计算和控制基坑结构变形及基坑周边土层位移的方法, 在工程实践中取得了显著的技术经济效果。刘建航12认为分层、分步、对称、平衡、限时应作为软土地区基坑开挖的总体方针。吴兴龙、朱碧堂13(1999)指出在基坑设计中充分考虑时空效应, 随挖随支, 约束土体变形产生, 可以减小土体强度的衰减, 增加支护结构的稳定性和安全性。李云安、葛修润14-15等(2000，2001)探讨了影响基坑变形的状态变量,给出了影响基坑变形的主要因素, 认为围护结构刚度、入土深度、支撑刚度和道数、预应力、土体变形模量这六方面对基坑变形的影响较为显著。侯学渊、杨敏16深入讨论了变形控制设计, 提出变形控制设计的基本思想是, 支护结构在满足强度的前提下, 尚需满足其使用要求, 即基坑在施工过程中既要保证其安全、不失稳, 又要保证其对周围环境不造成破坏性的影响。国内外对于深基坑的支护结构设计提出了许多算法, 较常使用的有极限平衡法、有限元法、估算法、反分析法等。随着工程经验的不断积累，出现了越来越多的各种经验方法，传统的理论计算法，地层损失法17,时空效应法18-19等也能得到较好的预测结果。而由于理论计算法考虑因素少，假设条件与实际情况存在差异，致使有时计算值与实测值出入较大。人们开始将有限元法应用到基坑沉降预测领域中。有限元法能够很好地从整体计算基坑位移和应力情况，对支护结构有很好的模拟结构。有限元模型为深基坑沉降预测找到了一个理想的解决途径，考虑开挖步骤，计算值与实测值误差较小。在认识到基坑开挖的时空效应及理论数值模拟法的不足后，各种系统分析方法开始应用于深基坑沉降预测中。近年来，依据现场监测进行反分析是指技术得到迅速发展，对实际工程的施工实施严密的跟踪监测，并依据监测数据进行信息反馈，随时间调整施工参数加以动态设计，逐渐出现了信息化施工方法。2 2 基坑沉降预测方法研究基坑沉降预测方法研究进展进展由深基坑开挖引起的基坑沉降问题对建筑物造成了诸多不良影响和危害，因此基坑沉降预测是一个很重要的土工问题。科技工作者针对地下工程施工所引起的地表沉降的预测开展了大量研究，采用了很多方法，主要有传统模型预测法及数值分析法、灰色系统、神经网络预测法和时间序列分析法等。1 1）传统模型预测法及数值分析法）传统模型预测法及数值分析法传统的经验类比法，回归分析法的预测模型需要大量的监测数据，且只能用差分方程建立离散随机模型，难以描述系统变化过程的本质和内在规律。数值法虽具有精确性，但是基坑影响因素复杂，物理机制模糊，致使输入给计算模型的参数无法准确测量，甚至有的没有明确的物理意义。若认为输入参数，边界条件，几何方程，平衡方程是基本符合实际的，那么岩体模型的给定本身就带有很大的盲目性。因此，使得有限元法参数给不准，模型给不准。方法实用性减低，难以对岩土工程问题进行准确的数值模拟和可靠的分析结果。因此，有限元分析法主要是用于沉降特性的分析。2 2）灰色系统）灰色系统考虑到基坑沉降是众多复杂因素错综影响的结果，很难确定某一原因或因素在其中所起的确切作用。因此将基坑看做一个系统，采用体现综合因素的现场位移监测数据进行预测比较现实。灰色系统是邓聚龙20教授于 1982 年提出的，引入岩土工程领域以来，在基坑，边坡，大坝等沉降预测中已取得不少成功。灰色理论认为，部分信息已知，部分信息未知的系统为灰色系统。系统的行为现象虽然朦胧，数据杂乱，但一定是有序且具有整体功能的，在其杂乱无章的数据后必然隐藏内在规律。能够通过科学分析处理，找到其隐含规律。这就为基坑沉降预测奠定了理论基础，可建立位移灰色预测动态模型进行未来变形预测。灰色系统方法具有其特定的使用条件：灰色系统建模的前提是数据序列是光 1滑的离散函数，数据关系用一个初等函数表示；灰色系统模型仅描述一个随时间 2按指数规律单调增长或者衰减的过程。张伟丽根据灰色系统原理建立了基坑沉降的 G