深大基坑自动化监测分析系统与深大基坑稳定性分析方法与流程

本发明属于建筑工程施工，具体涉及一种深大基坑自动化监测分析系统与深大基坑稳定性分析方法。

背景技术：

1、软弱富水地质条件下城市深大基坑的安全性是最为复杂的系统工程之一，其施工期车辆荷载对基坑安全性的影响一直岩土力学与工程领域关注的难点和热点，国内外众多学者采用现场调查、数值模拟、反分析和反演等方法对软弱富水地质条件下城市深大基坑安全性问题进行了研究。

2、软弱富水地质条件下城市深大基坑的施工是一个动态的、高度非线性变化的系统工程，开挖过程中基坑在宏观大变形乃至失稳破坏现象发生之前已经存在不同程度的渐进损伤变化。在软弱富水条件下，基坑含水率高，在车辆荷载作用下容易出现不均匀沉降，极易造成基坑坍塌。由于软弱富水对外部荷载变化更为敏感，需要24小时监测。因此，揭示和识别施工期最大允许车辆荷载对于开挖过程的基坑稳定和建设安全具有重要意义。前面提到的研究手段虽然为软弱富水地质条件下城市深大基坑安全稳定的分析评价提供了诸多极具价值的成果和参考，但是难以准确实时连续地反映施工动态下的基坑变形的渐进变化过程。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决软弱富水条件下深大基坑稳定性受车辆荷载影响，最大荷载允许量难以确定的问题，提供一种深大基坑自动化监测分析系统与深大基坑稳定性分析方法。

2、本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种深大基坑自动化监测分析系统，包括布置在基坑内部的信号接收单元，信号接收单元包括若干组阵列布置的位移传感器；

4、位移传感器的三维空间阵列布置方法如下：

5、首先以目标监测区域为中心，考虑基坑施工条件，空间等距布置若干位移传感器；其次，进行相邻区域的位移传感器拓展，保证位移传感器的空间等距分布特征；最后，对邻近车辆荷载的潜在危险区域进行局部加密布置。

6、信号采集单元与信号接收单元连接，负责采集信号接收单元接收到的信号并传输给信号处理单元，通过光纤传输给信号处理单元；

7、信号采集单元连接到信号处理单元，信号处理单元远程连接于数据下载分析预警单元。

8、优选的是，信号接收单元还包括用于连接位移传感器与信号采集单元的通信电缆，每六个位移传感器为一组，通过通信电缆连接一个信号采集单元。

9、优选的是，信号采集单元包括信号接收器和信号采集器。

10、优选的是，信号处理单元包括信号处理器和无线发射器，负责对信号采集单元采集的信号进行处理，并通过传输媒介将处理结果传送至数据下载分析预警单元。数据下载分析预警单元包括变形分析中心和变形预警中心。

11、传输媒介包括数据上载单元和网络通讯协议，数据上载单元利用移动通信上载技术，将数据处理和协议封装后传送至移动通信基站网络。

12、网络通讯协议基于网络通信协议（tcp/ip协议），对监测点的变形数据和处理结果进行远程无线传输，实现对多监测点数据的储存、分析、预警和监测系统的远程管理。

13、本发明还提供一种深大基坑稳定性分析方法，包括如下步骤：

14、s1.安装深大基坑自动化监测分析系统；

15、s2.综合城市深大基坑地质条件、目标区域和传感器性能，进行位移传感器的三维空间阵列布设，形成目标监测区域的阵列网络；并进行深大基坑自动化监测分析系统的精度控制及有效性验证；

16、s3.构建车辆荷载作用下基坑的有限元数值模型；

17、s4.对比不同车辆荷载作用下的基坑监测点位移值，确定结构面的安全距离。

18、优选的是，步骤s2中还包括采用定点敲击试验，判断传感器的灵敏性；采用定点爆破试验计算定位误差和定位精度，使系统精度满足工程要求，验证自动化监测系统的有效性。敲击试验是指对位移加速度传感器布置点附近岩土体分别进行多次强度不同的锤击，比较系统采集的波形特征与锤击强度是否一致，从而判断位移传感器安装的灵敏性。

19、优选的是，步骤s3中依据深大基坑自动化监测分析系统的勘测数据建立有限元数值模型。

20、优选的是，有限元数值模型尺寸与实际尺寸保持一致，边界荷载根据现场地应力试验结果、地应力回归计算结果和理论计算自重应力结果取值；对有限元数值模型施加应力边界条件，再进行模型土体开挖，每一步保持边界荷载条件不变，接近于工程实际开挖过程中岩体的卸荷受力状态。

21、优选的是，步骤s4中，车辆荷载采用稳态的正弦荷载来模拟，波的形式为f(t)=p0+psin(ωt)；车辆荷载影响因素包括车速、作用时间和作用距离；通过有限元软件进行不同车速、作用时间与作用距离的车辆荷载作用下基坑支护结构变形的影响研究，确定结构面的安全距离。

22、本发明的有益效果：

23、本发明基于急速和大变形是岩土体工程失稳前兆本质特征的学术思想，通过建立一套开挖和车辆荷载扰动作用下软弱富水地质条件下城市深大基坑变形的自动化监测系统，能够对基坑开挖和车辆荷载作用过程中的微小变形进行三维实时动态监测。首次应用自动化监测技术来“捕捉”因车辆荷载对软弱富水地质条件下城市深大基坑产生的变形，其研究成果能够克服传统变形监测方法难以实时反映基坑开挖和车辆荷载作用下基坑失稳演化过程的局限性，并圈定和识别基坑的等效岩土体参数，进而建立基坑变形的有限元数值模型，研究软弱富水地质条件下城市深大基坑应力分布规律，探究开挖和车辆荷载作用下的基坑最不利位置。将自动化监测结果与数值模拟结果对比，验证模型的准确性，进而开展不同车辆荷载工况情况下基坑的应力分布情况，确定软弱富水地质条件下城市深大基坑安全性的车辆荷载允许值。揭示开挖和车辆荷载扰动条件下软弱富水地质条件下城市深大基坑变形失稳模式与致灾机理。本发明还能够有效减小项目施工对周围环境和当地经济活动的影响，具有重要的社会效益和工程意义。

技术特征：

1.一种深大基坑自动化监测分析系统，其特征在于，包括布置在基坑内部的信号接收单元(1)，所述信号接收单元(1)包括若干组阵列布置的位移传感器(6)；

2.根据权利要求1所述的深大基坑自动化监测分析系统，其特征在于，所述信号接收单元(1)还包括用于连接所述位移传感器(6)与信号采集单元(2)的通信电缆(15)，所述位移传感器(6)每六个为一组，通过所述通信电缆(15)连接一个信号采集单元(2)。

3.根据权利要求1所述的深大基坑自动化监测分析系统，其特征在于，所述信号采集单元(2)包括信号接收器(7)和信号采集器(8)。

4.根据权利要求1所述的深大基坑自动化监测分析系统，其特征在于，所述信号处理单元(3)包括信号处理器(9)和无线发射器(10)，负责对信号采集单元(2)采集的信号进行处理，并通过传输媒介(5)将处理结果传送至数据下载分析预警单元(4)。

5.一种深大基坑稳定性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的深大基坑稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤s2中还包括对所述位移传感器(6)进行敲击试验。

7.根据权利要求5所述的深大基坑稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤s3中依据所述深大基坑自动化监测分析系统的勘测数据建立所述有限元数值模型。

8.根据所述权利要求5或7所述的深大基坑稳定性分析方法，其特征在于，所述有限元数值模型尺寸与实际尺寸保持一致，边界荷载根据现场地应力试验结果、地应力回归计算结果和理论计算自重应力结果取值；对所述有限元数值模型施加应力边界条件，再进行模型土体开挖，每一步保持边界荷载条件不变，接近于工程实际开挖过程中岩体的卸荷受力状态。

9.根据所述权利要求5所述的深大基坑稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤s4中，车辆荷载采用稳态的正弦荷载来模拟，波的形式为f(t)=p0+psin(ωt)；车辆荷载影响因素包括车速、作用时间和作用距离；通过有限元软件进行不同车速、作用时间与作用距离的车辆荷载作用下基坑支护结构变形的影响研究，确定结构面的安全距离。

技术总结
本发明公开一种深大基坑自动化监测分析系统与深大基坑稳定性分析方法，基坑稳定性分析方法的具体步骤包括安装深大基坑自动化监测分析系统，布设传感器，进行深大基坑自动化监测系统精度控制及有效性验证，构建车辆荷载作用下基坑的有限元数值模型，对比不同车辆荷载作用下的基坑监测点位移值。本发明通过建立一套开挖和车辆荷载扰动作用下软弱富水地质条件下城市深大基坑变形的自动化监测系统，结合有限元分析计算荷载。本发明实时监测和分析车辆荷载作用下软弱富水深大基坑的变形，确定最大允许车辆荷载值，评价车辆荷载作用过程中软弱富水深大基坑的安全性，减小项目施工对周围环境和当地经济活动的影响，具有重要的社会效益和工程意义。

技术研发人员：徐宾宾,杨润来,赫文,潘伟,陈小波,钱希坤,孙悦锋,徐文星,赵振环,唐瑜,祖国家,周恒宇,孟新锋
受保护的技术使用者：中交一航局第三工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19