本發(fā)明涉及基坑結(jié)構(gòu)，具體涉及一種基坑支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、基坑開挖作為城市地下空間工程開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，其施工過程通常具有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測和優(yōu)化設(shè)計(jì)，是保證深基坑施工安全和工程質(zhì)量的關(guān)鍵，并且施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，包括但不限于土質(zhì)類型、地下水位變化、地質(zhì)構(gòu)造等，這些因素都會(huì)給支護(hù)設(shè)計(jì)帶來不確定性。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中往往缺乏對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的有效評(píng)估，如滑坡、坍塌等，這可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)的安全性不足。施工過程中缺乏有效的動(dòng)態(tài)監(jiān)測手段，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題并做出響應(yīng)。該基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能夠有效解決從地質(zhì)環(huán)境調(diào)研到施工全過程中的各種問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、一種基坑支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟；

2、s1.地質(zhì)與環(huán)境調(diào)研：收集現(xiàn)場的地形地貌、土體黏聚力、摩擦角、地質(zhì)構(gòu)造、土壤性質(zhì)、地下水位基礎(chǔ)資料，考慮基坑開挖對(duì)周圍建筑物、道路、管線基礎(chǔ)設(shè)施的影響；

3、s2.風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：分析潛在的滑坡、坍塌、地下水位變化風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估施工期間遇到的技術(shù)難題和安全問題，制定針對(duì)各種可能風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施；

4、s3.設(shè)計(jì)概念與初步方案：支護(hù)體系選擇：根據(jù)地質(zhì)條件和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，確定采用何種支護(hù)結(jié)構(gòu)（如鋼板樁、地下連續(xù)墻、土釘墻、錨索等），初步尺寸估算，基于經(jīng)驗(yàn)公式，初步確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的尺寸和材料；

5、s4.數(shù)值分析與優(yōu)化:使用有限元分析軟件建立基坑及周邊環(huán)境的三維模型，邊界條件設(shè)定：定義地層屬性、支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、施工過程，多方案比較：模擬不同支護(hù)方案在不同施工階段的表現(xiàn)，對(duì)比安全性、經(jīng)濟(jì)性和效率；

6、s5.實(shí)時(shí)監(jiān)測與反饋：在施工過程中安裝監(jiān)測設(shè)備：測斜儀、應(yīng)力計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測基坑的位移和應(yīng)力變化，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立基坑預(yù)測模型，并整合得到公式，其中，為基坑質(zhì)量的預(yù)測結(jié)果，表示累積沉降量，表示水位值，f為外部所受作用力，k是通過實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬得到的綜合剛度值，它包含了土體性質(zhì)、支撐結(jié)構(gòu)因素的影響，并根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，必要時(shí)進(jìn)行加固措施；

7、s6.施工規(guī)劃與管理：施工順序規(guī)劃，制定合理的施工流程，減少對(duì)周圍環(huán)境和居民的影響，安裝監(jiān)測設(shè)備，定期檢查支護(hù)結(jié)構(gòu)的性能和周圍環(huán)境的變化，監(jiān)測施工過程符合設(shè)計(jì)要求和安全標(biāo)準(zhǔn)；

8、s7.后期評(píng)估與反饋：對(duì)支護(hù)系統(tǒng)的最終表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估，記錄任何異常情況根據(jù)項(xiàng)目反饋，更新設(shè)計(jì)流程和施工方法，提升整體工程質(zhì)量和效率。

9、進(jìn)一步的，一種基坑支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，

10、步驟s4中使用有限元分析軟件建立基坑及周邊環(huán)境的三維模型，邊界條件設(shè)定：定義地層屬性、支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、施工過程，具體步驟如下：

11、s41.建立幾何模型：獲取基坑的設(shè)計(jì)圖紙、地質(zhì)勘察報(bào)告、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息，根據(jù)基坑的尺寸和形狀在軟件中繪制三維模型，包括基坑開挖范圍、支護(hù)結(jié)構(gòu)以及周圍的土體；

12、s42.定義材料屬性：根據(jù)地質(zhì)報(bào)告輸入不同土層的物理力學(xué)參數(shù)：彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角、黏聚力，輸入混凝土或鋼材的彈性模量、密度、泊松比；

13、s43.設(shè)置邊界條件：為模型的底部和側(cè)面施加適當(dāng)?shù)奈灰萍s束，底部通常固定所有自由度，側(cè)面則只限制水平方向的位移，荷載條件：地面荷載：考慮地表建筑物、交通荷載、地下水壓力：根據(jù)水文地質(zhì)資料確定地下水位，并施加相應(yīng)的水壓力、支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載：模擬支撐結(jié)構(gòu)的安裝過程，逐步施加支撐反力；

14、s44.高精度網(wǎng)格劃分：使用軟件內(nèi)置的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分功能、編寫腳本實(shí)現(xiàn)，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變的梯度自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格密度，在支護(hù)結(jié)構(gòu)附近和應(yīng)力集中區(qū)域使用更細(xì)的網(wǎng)格，而在遠(yuǎn)離這些區(qū)域的地方使用較粗的網(wǎng)格；

15、s45.智能邊界條件：根據(jù)地質(zhì)報(bào)告和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，使用算法自動(dòng)調(diào)整邊界條件，以更好地反映復(fù)雜的地質(zhì)條件和外部荷載的變化，當(dāng)檢測到地下水位上升時(shí)，軟件能夠自動(dòng)更新地下水壓力，考慮氣候變化對(duì)地下水位和土體性質(zhì)的影響，動(dòng)態(tài)調(diào)整邊界條件；

16、s46.施工過程模擬：根據(jù)實(shí)際施工順序，逐步開挖并安裝支護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)置多個(gè)分析步驟來模擬整個(gè)施工過程，在模型中設(shè)置與現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置，以便比較模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)；

17、s47.分析計(jì)算：運(yùn)行模型計(jì)算，軟件將自動(dòng)求解每個(gè)分析步驟下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，查看和分析計(jì)算結(jié)果，使用變形云圖表示計(jì)算結(jié)果；

18、s48.結(jié)果驗(yàn)證與調(diào)整：比較計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，評(píng)估模型的準(zhǔn)確性，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果調(diào)整模型參數(shù)，直到獲得滿意的預(yù)測效果。

19、進(jìn)一步的，一種基坑支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，

20、步驟s5中在施工過程中安裝監(jiān)測設(shè)備：測斜儀、應(yīng)力計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測基坑的位移和應(yīng)力變化，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立基坑預(yù)測模型，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)計(jì)方案的具體步驟如下；

21、s51：數(shù)據(jù)收集：在基坑施工過程中，安裝測斜儀和應(yīng)力計(jì)監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)收集基坑的位移和應(yīng)力變化數(shù)據(jù)；

22、s52：數(shù)據(jù)預(yù)處理：將收集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和整理，去除異常值和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備用于后續(xù)分析，根據(jù)基坑工程的特點(diǎn)，從收集到的數(shù)據(jù)中提取出相關(guān)的特征變量：時(shí)間、位置、深度、土壤類型、支撐結(jié)構(gòu)；

23、s53：模型構(gòu)建：使用支持向量機(jī)建立基坑預(yù)測模型，整合得到公式，其中，為基坑質(zhì)量的預(yù)測結(jié)果，表示累積沉降量，表示最終水位值，f為外部所受作用力，k是通過實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬得到的綜合剛度值，它包含了土體性質(zhì)、支撐結(jié)構(gòu)因素的影響，并根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析；

24、s54：模型訓(xùn)練：利用已有的歷史數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練，不斷調(diào)整模型參數(shù)，使其能夠較好地?cái)M合已有數(shù)據(jù)，使用一部分保留的數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，檢查其預(yù)測能力，當(dāng)新的監(jiān)測數(shù)據(jù)到來時(shí)，將其輸入到模型中，預(yù)測基坑的質(zhì)量變化；

25、s55：結(jié)果分析與調(diào)整：將模型預(yù)測的結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，查看兩者之間的差異，當(dāng)預(yù)測結(jié)果與理論計(jì)算存在較大偏差，表示存在未被充分考慮的因素，此時(shí)需要調(diào)整設(shè)計(jì)方案：改變支撐結(jié)構(gòu)類型、調(diào)整施工順序；

26、s56：更新訓(xùn)練和驗(yàn)證：更新后的設(shè)計(jì)方案會(huì)產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)添加到模型中，重新訓(xùn)練和驗(yàn)證模型，循環(huán)迭代直到模型預(yù)測結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果接近，誤差在可接受范圍內(nèi)；

27、s57：監(jiān)控和維護(hù)：在施工過程中持續(xù)監(jiān)控基坑狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)更新模型，確?；庸こ痰陌踩头€(wěn)定。

28、一種基坑支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所述一種基坑支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)一種基坑支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；所述一種基坑支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括：項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集與處理模塊、設(shè)計(jì)決策支持模塊、數(shù)值模擬與優(yōu)化模塊、監(jiān)測與反饋控制模塊、項(xiàng)目施工管理模塊、后期評(píng)估與反饋模塊；

29、其中項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集與處理模塊：負(fù)責(zé)收集現(xiàn)場的地形地貌、土體物理力學(xué)參數(shù)（如黏聚力、內(nèi)摩擦角）、地質(zhì)構(gòu)造、土壤性質(zhì)、地下水位等基礎(chǔ)資料，評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，分析潛在的滑坡、坍塌、地下水位變化風(fēng)險(xiǎn)；

30、設(shè)計(jì)決策支持模塊：根據(jù)地質(zhì)條件和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型（如鋼板樁、地下連續(xù)墻、土釘墻、錨索），基于經(jīng)驗(yàn)公式，初步確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的尺寸和材料；

31、數(shù)值模擬與優(yōu)化模塊：使用有限元分析軟件建立基坑及其周邊環(huán)境的三維模型，并設(shè)定邊界條件，模擬不同支護(hù)方案在不同施工階段的表現(xiàn)，對(duì)比安全性、經(jīng)濟(jì)性和效率，基于現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整模型參數(shù)，確保設(shè)計(jì)滿足約束條件（如安全系數(shù)、位移限制）；

32、監(jiān)測與反饋控制模塊：安裝測斜儀、應(yīng)力計(jì)等監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測基坑的位移和應(yīng)力變化，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立基坑預(yù)測模型，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)計(jì)方案或采取必要的加固措施；

33、項(xiàng)目施工管理模塊：制定合理的施工流程，以減少對(duì)周圍環(huán)境和居民的影響，安裝監(jiān)測設(shè)備，定期檢查支護(hù)結(jié)構(gòu)的性能和周圍環(huán)境的變化，確保施工過程符合設(shè)計(jì)要求和安全標(biāo)準(zhǔn)；

34、后期評(píng)估與反饋模塊：對(duì)支護(hù)系統(tǒng)的最終表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估，記錄任何異常情況，根據(jù)項(xiàng)目反饋更新設(shè)計(jì)流程和施工方法，提升整體工程質(zhì)量和效率。

35、本發(fā)明的有益效果：通過對(duì)地質(zhì)與環(huán)境的全面調(diào)研和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并采取針對(duì)性的預(yù)防措施，顯著提升基坑支護(hù)的安全水平。數(shù)值分析與優(yōu)化模塊的應(yīng)用使得設(shè)計(jì)方案能夠更加精確地模擬實(shí)際工況，確保設(shè)計(jì)方案的安全系數(shù)和位移限制約束條件得到滿足。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測與反饋，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決施工過程中的問題，避免因突發(fā)事件造成的延誤，提高施工進(jìn)度的可控性。