朱偉鑫,孫前林,呂 樂,王旭東

(1.南京工業(yè)大學(xué) 巖土工程研究所,江蘇 南京 211800;2.中建八局 第三建設(shè)有限公司,江蘇 南京 210046)

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移是評價(jià)基坑設(shè)計(jì)合理性和基坑工程安全性的重要指標(biāo),地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)(m,即水平抗力比例系數(shù))直接影響基坑工程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移。由于地基土水平抗力比例系數(shù)影響因素眾多,合理取用地基土水平抗力比例系數(shù)已成為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形計(jì)算的難題。

地基土水平抗力比例系數(shù)取值的主要方法有單樁水平荷載試驗(yàn)法[1]、考慮土類和水平位移的規(guī)范查表法[2-4]、利用土體強(qiáng)度參數(shù)的公式計(jì)算法[5]。由于單樁水平荷載試驗(yàn)中單樁與基坑工程中支護(hù)樁的受力特性和位移模式不同,由單樁水平荷載試驗(yàn)法確定的m值應(yīng)用于基坑工程設(shè)計(jì)時(shí)存在局限性;基于經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的各類規(guī)范查表法,地基土的m值的取值范圍寬泛,同一地基土采用不同規(guī)范得到的m值存在差異;土體強(qiáng)度參數(shù)的公式計(jì)算法雖然體現(xiàn)了土性對m值的影響,但計(jì)算中涉及基坑底面處支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移量的經(jīng)驗(yàn)值,給m值帶來不確定性,易造成基坑工程設(shè)計(jì)的不安全。

文獻(xiàn)[6-8]研究表明,利用支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移實(shí)測數(shù)據(jù)的地基土水平抗力比例系數(shù)反演分析法,真實(shí)反映基坑工程中支護(hù)結(jié)構(gòu)與地基土相互作用特性,是合理獲取地基土水平抗力比例系數(shù)的有效途徑。

反演分析的實(shí)質(zhì)是目標(biāo)函數(shù)的極值和參數(shù)“最優(yōu)值”的求解,高效的優(yōu)化計(jì)算方法是反演分析合理求解的關(guān)鍵。單純形法[6-7]、擬牛頓法[8]、修正Gauss-Newton法[9]等最優(yōu)化方法在地基土水平抗力比例系數(shù)反演分析中得到應(yīng)用,但這些方法也存在計(jì)算穩(wěn)定性不足和計(jì)算收斂慢等局限性[10],尤其是在層狀地基的多參數(shù)反演中更為突出。

仿生算法[11]為多參數(shù)復(fù)雜問題的優(yōu)化求解提供了有效途徑,粒子群算法(PSO)[12]模仿了鳥群以最優(yōu)途徑尋找食物的捕食方式,實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化問題的高效求解。粒子群算法與支持向量回歸機(jī)結(jié)合,在深基坑變形預(yù)測模型的參數(shù)優(yōu)化[13-15]、地基土彈性模量反演[16]中得到了應(yīng)用,提高了基坑水平位移的預(yù)測精度。為了避免粒子群算法易陷入局部極值,引入遺傳算法交叉策略的雜交粒子群算法在含水層導(dǎo)水系數(shù)、貯水系數(shù)和越流因數(shù)的多參數(shù)反分析中得到應(yīng)用[17],驗(yàn)證了雜交粒子群算法求解多參數(shù)優(yōu)化問題的有效性和反演參數(shù)的合理性。文獻(xiàn)[15-17]研究表明,粒子群算法的原理簡單且計(jì)算效率高,適用于多參數(shù)擬合的最優(yōu)化問題求解,可為層狀地基土水平抗力比例系數(shù)反演提供高效的優(yōu)化計(jì)算方法。

為此,基于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)和支護(hù)結(jié)構(gòu)桿系有限元法,以支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移離差平方和為目標(biāo)函數(shù)建立地基土水平抗力比例系數(shù)反演計(jì)算模型,通過引入粒子群優(yōu)化算法,以實(shí)現(xiàn)基坑工程中層狀地基土水平抗力比例系數(shù)的反分析求解。

1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

1.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

現(xiàn)有《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[5]中采用平面桿系彈性支點(diǎn)法作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法,基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖1所示,以彈性地基梁理論為基礎(chǔ),基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)撓曲微分方程可表示為式(1)和(2)。

(1)

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型Fig.1 Calculation model of supporting structure in excavations

(2)

式中:y為支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移,m;z為土層深度,m;EI為支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算寬度范圍內(nèi)的抗彎剛度,kN·m2;m為地基土水平抗力比例系數(shù),kN/m4;h為基坑開挖深度,m;ld為支護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度,m;pak為主動土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,kN/m2;b0為地基土水平抗力的計(jì)算寬度,m;bs為土壓力計(jì)算寬度,m。

對于墻后土壓力模式分布簡單且無錨桿/支撐的基坑工程問題,可由式(1)和(2)支護(hù)結(jié)構(gòu)撓曲微分方程,結(jié)合支護(hù)結(jié)構(gòu)頂、底兩端邊界條件,求得支護(hù)結(jié)構(gòu)撓曲微分方程解析解,計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)位移和內(nèi)力。

1.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)桿系有限元法

對于層狀地基基坑工程,墻后土壓力模式分布復(fù)雜且設(shè)置有錨桿/支撐的基坑工程問題,無法直接求得支護(hù)結(jié)構(gòu)微分方程解析解。為了計(jì)算復(fù)雜工況下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移,需要依據(jù)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和支護(hù)結(jié)構(gòu)撓曲微分方程,建立考慮基坑開挖和支撐施工過程的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算方法,計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)位移和內(nèi)力。

將圖1中支護(hù)結(jié)構(gòu)剖分為n個(gè)梁單元,在地基土與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用滿足變形協(xié)調(diào)和靜力平衡條件下,考慮基坑開挖和支撐施工過程的支護(hù)結(jié)構(gòu)桿系有限元整體平衡方程,見式(3)。

(K+KS+KR)y=P+KRy0

(3)

式中:K為支護(hù)結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣;KS為墻前地基土整體剛度矩陣;KR為支撐整體剛度矩陣;P為支護(hù)結(jié)構(gòu)墻后土壓力荷載和預(yù)加支撐軸力組成的整體荷載向量;y為支護(hù)結(jié)構(gòu)整體水平位移向量;y0為支撐設(shè)置前支護(hù)結(jié)構(gòu)整體水平位移向量。

K、KS、KR由單元矩陣集成,相應(yīng)的矩陣系數(shù)計(jì)算方法參見文獻(xiàn)[5,18]。P由單元荷載向量集成,結(jié)點(diǎn)荷載的計(jì)算方法參見文獻(xiàn)[19]。

由于梁單元的結(jié)點(diǎn)自由度為2,土單元的結(jié)點(diǎn)自由度和支撐的結(jié)點(diǎn)自由度皆為1。故K為2(n+1)×2(n+1)階矩陣,而KS和KR為(n+1)×(n+1)階矩陣,因此在形成(K+KS+KR)整體剛度矩陣時(shí),需將KS和KR的矩陣階數(shù)擴(kuò)充一倍,以適應(yīng)支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度矩陣的階數(shù),并將地基剛度和支撐剛度的矩陣系數(shù)疊加到支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度矩陣相應(yīng)位置。

式(3)可建立與施工工況相適應(yīng)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)桿系有限元整體平衡方程,在引入支護(hù)結(jié)構(gòu)邊界條件后,即可求得基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移、轉(zhuǎn)角和內(nèi)力。

2 水平抗力比例系數(shù)的位移反分析法

2.1 位移誤差目標(biāo)函數(shù)

地基土水平抗力比例系數(shù)反演是一個(gè)非線性誤差函數(shù)最小化的優(yōu)化問題,通過尋求地基土水平抗力比例系數(shù)的最優(yōu)解,使得有限元正分析得到的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移計(jì)算值最大限度地接近支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移實(shí)測值。位移誤差目標(biāo)函數(shù)(ΔY)用支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移實(shí)測值和計(jì)算值的離差平方和表示,見式(4)。

(4)

式中:M為測點(diǎn)個(gè)數(shù);yi為第i個(gè)測點(diǎn)的水平位移實(shí)測值,m;yi(ξ)為第i個(gè)測點(diǎn)的水平位移計(jì)算值,m;ξ為基坑開挖面以下地基土的水平抗力比例系數(shù)(m1,m2,…,mi,…,mk),kN/m4;k為基坑開挖面以下土層數(shù)。

當(dāng)位移誤差目標(biāo)函數(shù)取得最小極值時(shí),即得到地基土水平抗力比例系數(shù)的最優(yōu)解。

2.2 水平抗力比例系數(shù)約束條件

為了合理、有效地反演地基土水平抗力比例系數(shù),通過對地基土水平抗力比例系數(shù)輔以適當(dāng)約束條件來保證最優(yōu)解的穩(wěn)定性與唯一性,水平抗力比例系數(shù)的初值選取和約束條件為式(5)。

mi,min≤mi≤mi,maxi=1,2,3,…,k

(5)

式中:mi,min和mi,max為地基土水平抗力比例系數(shù)的上限值和下限值,可根據(jù)地基土性質(zhì)和規(guī)范給定的地基土水平抗力比例系數(shù)的取值范圍確定[2-5]。

由式(4)和(5)構(gòu)建了地基土水平抗力比例系數(shù)反分析計(jì)算模型,計(jì)算模型為多參數(shù)非線性規(guī)劃問題,需要采用最優(yōu)化方法尋找地基土水平抗力比例系數(shù)的最優(yōu)解。

2.3 粒子群算法

高效的最優(yōu)化計(jì)算方法是反分析的關(guān)鍵,粒子群算法等克服了傳統(tǒng)算法的不足,提高了計(jì)算效率,為多參數(shù)優(yōu)化反演分析提供了新的有效途徑。

對于k層地基土的水平抗力比例系數(shù)尋優(yōu)反演問題,粒子群算法假設(shè)在k維空間中有N個(gè)粒子Xi={mi1,mi2,mi3,…,mik}(i=1,2,…,N)組成的粒子群,每一粒子即為層狀地基土的一組水平抗力比例系數(shù)潛在解,通過計(jì)算每一粒子的位移誤差目標(biāo)函數(shù)值,確定粒子的自身歷史最優(yōu)極值與粒子群其余粒子的歷史最優(yōu)極值,并據(jù)此不斷動態(tài)調(diào)整粒子的位置和速度,粒子位置調(diào)整意味著地基土水平抗力比例系數(shù)的變化,粒子速度調(diào)整意味著地基土水平抗力比例系數(shù)變化的大小和方向,從而生成新的粒子群體。通過上述尋優(yōu)機(jī)制,在k維空間中不斷搜索地基土水平抗力比例系數(shù)的最優(yōu)解,直至尋優(yōu)計(jì)算滿足收斂條件。

為了避免粒子群算法陷入局部最優(yōu)解的問題[20],在粒子群算法的基礎(chǔ)上,引入遺傳算法中的交叉策略,對粒子進(jìn)行隨機(jī)雜交,通過優(yōu)化粒子位置和速度的調(diào)整規(guī)則,形成了雜交粒子群算法[21]。

2.4 粒子群算法收斂條件

為了在地基土水平抗力比例系數(shù)反演計(jì)算中求得最優(yōu)解,基于粒子群算法的尋優(yōu)計(jì)算采用雙控收斂條件,設(shè)定地基土水平抗力比例系數(shù)和位移誤差目標(biāo)函數(shù)前后兩次計(jì)算值的相對誤差均小于1%。地基土水平抗力比例系數(shù)反演計(jì)算收斂條件可表示為式(6)和式(7)。

(6)

(7)

式中:j為迭代次數(shù)。

在滿足收斂性的基礎(chǔ)上,為了減小反演計(jì)算陷入局部極值的可能性,保證最優(yōu)解的穩(wěn)定性,尋優(yōu)計(jì)算必須在連續(xù)滿足收斂條件10次后結(jié)束。

2.5 水平抗力比例系數(shù)反演計(jì)算步驟

地基土水平抗力比例系數(shù)反演是利用粒子群算法實(shí)現(xiàn)位移誤差目標(biāo)函數(shù)最小極限值的尋優(yōu)計(jì)算,具體步驟如下:

1)利用規(guī)范[5]給定的水平抗力比例系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值范圍,結(jié)合土性給定地基土水平抗力比例系數(shù)的初值,利用支護(hù)結(jié)構(gòu)桿系有限元法計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移。

2)依據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移計(jì)算值和實(shí)測值,由式(4)建立位移誤差目標(biāo)函數(shù)。

3)利用粒子群算法的尋優(yōu)機(jī)制,逐次調(diào)整地基土水平抗力比例系數(shù),使地基土水平抗力比例系數(shù)和位移誤差目標(biāo)函數(shù)同時(shí)滿足收斂條件和穩(wěn)定條件,相應(yīng)的地基土水平抗力比例系數(shù)即為最優(yōu)解。

3 方法驗(yàn)證和工程應(yīng)用

3.1 水平抗力比例系數(shù)反演的粒子群算法驗(yàn)證

為了驗(yàn)證粒子群算法在地基土水平抗力比例系數(shù)反演中的計(jì)算效率和參數(shù)反演值的準(zhǔn)確性,利用如圖2所示的基坑工程算例[22],開展地基土水平抗力比例系數(shù)的反分析。

γ—土的重度;c—土的黏聚力;φ—土的內(nèi)摩擦角圖2 地基土分布和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)[22](m)Fig.2 Foundation soil distribution and supporting structure in excavations[22](m)

基坑開挖深度為12.0 m,支護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁,樁長為25.0 m,樁徑1 200 mm,樁間距1 300 mm。在-2.2和-8.0 m處設(shè)置兩道混凝土支撐,支撐截面分別為800 mm×1 000 mm和800 mm×800 mm,支撐間距分別為8.0 m和16.0 m,支撐長度為61.0 m。鉆孔灌注樁和支撐的混凝土等級為C25,地面超載為25 kPa。粒子群算法和雜交粒子群算法的計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 粒子群算法和雜交粒子群算法的計(jì)算參數(shù)

基坑底面以下的④淤泥質(zhì)黏土、⑤粉質(zhì)黏土和⑥粉質(zhì)黏土的水平抗力比例系數(shù)分別取1 000、2 000和14 000 kN/m4。

首先,將支護(hù)樁剖分為100個(gè)梁單元,建立基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)桿系有限元整體平衡方程,計(jì)算基坑開挖深度12.0 m工況下支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移;其次,將有限元正分析得到的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移作為位移目標(biāo)函數(shù)中的水平位移實(shí)測值,建立位移誤差目標(biāo)函數(shù);最后,利用粒子群算法和雜交粒子群算法實(shí)現(xiàn)地基土水平抗力比例系數(shù)反演計(jì)算模型的求解,獲得地基土水平抗力比例系數(shù)反演值。

圖3為層狀地基土m和ΔY的收斂過程。由圖3可知:m和ΔY均隨粒子迭代次數(shù)的增加而逐漸收斂,但收斂過程中m呈現(xiàn)一定的起伏變化,ΔY呈現(xiàn)階梯狀減小。

分析收斂過程發(fā)現(xiàn),當(dāng)m和ΔY滿足收斂性時(shí),m并非都收斂于給定的真值,存在階段性“假穩(wěn)定”現(xiàn)象。為了防止優(yōu)化計(jì)算出現(xiàn)階段性“假穩(wěn)定”進(jìn)而導(dǎo)致m陷入局部極值,有必要在滿足收斂條件基礎(chǔ)上進(jìn)一步觀察m反演值的穩(wěn)定性。根據(jù)對本算例中m的收斂過程分析,優(yōu)化計(jì)算連續(xù)10次滿足收斂條件是保證最優(yōu)解穩(wěn)定性的基本條件。

表2為層狀地基土的m反演值。由表2可知:滿足m穩(wěn)定條件時(shí),粒子群算法和雜交粒子群算法的迭代次數(shù)分別為52次和35次,m反演值的最大相對誤差分別為4.75%和1.74%?？傮w上,2種最優(yōu)化方法在m的反演分析中都具有較好的適用性,但雜交粒子群算法具有更高的計(jì)算效率和計(jì)算精度。

3.2 工程應(yīng)用

文獻(xiàn)[6]中的基坑工程開挖深度為10.0 m,采用φ800@1 000的鉆孔灌注樁作為擋土結(jié)構(gòu),樁長為18.0 m,樁頂位于地表下1.5 m處,設(shè)置一道600 mm×700 mm鋼筋混凝土內(nèi)支撐?；娱_挖分兩階段施工:基坑開挖至-4.0 m;設(shè)置鋼筋混凝土支撐并繼續(xù)開挖到-10.0 m?；娱_挖過程中對支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測,已測得基坑開挖至-4.0和-10.0 m時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的監(jiān)測數(shù)據(jù)。地基土分布和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖4。粒子群算法和雜交粒子群算法的計(jì)算參數(shù)見表1。

圖4 地基土分布和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)[6](m)Fig.4 Foundation soil distribution and supporting structure in excavations[6](m)

將支護(hù)樁均勻劃分為72個(gè)梁單元。m初始值均取1 000 kN/m4,然后用支護(hù)結(jié)構(gòu)桿系有限元計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移,結(jié)合基坑開挖至-4.0 m時(shí)測得的支護(hù)樁水平位移建立ΔY,最后用粒子群算法和雜交粒子群算法對基坑底面下m進(jìn)行反演計(jì)算。在此基礎(chǔ)上,利用m反演值對基坑開挖至-10.0 m時(shí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移進(jìn)行預(yù)測,并與水平位移實(shí)測值對比,驗(yàn)證水平位移預(yù)測結(jié)果的合理性。

3.2.1 均勻地基土的m反演值

基坑開挖至-4.0 m時(shí),坑底以下、支護(hù)結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)有2#粉質(zhì)黏土、3#淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和4#粉質(zhì)黏土。為了簡化反演計(jì)算,可將基坑開挖面以下三層土視為均勻土層,即將反演問題簡化為在一維空間中尋找m的最優(yōu)解。圖5為基坑開挖至-4.0 m時(shí)均勻地基土的m和ΔY的收斂過程。

圖5 均勻地基土的m和ΔY的收斂過程(基坑開挖至-4.0 m)Fig.5 Convergence process of m and ΔY in uniform foundation soil (excavation to -4.0 m)

由圖5可知:2種最優(yōu)化方法的收斂速度快且穩(wěn)定。均勻地基土的m反演值見表3。由表3可知,滿足收斂要求時(shí)雜交粒子群法的迭代次數(shù)少,ΔY也小,計(jì)算效率更高。以雜交粒子群算法的m反演值為基礎(chǔ),2種優(yōu)化方法之間m值的差異大約為0.45%,2種方法反演得到的均勻地基土m值均在規(guī)范[2-4]參考值的合理取值范圍內(nèi),說明了m反演值的合理性和工程適用性。

表3 均勻地基土的m反演值

與文獻(xiàn)[6]中單純形法相比,m反演值的一致性良好,從迭代次數(shù)的對比可知,粒子群算法和雜交粒子群算法的計(jì)算效率高于傳統(tǒng)的單純形法優(yōu)化算法。

3.2.2 多層地基土的m反演值

m與土的物理力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān),將基坑開挖面下土層作為均勻土層反演計(jì)算m,雖然簡化了計(jì)算過程,但在真實(shí)反映多層地基土的水平抗力特性上不盡合理。為了更好地反映不同土層的水平抗力特性,充分反映實(shí)際土層分布對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)工作性狀的影響,并與實(shí)際土層分布條件下的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移實(shí)測值相匹配,有必要建立多層地基土m的反演計(jì)算模型,在多維空間中搜尋多層地基土m的組合最優(yōu)解。基坑開挖至-4.0 m,多層地基土的m和ΔY的收斂過程如圖6所示,總體來看,2種最優(yōu)化方法的收斂速度較快且穩(wěn)定。

圖6 多層地基土的m和ΔY收斂過程(基坑開挖至-4.0 m)Fig.6 Convergence process of m and ΔY of multi-layered foundation soil (excavation to -4.0 m)

多層地基土的m反演值見表4。由表4可知:2種最優(yōu)化方法得到的m都能較好地反映土性的不同,其m反演值的大小與土的強(qiáng)度參數(shù)相匹配。盡管2種最優(yōu)化方法得到的同一種土的m值存在差異,但都在規(guī)范[2-4]給定參考值的合理取值范圍內(nèi)。由此可見,不同最優(yōu)化方法得到的最優(yōu)解也存在差異,多參數(shù)反演問題存在多解性。依據(jù)目標(biāo)函數(shù)值和收斂迭代次數(shù)判斷,雜交粒子群算法在計(jì)算效率和計(jì)算精度上都具有一定的優(yōu)勢。此外,滿足相同收斂精度要求時(shí),多參數(shù)反演的迭代次數(shù)較單參數(shù)反演迭代次數(shù)有所增加。

表4 多層地基土的m反演值

3.2.3 基于m反演值的基坑變形預(yù)測

利用雜交粒子群算法得到的地基土m反演值和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)桿系有限元模型,分別對基坑開挖至-4.0和-10.0 m時(shí)支護(hù)樁水平位移進(jìn)行計(jì)算分析,計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

圖7 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移Fig.7 Horizontal displacement of supporting structure in excavations

由圖7可知:基坑開挖至-4.0 m時(shí),支護(hù)樁水平位移計(jì)算值與實(shí)測結(jié)果的一致性良好,表明了雜交粒子群算法反演得到的地基土水平抗力比例系數(shù)的準(zhǔn)確性,合理反映了地基土的水平抗力特性。

地基土的m反演值的目的是合理計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移,利用m反演值對基坑開挖至-10.0 m時(shí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移進(jìn)行正分析預(yù)測,水平位移預(yù)測值與實(shí)測值吻合良好,表明了基坑工程中利用前期工況監(jiān)測數(shù)據(jù)反演的地基土m值適用于后續(xù)相鄰施工工況變形預(yù)測,預(yù)測值合理反映了基坑開挖至-10.0 m時(shí)支護(hù)樁的實(shí)際工作性狀,可為基坑工程的信息化施工提供依據(jù)。

由圖7還可知:無論是均勻地基土(單參數(shù))還是多層地基土(三參數(shù)),水平位移計(jì)算值與實(shí)測值之間均具有良好的一致性,說明了2種計(jì)算模型均能較好地反映支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特性。因此,對于土層性質(zhì)差異不大的多層地基,將地基假設(shè)為均勻地基進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移計(jì)算也是合理可行的,既能滿足工程實(shí)踐要求,又簡化了計(jì)算過程、提高了計(jì)算效率。對于土層性質(zhì)差異明顯的多層地基,采用多參數(shù)模型更為合理。

4 結(jié)語

1) 地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)是基坑工程中支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移計(jì)算的重要參數(shù),結(jié)合支護(hù)結(jié)構(gòu)變形實(shí)測值和有限元法,提出了基于粒子群算法的地基土水平抗力比例系數(shù)反演計(jì)算模型,提高了計(jì)算效率,實(shí)現(xiàn)了水平抗力比例系數(shù)的多參數(shù)反演。

2) 提出了基于水平抗力比例系數(shù)和目標(biāo)函數(shù)精度雙控的反演計(jì)算收斂條件,給出了連續(xù)滿足收斂條件次數(shù)的水平抗力比例系數(shù)最優(yōu)解穩(wěn)定條件。由于最優(yōu)解穩(wěn)定條件建立在算例計(jì)算結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)之上,缺乏理論依據(jù),因此其合理性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證和研究。

3) 利用算例驗(yàn)證了水平抗力比例系數(shù)反演計(jì)算模型的正確性和m反演值的準(zhǔn)確性,對比分析表明,引入交叉策略的雜交粒子群算法具有更高的計(jì)算效率和計(jì)算精度,工程實(shí)例分析進(jìn)一步表明了水平抗力比例系數(shù)反演計(jì)算模型的工程適用性和反演結(jié)果的合理性,水平抗力比例系數(shù)反演分析能為基坑工程變形預(yù)測和信息化施工提供支持。