深基坑支护设计参数的遗传算法反演方法及基坑开挖动态预测研究

论文摘要

深基坑工程问题作为一个复杂的岩土工程问题,其支护过程是一个动态的设计施工过程,而支护型式中的桩锚支护由于施工方便、安全、经济、刚度好、变形小等优点在国内外得到了广泛的应用。针对深基坑支护过程中常涉及许多土层,而且有许多设计参数不能准确确定的情况,论文在许多前辈们工作的基础上将遗传算法应用到深基坑支护结构设计计算参数的反演分析方面,对深基坑支护结构设计多参数的反演分析及基坑开挖动态预测方面的课题做了系列的研究,并且全部研究都在计算机上实现。论文根据目前深基坑支护结构计算采用的有限元法和动态开挖施工的反演需求做了以下多方面的工作:(1)以弹性地基杆系有限元法为理论基础,应用计算机语言FORTRAN语言研制了适用于支护结构设计计算分析的支护结构有限元程序RSBK,可以计算支护结构的内力和位移。(2)应用遗传算法自身的特点和优越性及其基本原理,编制了非线性模型的遗传算法参数反演程序,继而提出了遗传算法对深基坑支护设计计算参数反演的分析流程思路,研制了深基坑支护结构弹性有限元计算的遗传算法多参数反演及动态设计和预测程序GABR,能够同时反演深基坑支护结构土体抗力参数及锚杆或支撑刚度等多个参数,并且达到了理想的效果,最后通过算例验证了程序的可靠性和准确性。(3)应用程序GABR对国内广泛应用的桩锚支护型式基坑进行大量的参数反演分析,针对青岛某基坑的参数反演和计算做了深入探讨,研究了应用遗传算法进行深基坑设计参数反演时各控制参数的合理取值,反演参数的个数及类型的选取技巧和规律,为同类的相关工程提供了重要的参考。(4)提出了基坑工程动态预测实施步骤,应用GABR采用正算反演综合预测法对基坑开挖过程进行动态预报分析,将提出的方法成功应用于青岛市某大型深基坑工程,并对反演方法的可行性进行了进一步的检验,取得了较好的效果。本文研究成果亦可应用于同类有限元模型的其它结构体系中,而且程序在实际工程应用中的分析方法和结果可以供青岛地区类似地质情况的工程借鉴和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 反演理论的发展和研究现状
• 1.2.1 国外反演理论的发展
• 1.2.2 国内反演理论的发展
• 1.2.3 深基坑工程的反演理论研究现状
• 1.3 本文所研究的内容
• 第2章 深基坑支护结构有限元法及程序设计
• 2.1 引言
• 2.2 支护结构弹性有限元的分析步骤
• 2.2.1 支护结构的有限元离散
• 2.2.2 结构整体方程组的形成
• 2.3 深基坑支护结构弹性有限元程序
• 2.3.1 程序的功能
• 2.3.2 有限元程序RSBK的编制流程图
• 2.3.3 有限元程序的内核子程序简介
• 2.4 支护结构弹性有限元程序的算例验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 深基坑支护设计参数的遗传算法反演分析方法及程序实现
• 3.1 引言
• 3.2 遗传算法的操作步骤与原理
• 3.2.1 遗传算法的求解步骤
• 3.2.2 遗传算法的基本原理
• 3.3 非线性模型参数的遗传算法估计原理及程序设计说明
• 3.3.1 非线性模型参数的遗传算法估计原理
• 3.3.2 非线性模型参数的遗传算法估计程序及算例
• 3.4 深基坑工程支护设计参数的遗传算法参数反演
• 3.4.1 遗传算法应用于支护结构有限元设计参数反分析原理
• 3.4.2 深基坑支护结构有限元设计参数的遗传算法反演程序设计
• 3.5 考题验证与结果分析
• 3.5.1 工程地质概况
• 3.5.2 深基坑支护设计参数反演计算
• 3.5.3 反演结果对比分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 深基坑开挖动态反演预测实施步骤及应用
• 4.1 引言
• 4.2 深基坑开挖动态反演分析的基本概念与原理
• 4.2.1 基于有限元与数学规划的位移反分析法
• 4.2.2 建立目标函数
• 4.2.3 支撑刚度的计算
• 4.3 考虑施工动态因素的遗传算法反演预测思路与实施步骤
• 4.4 工程应用实例
• 4.4.1 工程概况
• 4.4.2 环境及工程地质条件
• 4.4.3 基坑设计方案及施工顺序
• 4.4.4 工程监测及监测数据
• 4.4.5 动态反演计算与预测结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文的主要研究工作及结论
• 5.2 对进一步工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研工作
• 致谢