基于軟土超大基坑開挖擾動位移時效的相關研究

陳 芃

（青海建筑職業(yè)技術學院，青海西寧 810000）

1 軟土超大基坑開挖擾動位移特性分析

1.1 周圍土體形變情況

基于以往的經驗可以了解到，基坑開挖引起的周邊土體位移值大致可分為3個區(qū)間：高概率區(qū)間0～40 mm；低概率區(qū)間40～70 mm；極低概率區(qū)間≥70 mm。各區(qū)間水平位移及沉降位移累計百分比存在差異，如基坑開挖擾動位移（豎向及水平位移）小于40 mm的約占75%，40～70 mm約占10%，大于70 mm的約占14%～17%。從設計計算角度判斷基坑開挖安全性存在較大的技術風險。實際工程中，必須在嚴格精確的設計計算前提下，加強施工過程位移（沉降及水平位移）監(jiān)測，根據監(jiān)測結果建立符合工程實際的管線位移、強度計算方法，科學評價基坑開挖擾動影響的管線安全性。

1.2 土體物理力學參數

在基坑開挖過程中，土體物理力學參數帶來的影響較大，在具體的分析過程中多采用建立力學試驗的方式進行處理。在實際試驗中利用建立的基本模型，搭配設置好的基準條件，對土體結構在不同彈性模量情況下結構出現的水平位移、垂直位移情況進行數據統計，對數據進行修正，得到可靠的計算結果。基于以往的試驗數據可知，在實際應用中各類指標之間存在非線性變化關系，即土體物理力學參數越大，其帶來的土體擾動性也越大，位移影響也越大。

1.3 地下水波動情況

在基坑開挖過程中，地下水波動情況會帶來一定影響，在具體的分析過程中，多采用建立力學試驗進行處理。在實際試驗中，利用建立的基本模型，搭配基準條件，對土體結構在地下水位波動狀態(tài)下土體結構的滲透性、位移變量數據進行整理，對數據進行修正，得到可靠的計算結果。基于以往的試驗數據可知，在實際應用中，地下水位的波動會帶來一定干擾性，但與土體位移之間的關聯性較低，在后續(xù)系統優(yōu)化完善時，可以忽略該內容帶來的擾動性。

1.4 土體流變性特點

在基坑開挖過程中，周圍土體會出現不同程度的位移趨勢，具備一定的時效性。在具體的分析過程中，需要對土體流變性特點進行客觀分析，在具體應用中多采用建立力學試驗的方式進行處理。在實際試驗中，利用建立的基本模型，搭配設置好的基準條件，對土體結構在開挖到不同深度，土體流動性的變化情況進行收集整理，并在分析過程中做好數據修正，得到可靠的計算結果。基于以往的試驗數據可知，隨著基坑開挖深度的增加，土體流變速率逐漸下降，但是累積形變量卻處于逐漸增加的狀態(tài)，具備明顯的時效性特征。

1.5 尺度效應分析

在基坑開挖過程中，還需要做好尺度效應的分析工作，具體的分析內容可以分為基坑深寬比、基坑寬長比兩部分內容。以基坑深寬比為例，在對其進行分析時，采用建立力學試驗的方式進行處理。在實際試驗中，利用基本模型展開試驗數據的統計和計算工作。采集的數據內容是在不同基坑深寬比情況下超大基坑的水平位移和垂直位移量，對采集到的數據進行數據修正，得到可靠的計算結果。基于以往的試驗數據可知，隨著基坑深寬比的增加，土體位移量也處于增加的狀態(tài)，但達到某一數值后，增長量逐漸趨于穩(wěn)定，可為開挖參數的調整提供數據參考。

1.6 圍護結構特性參數

在基坑開挖過程中，還需要做好圍護結構特性參數分析工作，具體的分析內容可以分為地連墻插入比、圍護結構材料彈性模量、圍護結構厚度等。以圍護結構厚度為例，在對其進行分析時，采用建立力學試驗的方式進行處理。采集的數據內容是在不同圍護結構厚度情況下超大基坑的水平位移和垂直位移量，同時需要做好參數修正處理，提升數據分析結果可靠性。基于以往的試驗數據可知，隨著圍護結構厚度的增加，土體位移趨勢逐漸變緩，而最大的位移點在基坑底部，后續(xù)作業(yè)過程中應多加留意。

2 軟土超大基坑開挖擾動位移時效分析

2.1 分層開挖擾動

針對基坑開挖過程擾動位移時效展開分析，分層開挖擾動屬于重要分析內容，在具體應用中多采用建立力學試驗的方式進行處理。在實際試驗中，利用建立的基本模型對土體結構在開分層開挖過程中土地結構水平和垂直位移參數進行分析，做好數據修正處理后，將其繪制成柱狀圖和曲線圖，更直觀地分析時效內容。基于以往的試驗數據可知，隨著分層開挖擾動層數的增多，基坑土體的位移量一直處于累積的狀態(tài)，具備明顯的時效性特征。

2.2 土體蠕變位移

針對基坑開挖過程擾動位移時效展開分析，土體蠕變位移也屬于重要分析內容，在具體應用中同樣需要采用建立力學試驗的方式進行處理。在實際試驗中，利用建立的基本模型對不同土體蠕變位移情況下，土地結構水平和垂直位移參數進行分析，對采集數據進行修正處理后，繪制相應的直觀圖形，提升分析結果的可視化特征。基于以往的試驗數據可知，隨著土體蠕變位移量的增加，基坑土體的位移量也出現了相應變化，變化過程處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，滿足時效分析規(guī)律，能夠提升數據分析結果的使用價值。

2.3 臺階開挖土體位移

針對基坑開挖過程擾動位移時效展開分析，臺階開挖土體位移也屬于重要的分析內容，在具體應用中采用建立力學試驗的方式進行處理。在實際試驗中，對不同臺階開挖土體位移情況下土地結構水平和垂直位移參數進行分析，利用采集數據繪制相應的直觀圖形，提升分析結果的可視化特征。基于以往的試驗數據可知，隨著臺階開挖土體位移量的增加，基坑土體位移量增速逐漸變慢，最后趨向于一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)，累積量處于增長狀態(tài)，鄰近所設置的安全值，過程滿足時效分析規(guī)律，具備一定的時效性。

2.4 基坑開挖方式

對基坑開挖過程擾動位移時效展開分析時，需要考慮到基坑開挖方式帶來的影響，利用力學試驗的方式進行處理。在實際試驗中，對不同基坑開挖方式下土地結構水平和垂直位移參數進行分析，利用采集數據繪制相應的直觀圖形，提升分析結果的可視化特征。基于以往的試驗數據可知，隨著基坑開挖方式的不斷變化，基坑土體位移量的變化情況也存在一定差異。

2.5 系統長時位移

在對基坑開挖過程擾動位移時效展開分析時，需要考慮到系統長時位移帶來的影響，利用力學試驗的方式進行處理。在實際試驗中，對不同系統長時位移量情況下土地結構水平和垂直位移參數進行分析，將完成修正處理的數據繪制成圖，便于直觀性分析工作的進行。

基于以往的試驗數據可知，隨著系統長時位移量的增加，基坑土體位移量也處于增長的狀態(tài)，滿足時效分析要求，增長量會逐漸趨于平穩(wěn)，但是累積量較大，需要在后續(xù)分析中進行客觀分析。

3 擾動位移三維FEM預測分析

3.1 建立有限元模型

根據上述試驗分析結果，在具體的應用過程中，需要做好三維FEM的預測工作，要求在實際處理中按要求完成有限元計算，計算內容包括基坑土體形變參數、圍護結構參數、施工材料參數等。對這些數據信息的影響性進行分析，做好參數之間從屬關系處理，提升分析結果的使用價值和可靠性[1]。利用到BP神經網絡完成監(jiān)測數據的整理，將參數信息帶入有限元模型中，了解基坑具體的形變狀態(tài)，得到可靠的分析數據。

3.2 建立三維FEM模型

根據上述得到的參數信息，可以著手進行三維FEM模型的建立工作，在實際應用中，需要按要求完成正交試驗，并將圍護樁結構的水平位移數值作為可靠的評價標準。在模型計算過程中，還需要對歸屬于不同模塊的參數進行整理，做好權重分配工作，明確模型在實際應用階段的應用情況，提升模型分析結果的可靠性和實用性。將前期的監(jiān)測數據直接導入BP神經網絡，匯總得到可靠的驗證數值，為其他工作的順利進行奠定基礎[2]。

3.3 基坑位移預測分析

在具體的預測分析過程中，需要創(chuàng)建試驗條件，進行多組預測試驗，了解在不同應力值狀態(tài)下基坑位移量的變化情況，討論相互之間的線性關系，根據分析結果進行基坑位移預測，了解存在的潛在問題，及時對問題進行整理，提高分析結果的準確性[3-5]。

基坑變形的動態(tài)預測不借助于有限元模型，通過前期監(jiān)測數據和變形數據訓練神經網絡，神經網絡訓練成功后借助時間窗動態(tài)預測技術。通過持續(xù)獲得的變形數據預測后一階段的沉降值，在施工過程中動態(tài)預測基坑變形情況，達到指導施工的目的[6]。

對基坑開挖前期數據進行整理，固定合適的時間窗格并訓練BP神經網絡。通過訓練好的神經網絡預測基坑變形數據，與實際監(jiān)測數據進行對比，核實計算誤差并調整時間窗格大小直至計算誤差達到容許范圍，得到最優(yōu)神經網絡[7]。通過前期監(jiān)測數據對基坑變形進行實時動態(tài)預測，并將預測數據與最新數據進行對比，不斷更新神經網絡，得到更為準確的預測數據[8]。

4 結語

綜上所述，相比于其他作業(yè)區(qū)域的施工活動，在軟土區(qū)域進行超大基坑開挖作業(yè)面臨著較大的作業(yè)困難，在實際作業(yè)過程中，需要做好土體位移量分析工作，積累可靠的應用數據，為支護方案的優(yōu)化提供必要支持。