桩锚支护深基坑变形的有限元分析与神经网络预测

【摘要】随着我国城市化进程加快,高层、超高层建筑、地铁项目与日俱增,深基坑工程逐渐向超大、超深规模发展,且受到场地复杂、环境敏感等因素影响,在开挖过程不仅要保证其强度和稳定性,更要严格控制支护结构变形。由于深基坑支护工程具有不确定性及区域性特点,该领域尚有许多问题值得研究。本文以桩锚支护深基坑变形为研究对象,首先,介绍了深基坑复合支护技术及变形研究现状、桩锚支护常规设计方法,研究表明,对于上部桩锚下部土钉墙复合支护结构,更适合采用有限元分析法。其次,以PLAXIS2D有限元软件为开发平台,建立了两种深基坑分步开挖模型：第一种为单一土质中桩锚支护基坑模型,采用灰色关联分析法定性分析基坑变形对地面超载、锚杆预应力、土体刚度模量、桩身嵌固深度等要素的敏感程度；第二种为上部桩锚下部岩层土钉墙的“吊脚桩”支护基坑模型,分析了在不同预留岩肩宽度、锁脚锚索预应力和嵌岩深度下基坑变形规律。然后,应用第二种有限元模型分析了广州某“吊脚桩”桩锚支护超深基坑变形情况。最后,将神经网络方法引入基坑变形预测中,直接用基坑位移监测数据为样本,应用BP神经网络原理,建立了基坑变形的神经网络预测模型。在此基础上,将基坑变形的有限元法分析结果、神经网络法预测结果和现场实测结果进行了对比。主要研究工作及成果如下：1、应用灰色关联法对第一种计算模型中影响基坑变形主要因素的灵敏性进行了分析。桩身最大水平位移、地表最大沉降和坑底最大隆起量的有限元分析结果显示,对桩身水平位移和地表沉降影响程度最大的是地面超载；对坑底隆起影响程度最大的是锚杆预应力。2、第二种模型的有限元分析得出,桩身变形曲线与第一排预应力锚索的位置密切相关,第一排锚索到桩顶距离为1/3桩长时,桩身呈悬臂状破坏,为控制桩顶位移应使第一层锚索到桩顶距离小于1/4桩长；对控制基坑变形作用最大的是桩的嵌岩深度,且嵌岩深度的作用也是有限的,超过一定范围后,其控制作用将不明显,而锁脚锚索预应力与岩肩宽度则影响较小。3、基坑变形的BP神经网络模型预测结果表明,采用不同模型训练函数(trainbr、trainlm、trainscg、trainbfg)时预测效果不同,针对本文的问题采用trainlm函数效果最佳。4、对比有限元法和BP神经网络法的基坑变形计算结果,分析表明两种方法都较好地模拟出了该基坑变形的规律,BP网络计算速度和预测精度高于有限元法,且建模简便；但是BP神经网络的基坑变形预测方法是直接利用实测数据建模,不能清晰表达变形机理,所以不可能取代有限元法。
【作者】王颖；
【导师】刘勇健；
【作者基本信息】广东工业大学，岩土工程，2014，硕士
【关键词】基坑工程；桩锚支护；变形控制；有限元分析；BP网络；时间序列法；

【参考文献】
[1]王孟强.随机非自治Gilpin-Ayala竞争模型的性质及数值模拟[D].华中科技大学,概率论与数理统计,2013,硕士.
[2]王辉.农户信用评价指标体系设计[D].吉林大学,金融,2014,硕士.
[3]魏星.我国国际保理业务存在的问题及对策建议[D].西南财经大学,工商管理,2003,硕士.
[4]张晓旭.两种基因型甜菜氮素高效利用差异的研究[D].东北农业大学,农业推广（专业学位）,2013,硕士.
[5]李峻.我国金融监管组织结构研究[D].湘潭大学,区域经济学,2003,硕士.
[6]杨春香.高速公路项目在投标阶段和标后的成本管理[D].华侨大学,项目管理（专业学位）,2013,硕士.
[7]王殿文.乡村基督教的本土化研究[D].吉林大学,人类学,2013,硕士.
[8]王奎林.铁路货物门到门运输相关问题研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2014,硕士.
[9]李福荣.分水岭脑梗死部位与颈内动脉、大脑中动脉病变的关系[D].大连医科大学,神经病学,2012,硕士.
[10]童兴,陈珊珊,奚建春.电信企业中商务智能的研究与应用[J].天津通信技术,2003,04:9-13.
[11]景淼.多孔介质热循环熔炼炉阻力及混合特性研究[D].浙江大学,能源环境工程,2013,硕士.
[12]姚万媛.论我国罢免制度的完善[D].湖北大学,宪法与行政法学,2011,硕士.
[13]史航.高校办公自动化系统设计与开发[D].南京理工大学,计算机技术,2011,硕士.
[14]薛彦燕.高强高导镁碲铜合金强化工艺的研究[D].大连理工大学,材料加工工程,2013,硕士.
[15]韩晓霞.混沌与支持向量机结合的多相催化建模与优化研究[D].太原理工大学,2010.
[16]包佳蕊,梁荣华,吴福理,黄鲜萍,蒋莉,陈矛.3维颅骨表面模型的复杂孔洞修补[J].中国图象图形学报,2013,09:1156-1163.
[17]李雪松.A公司降低设备故障的案例研究[D].吉林大学,工业工程,2014,硕士.
[18]沈丽菁,毛俊,张庆,赵修旻.与输变电生产管理集成的电力光缆资源管理系统设计[J].电力系统自动化,2010,17:93-96.
[19]齐乐.包商银行存货质押风险控制研究[D].内蒙古大学,工商管理,2013,硕士.
[20]熊翥.我国物探技术的进步及展望[J].石油地球物理勘探,2003,03:334-337+340.
[21]徐智伟.高强钢矩形截面管弯曲成形研究[D].哈尔滨工业大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[22]蒋建华.论民事执行难的原因与对策[D].湖南师范大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[23]马擎.城市群内中等城市对外客运通道系统配置分析[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2014,硕士.
[24]王忠杰.辽宁省中学体育课程资源的现状调查与对策研究[D].辽宁师范大学,体育教育训练学,2011,硕士.
[25]藏明君,张树有,郏维强,徐敬华.基于领地行为的多目标粒子群算法及在板翅换热器设计中的应用[J].计算机集成制造系统,2015,01:76-87.
[26]李竞艳.明代中后期社会文化探析[D].河南大学,中国古代史,2004,硕士.
[27]周小蓉.小型自动称重式蒸散仪的研制[D].中国农业大学,气象学,2004,硕士.
[28]邢贺.GaN基LED表面维纳结构的偏振出光[D].苏州大学,光学工程,2014,硕士.
[29]金渊.单相多电平光伏并网逆变器研究[D].北京交通大学,2014.
[30]张辛.吉尔“理解公式”观照下IBM CSC银川项目小型商务会谈交替传译实践报告[D].宁夏大学,翻译（专业学位）,2014,硕士.
[31]魏丽娜.国内商业银行客户经理幸福感知与工作绩效的关系研究[D].天津财经大学,企业管理,2012,硕士.
[32]杨燚.miR-128-2骨髓嵌合和转基因小鼠模型的建立及其免疫表型分析[D].苏州大学,免疫学,2013,硕士.
[33]周妍.企业反向收购上市的动因和绩效研究[D].南京理工大学,会计学,2013,硕士.
[34]李丽萍.我国证券公司营销战略研究[D].湖南大学,金融学,2003,硕士.
[35]胡君谊.金融脱媒及其对我国商业银行的影响研究[D].西北大学,国民经济学,2014,硕士.
[36]陈耿,朱玉全,孙志挥.一种基于异常检测的关联模式挖掘模型[J].计算机工程与应用,2004,12:158-159+198.
[37]王競.大肠杆菌中扩增mgtA基因的研究[D].重庆大学,化学工程（专业学位）,2014,硕士.
[38]倪美萍.顶空富集方法在检测药物挥发性组分中的理论研究及应用[D].河北医科大学,药物分析学,2013,硕士.
[39]王雪飞.关于液压桩锤打桩机理与控制的研究[D].东北石油大学,安全技术及工程,2013,硕士.
[40]李晋民,王振科.变压器自适应相间后备保护[J].电力系统自动化,2015,10:163-167.
[41]张良,邬小撑.发展中淘汰:高校博士研究生淘汰制的构想[J].学位与研究生教育,2014,01:59-61.
[42]郑飞杰.基于模糊PID的2自由度门式起重机器人轨迹跟踪控制研究[D].华侨大学,机械工程,2013,硕士.
[43]赵醍.水稻插秧机液压机械无级变速器控制策略研究[D].吉林大学,机械电子工程,2013,硕士.
[44]张贤达.求非完全描述状态表最小闭覆盖的图解法[J].自动化学报,1981,02:115-121.
[45]陈淑燕.两汉民间慈善事业研究[D].山东师范大学,专门史,2013,硕士.
[46]苗炬.基于RUP的软件需求分析[J].计算机与网络.2003(05)
[47]刘超.FANCD2在结直肠癌中的表达及其与预后的关系[D].广州医科大学,内科学,2014,硕士.
[48]王静玉.汲取儒家文化精华，构建中国特色企业文化[D].河北经贸大学,思想政治教育,2013,硕士.
[49]徐腾飞.印尼贯穿流在热带印太气候季节到年际变化中的作用[D].中国科学院研究生院（海洋研究所）,物理海洋学,2014,博士.
[50]邵平,许首芳,张佳凤,孙培龙.木糖醇对无糖梅片加工物性及感官品质的影响[J].中国食品学报,2013,11:83-89.