一种深大基坑变形内力物理模拟的方法

本发明涉及土木工程领域，属于岩土工程领域，具体来说，涉及到一种深大基坑变形内力物理模拟的方法。

背景技术：

1、基坑支护根据《建筑基坑支护技术规程》jgj 120-2012的定义，是为保护地下主体结构施工和基坑周边环境的安全，对基坑采用的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施。基坑支护，简单来说是对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。基坑在开挖过程中，基坑支护结构将产生相应的内力和位移变化，基坑开挖引起的基坑变形和失稳问题是基坑设计和施工中被高度关注和重视的工程问题。当前形势下，深大基坑越来越多，预测基坑开挖的变形、沉降和应力变化的模拟方法也越来越多，深大基坑在模拟方法上更多的是通过数值模拟进行，无法有效和准确的反应实际工程中支护结构的变形和应力变化规律，因此深大基坑变形内力物理模拟方法就很有必要。

2、物理模拟方法，如果能够在一定比例尺下尽可能的反映深大基坑开挖过程的实际情况，得到的模拟试验结果对深大基坑的实际施工过程具有很强的指导意义。假设采用1：1的实际尺度来进行物理模拟模型试验，将非常准确的反应基坑开挖的变形和内力的实际情况，但是存在诸多问题，诸如需要大型的场地、高昂的费用并且模型无法重复利用等。因此深大基坑变形内力物理模拟的方法，应该是通过相似原理，在可控范围内调整物理模拟模型的参数，来确定最佳的模型尺寸和支护结构材料，物理模拟方法的目的不仅要制造出的能够满足尺寸相似、运动学相似和动力学相似的试验模型，使得原型和模型中的物理量组合和力学基本方程是一致的，还需要根据施工方案来设计模型开挖的过程。在这样的前提下，物理模拟方法也可以获得效果较好的试验结果，进而对深大基坑的开挖过程具有一定的指导意义。物理模拟方法在相似定理下的构建常常受制于现有的测量精度不足。譬如现有微型土压力盒的尺寸精度在1mm，压力测量精度为0.01mpa。无法达到严格相似比的尺寸精度，传感器本身将影响支护结构的刚度；同样的问题也存在模型的位移和沉降测量精度上。因此现有的模拟传统的物理模拟模型试验在一定的相似比下，一般是突出支护结构，在设置时在几何相似上未遵循相似定理，测得的数据精度也无法满足相似比的要求，无法有效准确地反映深大基坑开挖的变形和内力变化规律。针对以上所述问题，暂未有十分行之有效的解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种深大基坑变形内力物理模拟方法，该方法包括：初步设计步骤，根据深大基坑工程设计图纸和施工专项方案，设置深大基坑物理模拟模型，并确定适宜的尺寸相似比λ；模型创建步骤，根据所述的深大基坑工程设计图纸、施工专项方案和尺寸相似比，创建相应尺寸的模型和相应的支护结构构件；相似计算步骤，根据所述的尺寸相似比λ，根据深大基坑工程设计图纸和施工专项方案，设置相应的模拟参数，并根据适宜的尺寸相似比按照相似准则计算，确定应力、应变、时间等比例系数；材料选用步骤，根据所述的相似计算步骤，按照确定的尺寸、应力、应变、时间等比例系数，选用相应的模型材料和光纤监测传感器，其尺寸应与所述创建的模型尺寸相同；模型制造步骤，根据所述的尺寸模型、支护结构构件、相应的模型材料和光纤监测传感器，按照模型创建步骤所述的模型尺寸进行制造；模型模拟步骤，所述的模型制造完成后，根据施工专项方案，开始基坑工程开挖模拟；数据收集步骤，所述的模型开始开挖模拟后，通过光纤监测传感系统，收集位移、应力、应变等信息；数据整理步骤，通过所述的光纤监测传感系统收集到的数据进行整理分析；评价建议步骤，最后通过所述的整理后的数据，对整个深大基坑物理模拟的过程进行归纳评价，对工程开挖做出合理化建议。

2、该方法具有如下有益效果：通过深大基坑工程设计图纸和施工专项方案确定相似比和基坑工程开挖过程。通过严格的相似原理，可以制造出尺寸合理的试验模型并且选择合适的支护构件材料，制造出的试验模型能够满足尺寸相似、运动学相似和动力学相似，使得原型和模型中的物理量组合和力学基本方程是一致的。根据施工专项方案，可以有效的模拟深大基坑的开挖过程。通过分布式光纤传感器监测系统，将监测系统的测量精度提高了最少一个数量级（尺寸精度为um，压力测量精度为0.001mpa），可以克服现有模型试验装置的测量精度不足的缺陷。引入的分布式光纤监测系统可以在模型开挖过程中获得足够满足测量精度的数据，因此能够有效反应深大基坑开挖过程中的变形和内力变化规律。根据收集到的数据进行整理分析，对整个深大基坑物理模拟的过程进行归纳评价，对工程开挖做出合理化建议，对施工过程中可能遇到的相关问题进行有效预测和预防，并评价深大基坑的施工组织设计，为更好的确定施工过程中的重点难点提供参考意见，进一步增加基坑开挖过程中的安全性。

技术特征：

1.一种深大基坑变形内力物理模拟的方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明提供了一种深大基坑变形内力物理模拟的方法，包括：根据深大基坑工程设计图纸和施工专项方案来确定适宜的相似比λ；通过相似比λ获取相应尺寸的模型和相应的支护结构构件材料；按照模型的尺寸和相应的支护结构构件材料制造模型；将具有足够测量精度的分布式光纤监测传感系统按照施工图纸的要求嵌入到制造的模型之中；按照施工专项方案模拟开挖深大基坑，并在此过程中收集分布式光纤监测传感系统的数据；根据收集到的数据进行整理分析，对整个深大基坑物理模拟的过程进行归纳评价，对工程开挖做出合理化建议，进一步增加基坑开挖过程中的安全性。技术研发人员：董平,蔡彤,顾凯,吴咏敬,娄梦函受保护的技术使用者：南京大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29