基于Monte Carlo法的深基坑支护结构可靠度研究-论文.pdf

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1、第32卷第1期华东交通大学学报Vo1_32No．12015年2月JournalofEastChinaJiaotongUniversityFeb．，2015文章编号：1005—0523(2015)01—0071—07基于MonteCarlo法的深基坑支护结构可靠度研究万志辉，刘红艳，步艳洁，张旭(辽宁工业大学土木建筑工程学院，辽宁锦州121001)摘要：对某隧道基坑工程的施工监测数据进行了分析，得出了基坑开挖施工过程中，桩一内撑支护结构中桩体的水平位移随开挖深度的变化规律。提出了该种结构可靠度指标并编制了基于MonteCarlo法的深基坑支护结构桩体水平位移可靠度分析程序。对实例工程的四个施

2、工工况分别进行了计算，结果表明：可靠度分析计算结果与实例监测结果一致，符合性好。关键词：深基坑；支护结构；监测数据；MonteCarlo法；可靠度分析中图分类号：TU473．2文献标志码：A基坑工程的设计与施工由传统的以强度控制为主，转向了今天的以变形控制为主，因此，变形控制的设计与施工显得愈加重要n。对于深基坑支护结构来说，桩体水平位移是围护结构的安全状况重要指标，也是设计与施工的变形控制重要指标之一，因此对桩体水平位移必须进行严格的控制。桩体水平位移受众多的不确定性因素影响，可以采用可靠度方法来评价深基坑支护结构的安全性。对于深基坑支护结构的可靠度研究许多学者进行了分析。文章对隧道基坑

3、工程桩一内撑支护结构桩体水平位移现场监测数据进行分析，采用MonteCario法对深基坑支护结构桩体水平位移进行可靠度研究，结合工程实例，考虑土性参数等的随机性和变异性特征，计算各阶段支护结构的可靠度指标，用以分析深基坑支护结构安全稳定性，为深基坑工程的设计与施工提供指导性建议。1桩．内支撑支护结构的MonteCarlo法可靠度理论1．1极限状态方程对于桩一内支撑支护结构，当在基坑开挖面以上未架设内支撑时，支护结构绕桩底端点转动，使其桩顶向基坑内侧产生最大位移；当在基坑开挖面以上架设内支撑时，由于内支撑的作用，围护桩体的变形逐渐转向弓形，最大水平位移发生的部位也逐渐下移。着眼于桩体最大水平

4、位移，对深基坑支护结构进行可靠度分析，据此建立极限状态方程：z=f一一ft1式中：为基坑支护桩体水平位移控制值；f为桩体最大水平位移计算值。．当Z>0时，则深基坑支护系统安全，不会发生破坏；当Z<0时，则深基坑支护系统不安全，会发生破坏；当z=0时，则表现为桩体水平位移计算值达到了桩体水平位移控制值，此时，深基坑系统处于极限平衡状态，此式即为深基坑支护结构桩体水平位移可靠度分析的极限状态方程。1．2可靠度指标计算与选取MonteCarlo法确定可靠度指标IB值的基本步骤如下。收稿日期：2014—10—07作者简介：万志辉(1990一)，男，硕士研究生，研究方向为深基坑工程设计理论与施工技术

5、；刘红艳(1966一)，女，教授，博士，研究方向为深基坑工程设计理论与施工技术。72华东交通大学学报1)将工程中的，c，咖等值产生(0，1)区间的均匀分布随机数序列frf}，在此基础上，通过反函数法将随机数序列{rf}转化为相对应的7，C，正态分布的随机数，则X=F～r)，即转化为给定分布的随机变量，，⋯，。2)设定总模拟次数Ⅳ。只需模拟次数足够大，就可以得到相当精度的结果，一般模拟次数在5000～10000次能满足精度要求，为了得到较高的模拟精度，采取总模拟次数N=10000次。3)将产生的随机变量代入功能函数中Z=g(x，，X，⋯，)进行计算，得到Z<0的次数为￡，则工程结构的失效概率

6、与可靠度指标可由下式算得：P，=P(Z<0)=P(g(X。，X，⋯，X)<0)=L／N(2)当随机变量为正态分布时，可由卢=一咖(P)求解相应的可靠度指标。目前，在岩土工程中目标可靠度取值尚未给出明确的规定。文献E8，9]中提出在地基承载力与地基变形可靠度计算时，目标可靠度指标分别取0．95，0．85；在深基坑支护结构抗倾覆破坏稳定可靠度计算时，目标可靠度指标取1．5；在桩锚支护结构稳定性分析计算中，基坑的安全等级为一、二级时，目标可靠度指标分别取2．5，2．0。考虑到深基坑支护工程受众多的不确定性因素影响，为了满足基坑支护结构的可靠性并考虑在基坑工程的经济性，深基坑支护结构的目标可靠度指

7、标取2．0，相应的失效概率P为2．28％。1．3可靠度指标计算程序采用Matlab语言编程，将上述MonteCarlo法计算可靠度指标的基本步骤编制成计算机程序(例如正态分布的随机数编制程序：=normrand(Mu，Sigma，m，n)产生服从Ⅳ，)分布的m行n列随机数组)，得到桩一内支撑支护结构桩体水平位移的可靠度分析计算程序，以其求失效概率P，及相应的可靠度指标，将得到的可靠度指标与目标可靠度指标进行比较，进而评价