一种地面建筑与地下结构作用关系测定方法

摘要

本发明属于建筑安全状态检测技术领域，涉及一种地面建筑与地下结构作用关系测定方法，基于ArcGIS软件平台进行测定，包括图形放大、缩小、平移；图形和属性数据相互查询并在同一界面共同显示；分析评价结果以图、表和文档等形式显示；爆破振动安全评价；地表变形静态和动态计算；地面建筑自重压力圈计算；地面建筑物损伤评价；地下结构损伤评价；矢量数据栅格化和栅格数据矢量化，常用数值模拟软件接口扩展；其测定原理可靠，测定工艺步骤简单，测定精确度高，测定技术设备先进，稳定性好，可以广泛用于各种地面建筑与地下结构的安全作用关系测定与预警。

主权项

一种地面建筑与地下结构作用关系测定方法，其特征在于其测定工艺包括数据库构建、地下结构建设对地面建筑作用评价和地面建筑建设对地下结构作用评价三个步骤：(1)数据库构建：构建的数据库包括基础数据库和分析评价数据库两部分，基础数据库包括图形数据库和属性数据库，其中，图形数据库用于存储地形图、规划图、地质图、钻孔图、地面建筑分布图、地下结构分布图；属性数据库包括地面建筑物信息、地下结构信息和地质信息；分析评价数据库包括评价标准数据库和评价结果数据库，其中，评价标准数据库包括爆破振动相关标准和评价指标、地表变形相关标准和评价指标、地面建筑物损伤评价标准和评价指标、地下结构安全评估评价标准和评价指标；评价结果数据库用于存储分析评价结果，经过拓展形成图形和属性数据库无缝融合的空间数据库，便于为下一步评价提供中间过程结果，或者为今后查阅提供依据，根据相应的国家规范整理后存储到数据库中，同时根据工程现场经验、理论研究、数值试验和相似材料试验的手段获得相关研究成果，对数据库中评价标准和评价指标进行丰富和完善；(2)地下结构建设对地面建筑作用评价，包括爆破振动安全评价、地表变形预计、地面建筑自重压力圈计算和地面建筑物损伤评价；爆破振动安全评价对已知爆心到测点距离进行最大药量计算、已知最大药量计算爆破振动的安全距离、爆破振动强度、地面结构的内力、位移响应值和地面建筑物受爆破振动影响的综合评价，并通过建立计算模型，把计算结果存储到评价数据库中；地表变形预计进行地表变形静态和动态预计，采用改进的PECK公式和随机介质理论公式进行地表变形静态预测；采用自主研发的分形插值计算方法计算地表变形动态过程中的变形值，并把相对应的图形和计算结果存储到评价结果数据库；地面建筑物损伤评价分别对混凝土结构和砌体结构的结构形式的建筑物现场勘查结果进行损伤评价，通过建立数值模型，利用自主研发的建筑物损伤预测计算模型，对地下结构建设引起的对地面建筑物损伤进行综合评价，并把评价结果存储到评价据库中；其中改进的PECK公式为：$S\left(x\right)=\frac{V_l·A_{\Omega }}{\sqrt{2\pi }i}\exp (-\frac{x^2}{{2i}^2})$其中，x是从隧道中心线对应的地面点到所计算点的水平距离，V_l为地层损失率，A_Ω位开挖断面的面积，i为沉降槽宽度；随机介质理论公式为：设定开挖横断面区域Ω变形后成为ω，对这种预定义的塌陷形式将单元开挖引起的地表下沉在塌陷面积上进行积分，就可获得该情况下隧道上覆地层的位移$S\left(x\right)=S_{\Omega }\left(x\right)-S_{\omega }\left(x\right)=\underset{\Omega -\omega }{\int \int }\frac{\tan \beta }{\eta }\exp [-\frac{\pi {\tan }^2\beta }{{\eta }^2}{(x-\xi )}^2]\mathrm{d\xi d\eta }$式中：β为隧道上部地层的主要影响角；自主研发的地表沉降分形插值计算方法为：a.用容量维计算下沉曲线分形维数r为容量尺度；b.计算得到盒覆盖的回归方程ln[N(r)]＝Dln(1/r)+b；c.计算ln[N(r)]和ln(1/r)离散点的相关系数；d.利用分形进行差值$f\left(x\right)=\frac{c_n}{a_n}(x-e_n)+d_{n}f\left(\frac{X-e_n}{a_n}\right)+h_n,x\in [x_{n-1},x_n]$并计算相对误差σ＝|(g‑f)/g|，式中$a_n=\frac{x_n-x_{n-1}}{x_N-x_0},e_n=\frac{x_N{x}_{n-1}-x_0{x}_n}{x_N-x_0},$$c_n=-\frac{(y_n-y_{n-1})(x_N-x_0)}{d_n(y_N-y_0)},h_n=\frac{(x_N{y}_{n-1}-x_0{y}_n)}{x_N-x_0}-d_n\frac{(x_N{y}_0-x_0{y}_N)}{(x_N-x_0)},$dn为纵向压缩因子，0≤d_n≤1，n＝1,2,…,N，σ为相对误差，g实测数据，f插值数据；自主研发的建筑物损伤预测计算模型为：$f({\sigma }_{\pi },{\tau }_{\pi })=\frac{-B-\sqrt{B^2-\frac{4C(H·A-{\sigma }_{\pi })}{H}}-\frac{2C·{\tau }_{\pi }}{H}}{-B-\sqrt{B^2-\frac{4C(H·A-{\sigma }_{\pi })}{H}}}$式中$H=\sqrt{3}{f}_c,$A＝1/3b，$B=-\sqrt{1/6}\lambda /b,$C＝‑a/2b，${\tau }_{\pi }=\sqrt{2J_2},$${\sigma }_{\pi }=I_1/\sqrt{3}$分别为π平面上的剪应力和正应力，J₂为第二偏应力不变量，I₁为第一主应力不变量；(3)地面建筑建设对地下结构作用评价，包括测定计算地面建筑基坑开挖引起应力释放后的岩土体的变形和地下结构应力、位移变化情况，地下结构衬砌受力情况和裂缝；测定计算地面建筑基坑爆破振动对地下结构的影响；测定计算建筑物自重荷载引起的压力圈对地下结构的影响，通过建立分析模型，把测定计算结果存储到评价数据库中，完成地面建筑与地下结构作用关系的测定。