地鐵深基坑土體力學(xué)參數(shù)動態(tài)反演

一位移反分析的基本原理從系統(tǒng)角度來看，基坑工程是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，人們對其進行的各種施工活動，均可看成系統(tǒng)輸入，而人們量測到的位移、變形破壞則為系統(tǒng)對輸入的響應(yīng)，即系統(tǒng)的輸出（如圖1-l所示）。而反分析則是根據(jù)一個灰色系統(tǒng)的輸出確定輸入的過程，也可以看成由系統(tǒng)的輸出到輸入的映射。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeuralNetwork，簡稱ANN）是一個復(fù)雜的非線性動態(tài)系統(tǒng)，具有大規(guī)模的并行處理和分布式的信息存儲能力、良好的自適應(yīng)性、很強的學(xué)習聯(lián)想、容錯性和抗干擾能力，幾乎可以模擬任何復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。圖1-1基坑工程系統(tǒng)示意圖用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模不需要知道變形與所求參數(shù)之間的關(guān)系，通過樣本學(xué)習和記憶，就可找出輸入（巖土體力學(xué)參數(shù)）與輸出（位移）之間的非線性特征關(guān)系。基坑工程計算中較多采用三層BP網(wǎng)絡(luò)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強的非線性映射能力，數(shù)值模擬具有很好的定量分析能力，兩者結(jié)合起來是位移智能化反分析的一條有效途徑。本文進行基坑巖土體力學(xué)參數(shù)的位移反分析研究主要綜合運用了正交試驗法、有限差分法以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。根據(jù)正交試驗對各土層土體力學(xué)參數(shù)進行分組設(shè)計，運用有限差分軟件FLAC3D對基坑開挖工況進行模擬計算，根據(jù)計算結(jié)果構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行土體力學(xué)參數(shù)的位移反分析研究。具體實施步驟如下：（1）按正交試驗法進行土體力學(xué)參數(shù)分組設(shè)計；（2）產(chǎn)生BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集：首先根據(jù)有限差分計算，得到由計算位移值和相應(yīng)輸入巖土體力學(xué)參數(shù)組成的雛形樣本集；再將雛形樣本集經(jīng)過樣本空間的映射，轉(zhuǎn)換為[0，1]實數(shù)空間范圍內(nèi)的實際訓(xùn)練樣本；（3）確定BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用樣本集對網(wǎng)絡(luò)進行學(xué)習訓(xùn)練，建立計算位移與輸入?yún)?shù)之間的非線性關(guān)系；（4）利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行后期的計算，把測得的實際位移輸入到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行反分析，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則輸出相應(yīng)的巖土體力學(xué)參數(shù)；（5）把反分析所得的巖土體力學(xué)參數(shù)輸入有限差分正分析程序，進行內(nèi)力、變形等預(yù)測分析。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬有限差分計算過程，不僅可以提高反分析計算的精度，同時還可以提高計算效率?！?.1FLAC3D的基本理論和計算原理許多工程分析問題，都可歸納為在給定的邊界條件下求解其控制方程（常微分方程或偏微分方程）的問題，但能用解析方法求出精確解的只是方程性質(zhì)比較簡單，且?guī)缀芜吔缦喈斠?guī)則的少數(shù)問題。對于大多數(shù)的工程技術(shù)問題，由于物體的幾何形狀較復(fù)雜或者問題的某些特征是非線性的，人們在廣泛吸收現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，借助于計算機技術(shù)來獲得滿足工程要求的數(shù)值解，這就是數(shù)值模擬技術(shù)。目前在巖土工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)值模擬方法有：有限元法（FiniteElementMethod）、邊界元法（BoundaryElementMethod）、離散元法（DiscreteElementMethod）、塊體理論（BlockTheory）反演分析（BackAnalysis）、有限元—邊界元耦合法。本次對基坑開挖支護的數(shù)值模擬，采用FLAC3D軟件進行。FLAC是快速拉格朗日差分分析（FastLagrangianAnalysisofContinua）的簡寫。FLAC是力學(xué)計算的數(shù)值方法之一，該名詞淵源于流體動力學(xué)，它研究每個流體質(zhì)點隨時間變化的情況，即著眼于某一個流體質(zhì)點在不同時刻的運動軌跡、速度及壓力等?？焖倮窭嗜詹罘址治鰧⒂嬎阌騽澐譃槿舾蓡卧瑔卧W(wǎng)格可以隨著材料的變形而變形，即所謂的拉格朗日算法，這種算法可以準確地模擬材料的屈服、塑性流動、軟化直至大變形，尤其在材料的彈塑性分析、大變形分析以及模擬施工過程等領(lǐng)域有其獨到的優(yōu)點。1.1.1FLAC3D的本構(gòu)模型巖土本構(gòu)關(guān)系是指通過一些試驗測試少量的巖、土體彈塑性應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線，然后通過巖土塑性理論及某些必要的補充假設(shè)，將這些試驗結(jié)果推廣到復(fù)雜應(yīng)力、組合狀態(tài)中去，以求取應(yīng)力—應(yīng)變的普遍關(guān)系；將這種應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系以數(shù)學(xué)表達式表達，即稱為巖土本構(gòu)模型。巖土材料的多樣性及其力學(xué)特性的差異，使得人們無法采用統(tǒng)一的本構(gòu)模型來表達其在外力作用下的力學(xué)響應(yīng)特性，因而開發(fā)出了多種巖土本構(gòu)模型。FLAC3D中內(nèi)置12種巖土本構(gòu)模型以適應(yīng)各種工程分析的需要，它們是：（1）空模型（NullModel）：通常用來表示被移除或開挖的材料，且移除或開挖區(qū)域的應(yīng)力自動設(shè)置為零。在數(shù)值模擬的后續(xù)階段，空模型材料也可以轉(zhuǎn)化成其他的材料模型。采用這種模型，可以進行諸如開挖、回填之類的模擬。（2）彈性模型（Elasticmodel）：彈性本構(gòu)模型具有卸載后變形可恢復(fù)的特性，其應(yīng)力—應(yīng)變規(guī)律是線性的，與應(yīng)力路徑無關(guān)，包含3個彈性模型。各向同性彈性模型（ElasticIsotropicmodel）代表均勻連續(xù)各向同性并為線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的材料；正交各向異性彈性模型（OrthotropicModel）適用于具有良好各向異性彈性性質(zhì)的彈性材料；橫觀各向異性彈性模型（TransverselyIsotropicModel）適用于模擬在各層的法線方向和切線方向的彈性模量有明顯差異的層狀彈性材料。（3）塑性模型（Plasticmodel）：包含8個塑性模型。德魯克—普拉格模型（Drucker-PragerModel）是一種塑性模型，其剪切屈服應(yīng)力是法向應(yīng)力的函數(shù)；莫爾—庫侖模型（Mohr-CoulombModel）代表在剪切荷載下產(chǎn)生屈服的材料，但其屈服應(yīng)力僅僅決定于大小主應(yīng)力，中主應(yīng)力對屈服不產(chǎn)生影響；應(yīng)變硬化/軟化莫爾—庫侖模型（Strain-Hardening/SofteningMohr-CoulombModel）基于莫爾—庫侖塑性模型，它能夠反映荷載超過土體初始破壞條件時剪切強度所表現(xiàn)出的硬化或軟化特性；遍有節(jié)理模型（Ubiquitous-JointModel）用來模擬巖土材料（主要為巖石）中的軟弱面；雙線性應(yīng)變軟化遍有節(jié)理模型（BilinearStrain-Hardening/SofteningUbiquitous-JointModel）結(jié)合了應(yīng)變軟化莫爾—庫侖模型和遍有節(jié)理模型的特性，這種模型對巖體或土體和節(jié)理均采用了雙線性破壞準則；修正劍橋模型（ModifiedCam-clayModel）能夠考慮土體塑性體積變形的影響。1.1.2FLAC3D的計算原理FLAC程序的基本原理和算法與離散元相似，但它卻像有限元那樣適用于多種材料模式與邊界條件的非規(guī)則區(qū)域的連續(xù)問題求解；在求解過程中，F(xiàn)LAC采用了離散元的動態(tài)松弛法，不需要求解大型聯(lián)立方程組（剛度矩陣）。同時，同以往的差分分析方法相比，F(xiàn)LAC不但可以對連續(xù)介質(zhì)進行大變形分析，而且能模擬巖體沿某一軟弱面產(chǎn)生的滑動變形，F(xiàn)LAC還能在同一計算模型中針對不同的材料特性，使用相應(yīng)的本構(gòu)方程來比較真實地反映實際材料的動態(tài)行為。具體地講，F(xiàn)LAC的基本原理如下]：FLAC用差分方法求解，因此首先要生成網(wǎng)格。將物理網(wǎng)格（圖1-2）y映射在數(shù)學(xué)網(wǎng)格（圖1-3）上，這樣數(shù)學(xué)網(wǎng)格上的某個編號為i，j的結(jié)點就與物理網(wǎng)格上相應(yīng)的結(jié)點的坐標x，y相對應(yīng)，這一過程可以想象為數(shù)學(xué)網(wǎng)格是一張橡皮做的網(wǎng)，拉扯以后可以變?yōu)槲锢砭W(wǎng)格的形。圖1-2物理網(wǎng)格圖1-3數(shù)學(xué)網(wǎng)格假定某一時刻各個節(jié)點的速度為己知，則根據(jù)高斯定理可求得單元的應(yīng)變率，進而根據(jù)材料的本構(gòu)定律可求得單元的新應(yīng)力。根據(jù)高斯定理，對于函數(shù)F有：（1-1）式中，是函數(shù)求解域（或單元）的體積；是的邊界；是的單位外法線矢量。定義梯度的平均值（1-2）式中，<>表示求平均值。對于一個具有條邊的多邊形，上式可寫成對條邊求和的形式：（1-3）式中，是多邊形的邊長，是在上的平均值。假定以速度代替式（1-3）中的，且取邊兩端的結(jié)點（即差分網(wǎng)絡(luò)的角點）和的速度平均值，則：（1-4）對于三角形單元（如圖1-4）：（1-5）同理可求出<>值。由幾何方程可求得單元的平均應(yīng)變增量：（1-6）圖1-4計算單元示意圖圖1-5積分路徑由廣義虎克定律，各向同性材料的本構(gòu)方程為：式中，，為拉梅常數(shù)；，即體積應(yīng)變；（1-7）因此單元的平均應(yīng)力增量可表達成：（1-8）同時，若以應(yīng)力表示應(yīng)變，則其本構(gòu)關(guān)系為：（3-9）式中，為泊松比；為彈性模量；為應(yīng)力第一不變量。這樣，通過上述各式的迭代求解，便可求出每一迭代時步相應(yīng)各單元的應(yīng)力和應(yīng)變值。由莫爾—庫侖屈服準則：（1-10）將式（1-10）轉(zhuǎn)換成用單元應(yīng)力表示的形式：（1-11）式中，根據(jù)各單元值的大小便可判斷單元屈服與否（屈服；否則不屈服）。上面已求出了各域（單元）的應(yīng)力，下面來求各結(jié)點的平衡力。由結(jié)點的運動方程：（1-12）式中，為總加速度；為重力加速度。對（1-12）沿積分路徑積分（見圖1-5）得：（1-13）其中，為某結(jié)點周圍單元作用在該結(jié)點的集中力。（1-14）式中，指作用在結(jié)點中的合力（凈力）。利用中心差分，得該結(jié)點加速度和速度：（1-15）（1-16）其中，為結(jié)點上一時步的速度，而也已求出。進一步得結(jié)點位移：（1-17）圖3-6拉格朗日差分法計算循環(huán)按照上述思路，通過迭代求解，便可求出各個時步模型各單元（或結(jié)點）的應(yīng)力、變形值，進而可模擬出整個模型變形破壞過程。拉格朗日差分法計算循環(huán)如圖1-6所示。1.1.3FLAC3D的優(yōu)點及其在巖土工程中的應(yīng)用FLAC程序的功能非常強大，它不但可以用于分析計算一般巖土體的應(yīng)力和變形情況，還可以進行水—熱—力三者的耦合分析、地震動力分析以及巖土體蠕變行為分析等。與現(xiàn)行的數(shù)值方法相比，F(xiàn)LAC具有以下幾方面的優(yōu)點：（1）求解過程中，采用迭代法求解，不需要存儲較大的剛度矩陣，比有限元方法大大地節(jié)省了內(nèi)存，這一優(yōu)點在三維分析中顯得特別重要。（2）在現(xiàn)行的FLAC程序中，采用了“混合離散化”（mixeddiscrimination）技術(shù)可以比有限元的數(shù)值積分更為精確和有效地模擬計算材料的塑性破壞（plasticcollapse）和塑性流動（plasticflow）。（3）采用顯式差分求解，幾乎可以在與求解線性應(yīng)力—應(yīng)變本構(gòu)方程相同的時間內(nèi)，求解任意的非線性應(yīng)力—應(yīng)變本構(gòu)方程。因此，F(xiàn)LAC它比一般的差分分析方法相比大大地節(jié)約了時間，提高了解決問題的速度。（4）在FLAC中，所用的是全動力學(xué)方程（fulldynamicequation），即使在求解靜力學(xué)問題時也如此。因此，它可以很好地分析和計算物理非穩(wěn)定過程，這是一般的有限元方法所不能解決的。（5）可以比較接近實際的模擬巖土工程施工過程。FLAC采用差分方法，每一步的計算結(jié)果與時間相對應(yīng)，用此可以充分考慮施工過程中的時間效應(yīng)。同時，F(xiàn)LAC程序采用人機交互式的批命令形式執(zhí)行，在計算過程中可以根據(jù)施工過程對計算模型和參數(shù)取值等進行實時地調(diào)整，達到對施工過程進行實時地仿真的目的。此外，F(xiàn)LAC3D具有良好的前后處理功能，計算時三維網(wǎng)格自動被剖分成四面體單元。因此，在網(wǎng)格形狀劃分上沒有太多限制，可以準確地模擬工程實際：每個單元體都可以有自己的材料模型，材料可以在外力及應(yīng)力作用下屈服流動，網(wǎng)格也隨著材料的變形而改變（大變形模式）。由于顯式方法不需形成矩陣，因此，對計算機硬件的要求也相應(yīng)降低；同時，程序?qū)Σ罘址匠探獾木_性和收斂性進行了優(yōu)化，計算時間和計算結(jié)果都能夠滿足要求。對于巖土材料來說，顯式方法很容易引入材料的非線性本構(gòu)關(guān)系。對于遵循非線性應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的材料來說，也不需要進行迭代計算（這往往在計算中造成很大誤差）；相應(yīng)于某一給定的應(yīng)變增量的應(yīng)力增量，可以在給定的區(qū)域內(nèi)，按實際發(fā)生的那樣，指定使其符合非線性本構(gòu)方程。這樣，非線性定律可以按它正確的物理模式得以遵循，而不是取決于迭代方法途徑的敏感性。巖土工程問題包含力學(xué)、流體流動、熱傳導(dǎo)等廣泛的物理過程。FLAC程序可以模擬這些運動的單個過程，也可模擬它們之間的耦合作用。具體來講，F(xiàn)LAC3D程序可用于下列巖土工程問題的研究：（1）邊坡穩(wěn)定和基礎(chǔ)設(shè)計中的承載能力及變形分析；（2）隧道、礦山巷道等地下工程的變形與破壞分析；（3）隧道等地下工程襯砌、巖石錨桿、錨索、土釘?shù)戎ёo結(jié)構(gòu)的分析；（4）隧道及采礦工程中的動力作用與震動分析；（5）水工結(jié)構(gòu)中流體流動以及水一結(jié)構(gòu)相互作用分析；（6）基礎(chǔ)與大壩由于振動或變化的孔隙壓力作用發(fā)生的液化現(xiàn)象分析；§1.2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本理論與計算原理人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是八十年代后期世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展起來的一個前沿的研究領(lǐng)域，它是利用物理可實現(xiàn)的器件或利用計算機來模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些結(jié)構(gòu)和功能，具有非線性映射能力和無模型估計的特征，是處理非線性映射問題的有效工具。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)因其具有自組織、自學(xué)習、自適應(yīng)和并行處理（響應(yīng)速度快）等特點，同時還具有很強的輸入輸出非線性映射能力和易于學(xué)習與訓(xùn)練的優(yōu)點，引起了眾多領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注，成為目前國際上非?；钴S的前沿領(lǐng)域之一。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有數(shù)十種模型，比較典型的有BP網(wǎng)絡(luò)、Hopfield網(wǎng)絡(luò)、CPN網(wǎng)絡(luò)、RBF網(wǎng)絡(luò)、CNN網(wǎng)絡(luò)等，目前，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地實際應(yīng)用中，絕大部分的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是采用前向多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反傳學(xué)習理論，它也是前向網(wǎng)絡(luò)的核心部分，并體現(xiàn)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最精華的部分。1.2.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本理論誤差逆?zhèn)鞑ド窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是按照誤差逆?zhèn)鞑W(xué)習算法進行訓(xùn)練的多階層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，簡稱BP（Back-Propagation）網(wǎng)絡(luò)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種具有二層或二層以上的階層型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。上下層之間各神經(jīng)元實現(xiàn)全連接，即下層的每一個單元與上層的每個單元都實現(xiàn)權(quán)連接，而每層的各個神經(jīng)元之間無連接。網(wǎng)絡(luò)按照有教師示教的方式進行學(xué)習，當一個學(xué)習樣本提供給網(wǎng)絡(luò)后，神經(jīng)元的激活值，從輸入層經(jīng)中間層向輸出層傳播，在輸出層的各神經(jīng)元獲得網(wǎng)絡(luò)的輸入響應(yīng)。在這之后，按減小希望輸出與實際輸出誤差的方向，從輸出層經(jīng)各中間層逐層修正各連接權(quán)，最后回到輸入層，因此得名“誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ā?。隨著這種誤差逆?zhèn)鞑バ拚牟粩噙M行，網(wǎng)絡(luò)對輸入模式響應(yīng)的正確率也不斷上升。由于誤差逆?zhèn)鞑ゾW(wǎng)絡(luò)及其算法增加了中間隱層并有相應(yīng)學(xué)習規(guī)則可循，使其具有識別非線性模式的能力。特別是其數(shù)學(xué)意義明確，步驟分明的學(xué)習算法，更使其具有廣泛的應(yīng)用前景。常用的網(wǎng)絡(luò)有三到四層。采用越多的中間層，訓(xùn)練時間就會急劇增加，這是因為中間層越多，誤差向后傳播的過程計算就越復(fù)雜。而且中間層增加后，局部最小誤差也會增加。網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練過程中，往往容易陷入局部最小誤差而無法擺脫。網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重難以調(diào)整到最小誤差處。對于大多數(shù)實際問題，一層中間層即三層網(wǎng)絡(luò)就已經(jīng)足夠。而有時采用一個中間層時，需要用較多的處理單元，這時如果選用兩個中間層，每層處理單元會大大減少，反而可以取得更好的效果。采用適當?shù)闹虚g層處理單元是非常重要的。中間層處理單元數(shù)選用太少，網(wǎng)絡(luò)難以處理較復(fù)雜的問題，但若中間層處理單元數(shù)過多，會使網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時間急劇增加，而且過多的處理單元容易使網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過度。也就是說網(wǎng)絡(luò)具有過多的信息處理能力，甚至將訓(xùn)練數(shù)據(jù)組中沒有意義的信息也記住，這時網(wǎng)絡(luò)就難以分辨數(shù)據(jù)中真正的模式。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的基本思想是：根據(jù)樣本的希望輸出和實際輸出之間的平方誤差，利用梯度下降法，從輸出層開始，逐層修正權(quán)系數(shù)。BP算法的學(xué)習過程由正向傳播和反向傳播兩個過程組成，在正向傳播過程中，輸入信息從輸入層經(jīng)隱含層傳向輸出層，如果輸出層得不到預(yù)期輸出，則進行反向傳播，將誤差信號沿原來的連接通路返回，通過修改各層節(jié)點的權(quán)重，使誤差最小。網(wǎng)絡(luò)不僅有輸入層節(jié)點、輸出層節(jié)點，而且還有隱含層節(jié)點。隱含層可以是一層，也可以是多層。最基本的BP網(wǎng)絡(luò)只有三層結(jié)構(gòu)，如圖1-7所示。即輸入層、隱含層和輸出層。圖1-7三層BP網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)圖1.2.2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的計算原理一、BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習算法假設(shè)BP網(wǎng)絡(luò)為三層網(wǎng)絡(luò)，輸入層（以編號）有個神經(jīng)元，隱含層（以編號）有個神經(jīng)元，輸出層（以編號）有個神經(jīng)元。設(shè)有M個樣本，輸入向量，輸出向量，。則隱含層和輸出層神經(jīng)元的凈輸入為：（1-18）各層神經(jīng)元的輸出為：（1-19）其中：為Siggmoidd型函數(shù)（簡簡稱S型），即即：（1-200）因此，各神經(jīng)元元的輸出應(yīng)應(yīng)為：（1-21）（1-22）對于輸入層，。公公式（3--21）、（3--22）中中，，。設(shè)第個輸輸出神經(jīng)元元希望輸出出為，實際際輸出為，則則對每個學(xué)學(xué)習樣本的的誤差平方方和為：（1-233）系統(tǒng)的平均誤差差是：（1-244）為了方便起見，省省略下標pp，上式可寫寫成：（1-255）根據(jù)梯度最速下下降法，權(quán)權(quán)值（包括括閾值）的的變化項與與成正比，即即：（1-266）這里為學(xué)習率，負負號代表梯梯度下降方方向。則對于隱含層與與輸出層之之間權(quán)值變變化：（1-227）若記，則（1--27）式式可寫為（1-288）對于輸入層與隱隱含層之間間權(quán)值變化化，盡管在在細節(jié)上與與上式不同同，但仍可可寫為：（11-29）若記，則（3--29）式式可寫為（1-300）但是不能直接計計算，而是是以參數(shù)的的形式表示示，即（11-31）故（1-322）公式（1-322）的含義義為：由輸輸出層各神神經(jīng)元的值值可以求出出隱含層各各神經(jīng)元的的值，計算算的方法是是按正向傳傳播相反的的方向用相相應(yīng)的權(quán)值值對輸出層層的進行加加權(quán)求和，這這就是誤差差反向傳播播的含義。在實用中BP算算法存在兩兩個重要問問題：收斂斂速度慢，目目標函數(shù)存存在局部極極小。為解解決這些問問題，許多多人研究并并提出了許許多方法，其其中很具有有代表性方方法是在（1-28）和（1-32）中增加一個動量項，即：（11-33）（11-34）式中為迭代次數(shù)數(shù)，為比例例常數(shù)。二、BP網(wǎng)絡(luò)計計算步驟根據(jù)BP網(wǎng)絡(luò)學(xué)學(xué)習算法，BP網(wǎng)絡(luò)學(xué)習步驟可歸納如下：（1）根據(jù)問題的特特征和環(huán)境境，確定神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的的結(jié)構(gòu)，包包括神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)數(shù)、各層中中的神經(jīng)元元個數(shù)等；；（2）網(wǎng)絡(luò)的初始化化：輸入學(xué)學(xué)習率、；給定最最大學(xué)習誤誤差（收斂斂精確度）；；給輸入層層至隱含層層連接權(quán)矩矩陣、隱含含層至輸出出層的權(quán)矩矩陣賦初值值；（3）為網(wǎng)絡(luò)提供一一組學(xué)習樣樣本；（4）正向傳播，計計算實際輸輸出。計算算實際輸出出與期望輸輸出的誤差差，利用它它修正，，為迭代次次數(shù)；（5）誤差回傳，修修正前一層層的，直至至輸入層；；（6）輸入下一個學(xué)學(xué)習樣本，回回至（4），直到到輸完為止止；（7）計算系統(tǒng)誤差差E，若E小于給定定值，結(jié)束束并轉(zhuǎn)向（8）；否則回至（3），反復(fù)迭代，直至收斂；（8）預(yù)測新樣本，并并輸出預(yù)測測結(jié)果。§1.3正交試驗驗設(shè)計法為了建立基坑巖巖土體力學(xué)學(xué)參數(shù)與測測點位移的的映射關(guān)系系，需要事事先給定一一定數(shù)量的的樣本對神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進進行訓(xùn)練，而而選取的樣樣本應(yīng)能夠夠覆蓋全部部可能發(fā)生生的輸入輸輸出狀態(tài)。各各個反分析析的巖土體體力學(xué)參數(shù)數(shù)取值都有有一定的范范圍，把取取值范圍進進行水平劃劃分，假設(shè)設(shè)有m個反演參參數(shù)，它們們各有l(wèi)1、l2、…、lm個水平，則則取值的可可能性有l(wèi)l1×l2×…×lm種。當反反演的參數(shù)數(shù)個數(shù)不多多，每個參參數(shù)的水平平數(shù)也較少少時，把各各種可能取取值作為輸輸入樣本，可可以獲得較較為豐富的的結(jié)果，結(jié)結(jié)論也較正正確。當參參數(shù)較多，水水平數(shù)也較較大時，把把各參數(shù)的的可能取值值作為樣本本是不可能能的。例如如，有五個個土體參數(shù)數(shù)，每個參參數(shù)都有五五個水平，則則有55=31225個取值值樣本。對對于大多數(shù)數(shù)場合，做做這么多的的試驗是不不可能的。因因此，在進進行神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習時時結(jié)合適當當?shù)臉颖緲?gòu)構(gòu)造方法，既既能保證網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的的準確性，又又減少了樣樣本的個數(shù)數(shù)。通常的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)學(xué)習樣本本的選取方方法有兩種種，正交試試驗設(shè)計法法和均勻試試驗設(shè)計法法。根據(jù)本本文中涉及及土體力學(xué)學(xué)參數(shù)個數(shù)數(shù)和水平數(shù)數(shù)，決定采采用正交試試驗設(shè)計法法來構(gòu)造學(xué)學(xué)習樣本。正交試驗設(shè)計（Orthogonalexperimentaldesign）是研究多因素多水平的一種設(shè)計方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散，齊整可比”的特點，正交試驗設(shè)計是分析因素設(shè)計的主要方法。是一種高效率、快速、經(jīng)濟的實驗設(shè)計方法。例如作一個三因素三水平的實驗，按全面實驗要求，須進行33=27種組合的實驗，若按正交試驗設(shè)計，則只需作9次。1.3.1正交交試驗設(shè)計計法的基本本概念一、正交試驗法法的常用名名詞（1）指標。在試驗驗中需要考考查的效果果的特性值值，簡稱為為指標。指指標與試驗驗?zāi)康氖窍嘞鄬?yīng)的。例例如，試驗驗?zāi)康氖翘崽岣弋a(chǎn)量，則則產(chǎn)量就是是試驗要考考查的指標標；如果試試驗?zāi)康氖鞘墙档统杀颈?，則成本本就成了試試驗要考查查的指標?？偪傊囼烌?zāi)康亩喾N種多樣，而而對應(yīng)的指指標也各不不相同。指指標一般分分為定量指指標和定性性指標，正正交試驗需需要通過量量化指標以以提高可比比性，所以以，通常把把定性指標標通過評分分定級等方方法轉(zhuǎn)化為為定量指標標。（2）因素。因素也也稱因子，是是試驗中考考查對試驗驗指標可能能有影響的的原因或要要素，它是是試驗當中中重點要考考查的內(nèi)容容。通常用用大寫英文文字母A、B、C等來表示示。一個字字母表示一一個因素，因因素又分為為可控因素素和不可控控因素?？煽匾蛩刂冈诂F(xiàn)現(xiàn)有科學(xué)技技術(shù)條件下下，能人為為控制調(diào)節(jié)節(jié)的因素；；不可控因因素指在現(xiàn)現(xiàn)有科學(xué)技技術(shù)條件下下，暫時還還無法控制制和調(diào)節(jié)的的因素。正交試驗中，首首先要選擇擇可控因素素列入到試試驗當中，而而對不可控控因素，要要盡量保持持一致，即即在每個方方案中，要要對試驗指指標可能有有影響的不不可控因素素，盡量要要保持相同同狀態(tài)。這這樣，在進進行試驗結(jié)結(jié)果數(shù)據(jù)的的處理過程程中，就可可以忽略不不可控因素素對試驗造造成的影響響。（3）水平。試驗中中選定的因因素所處的的狀態(tài)和條條件稱為水水平或位級級。例如：：加熱溫度度為70℃、80℃、90℃這3個狀態(tài)，可可分別用“1”、“2”、“3”來表示。又又如1個因素分分為2水平，用用“1”和“2”來表示。同同理，一個個因素也可可分為4水平、5水平或更更多水平，以以此類推。圖1-8正交表表代號圖解解二、正交試驗法法的基本工工具正交法的基本工工具是正交交表。它是是一種依據(jù)據(jù)數(shù)理統(tǒng)計計原理而制制定的具有有某種數(shù)字字性質(zhì)的標標準化表格格。以基本本的L4（23）正交表表為例：從表1-1看，該該表是一個個3列4行的矩陣陣，每1個因素占占用1列，該表表最多能考考查3個因素，每每個因素分分為2水平，共共有4個橫行，也也就是有44個試驗方方案，每11行是1個方案。假假若用A因素占第第1列，B因素占第第2列，C因素占第第3列，則：：1號方案為為A1B1C1，2號方案為為A1B2C2，3號方案為為A2B1C2，4號方案為為A2B2C1,只要因素素列上，各各因素水平平對號入座座，方案就就確定好了了，有幾個個橫行就有有幾個試驗驗方案。再以L9（344）表為例例，根據(jù)對對L4（23）表的理理解，則LL9（34））表為為4列9行的矩陣陣，即該表表最多可安安排4個因素，有有9個試驗方方案，每個個因素分為為3水平，即即每個縱列列只有1、2、3這3個數(shù)碼。通過認真分析這這兩個正交交表，可以以發(fā)現(xiàn)，每每1個縱列中中，各種數(shù)數(shù)碼出現(xiàn)次次數(shù)相同，在在L4（23）表中，每每列“1”出現(xiàn)2次，“2”出現(xiàn)2次，在L9（34）表中，“1”、“2”、“3”各出現(xiàn)3次。正交交表中，任任意2列，每1行組成1個數(shù)字對對，有多少少行就有多多少個這樣樣的數(shù)字對對，這些數(shù)數(shù)字對是完完全有序的的，各種數(shù)數(shù)字對出現(xiàn)現(xiàn)的次數(shù)必必須相同，正正交表必須須滿足以上上兩個特性性，有一條條不滿足，就就不是正交交表。如LL9（34）正交表表，任意22列各行組組成的數(shù)字字對分別為為：（1，1）、（1，2）、（1，3）、（2，1）、（2，2）、（2，3）、（3，1）、（3，2）、（3，3），共9種，每種種出現(xiàn)一次次，且完全全有序。正交表一般以通通式表示為為：LN（MK）表現(xiàn)為為K列N行的矩陣陣，表示為為該表最多多能考察KK個因素，每每個因素都都分為M個水平。表3-1L4（23）表的格式式表3-2L9（34）表的格式式項目列123行1111212232124221項目行1234列1111121222313334212352231623127313283213933211.3.2正交交試驗法的的主要用途途第二次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)后，試驗驗設(shè)計作為為質(zhì)量管理理技術(shù)之一一，受到各各國的高度度重視，以以日本人田田口玄一博博士為首的的一批研究究人員在11949年年發(fā)明了用用正交表安安排試驗方方案，19952年田田口玄一在在日本東海海電報公司司，運用正正交表進行行試驗取得得了全面成成功，之后后正交試驗驗設(shè)計法在在日本的工工業(yè)生產(chǎn)中中得到迅速速推廣。據(jù)據(jù)統(tǒng)計，在在正交法推推廣的頭110年，試試驗項目超超過1000萬項，其其中三分之之一的項目目效果顯著著，獲得極極大的經(jīng)濟濟效益。我我國從200世紀50年代開開始，以中中國科學(xué)院院數(shù)學(xué)研究究所的研究究人員為基基礎(chǔ)深入研研究正交試試驗設(shè)計這這門科學(xué)，并并逐步應(yīng)用用到工農(nóng)業(yè)業(yè)生產(chǎn)中去去，其后正正交試驗設(shè)設(shè)計得到了了廣泛研究究，尤以上上海、江蘇蘇等地的推推廣成績顯顯著。正交交法之所以以受到人們們的關(guān)注，是是因為在工工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)和科學(xué)研研究過程中中，科學(xué)試試驗是必由由之路，而而采用正交交法安排試試驗方案可可以解決以以下問題：：（1）可以節(jié)省大量量人力、物物力、財力力和時間。（2）能夠明確影響響試驗指標標各因素的的主次順序序，即了解解哪些因素素重要，哪哪些因素次次要。（3）可以迅速找到到優(yōu)化方案案，在產(chǎn)品品開發(fā)設(shè)計計中，迅速速找到優(yōu)化化方案，可可以大大縮縮短產(chǎn)品開開發(fā)設(shè)計周周期；在生生產(chǎn)過程中中很快找到到優(yōu)化方案案，可以盡盡快使生產(chǎn)產(chǎn)工藝按最最佳工藝條條件運行，早早日實現(xiàn)高高效益。（4）通過試驗結(jié)果果分析，可可以進一步步指明試驗驗的方向，克克服盲目性性，等等。二XX站深基坑土體力學(xué)參數(shù)動態(tài)反演§2.1XX站站深基坑基基本概況2.1.1工程程概況XX站作為XXX市地鐵2號線重點點工程，位位于XX街與XX大街交交叉口，XXX南側(cè)，沿沿XX街設(shè)置置。站位北北側(cè)有XXX化工工程程總公司及及其家屬區(qū)區(qū)、XX、XX施工區(qū)區(qū)，南側(cè)有有XX西藏中中學(xué)，西側(cè)側(cè)有XX醫(yī)院等等單位。車車站起訖里里程為右XXX～右XX，標準準段寬度為為18.886m。XX站為地下兩兩層站臺島島式車站，地地下一層為為站廳層，地地下二層為為站臺層；；主體結(jié)構(gòu)構(gòu)位于交叉叉口正下方方，附屬結(jié)結(jié)構(gòu)位于人人行道與綠綠化帶正下下方。車站站外包長度度241..3m，標標準段寬度度18.886m，結(jié)結(jié)構(gòu)頂板覆覆土厚度≥≥3m，整整個車站建建筑物由車車站主體、出出入口、通通道及風亭亭四部分組組成。車站站設(shè)有出入入口4個,通道1個,風亭2個。車站站總建筑面面積為111932..1m2,其中主體體建筑面積積為90996m2。圖2-1為XX站基坑坑平面示意意圖。圖2-1XX站深深基坑平面面示意圖車站主體及附屬屬結(jié)構(gòu)采用用明挖法施施工，主體體圍護采用用d=10000mm鉆鉆孔灌注樁樁樁間距@@13000mm作為為基坑圍護護結(jié)構(gòu)，樁樁頂設(shè)冠梁梁，樁間采采用C200掛網(wǎng)噴砼砼保持樁間間土穩(wěn)定；；采用φ600,δ12鋼管三三道作為內(nèi)內(nèi)支撐；鉆鉆孔灌注樁樁之間采用用φ800旋噴噴樁止水。出出入口、通通道圍護結(jié)結(jié)構(gòu)采用φφ800@@12000鉆孔灌注注樁加鋼支支撐作為基基坑圍護結(jié)結(jié)構(gòu)，采用用φ600,δ12鋼管兩兩道作為內(nèi)內(nèi)支撐。鉆鉆孔灌注樁樁之間采用用φ800旋噴噴樁止水，基基坑平面內(nèi)內(nèi)一般采用用對撐，在在端部與角角部采用斜斜撐。基坑坑支護及土土方開挖程程序如下：：1）施工鉆鉆孔灌注樁樁和旋噴樁樁等圍護結(jié)結(jié)構(gòu)，完成成后，全部部開挖至地地面以下22.0m后后施工冠梁梁，鋼筋混混凝土擋墻墻，安裝第第一道鋼管管支撐，接接力開挖至至第二次開開挖面；22）安設(shè)第第二道支撐撐，然后向向下開挖至至第三次開開挖面；33）安設(shè)第第三道支撐撐，向下開開挖至基底底上50ccm，50cmm采用人工工清底。為為確保施工工的順利進進行和基坑坑的安全穩(wěn)穩(wěn)定，指導(dǎo)導(dǎo)施工，在在施工期間間對圍護結(jié)結(jié)構(gòu)頂部的的水平位移移和沉降位位移及周邊邊建筑物的的沉降位移移進行實時時監(jiān)測。2.1.2工程程地質(zhì)及水水文地質(zhì)條條件據(jù)勘察報告提供供資料，XXX站場地地地基土自自上而下依依次描述如如下：1、第四系近代人人工填土層層（Qmll）雜填土：厚度11.5～3.7m。2、第四系中更新新統(tǒng)沖積層層（Q2aal）粉質(zhì)粘土，厚度度1.8～3m；3、沖、洪積層（Q2al+pl）粉質(zhì)粘土，厚度度2.6~~4.7；；4、粉質(zhì)粘土層（10-1）粉質(zhì)粘土，厚度度4.7mm黃褐色，結(jié)結(jié)構(gòu)緊密，含含少許鐵、錳錳質(zhì)結(jié)核及及其氧化物物。5、粘土層（100-2）粘土，厚度7..2～11.1mm；黃褐、棕棕紅色，夾夾灰綠色條條帶或團塊塊，結(jié)構(gòu)緊緊密，硬塑塑狀，裂隙隙發(fā)育，具具燭狀光澤澤。含少許許鐵、錳質(zhì)質(zhì)結(jié)核，碎碎石含量約約占5～15%，呈呈棱角狀。5、粘土層（100-3）粘土，厚度6..4～8.8m；黃黃褐、棕紅紅色，夾灰灰綠色條帶帶或團塊，結(jié)結(jié)構(gòu)緊密，硬硬塑狀，裂裂隙發(fā)育，具具燭狀光澤澤。含少許許鐵、錳質(zhì)質(zhì)結(jié)核。依據(jù)據(jù)勘察報告告提供資料料顯示，場場區(qū)內(nèi)地下下水主要為為上層滯水水和巖溶隙隙水，上層層滯水水量量不豐，主主要賦存于于人工填土土層中，水水位不連續(xù)續(xù)，無統(tǒng)一一的自由水水面，埋深深為0.55～2.500m，主要要接受地表表水與大氣氣降水補給給。巖溶裂裂隙水，主主要分布三三疊系灰?guī)r巖中的巖溶溶洞穴、裂裂隙帶中，呈呈近EW向條帶帶展布，上上覆15..0～20.00m粘性土土，巖溶裂裂隙水埋深深21～25m，具具微承壓性性，水量不不豐，主要要通過兩側(cè)側(cè)裸露基巖巖接受大氣氣降水入滲滲補給。地下水腐蝕性評評價：根據(jù)據(jù)巖土工程程勘察報告告，擬建工工程場區(qū)地地下水對混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)無腐蝕性性，對鋼筋筋混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)中鋼筋筋無腐蝕性性，對鋼結(jié)結(jié)構(gòu)有弱腐腐蝕性。環(huán)境土對混凝土土及鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)腐蝕性評評價：根據(jù)據(jù)巖土工程程勘察報告告，擬建工工程場區(qū)環(huán)環(huán)境土對混混凝土、鋼鋼筋混凝土土結(jié)構(gòu)中的的鋼筋均無無腐蝕性，對對鋼結(jié)構(gòu)有有弱腐蝕性性。§2.2數(shù)值值模擬計算算模型與初初始計算參參數(shù)本文采用有限差差分軟件FFLAC33D，對XX站深基基坑建立三三維數(shù)值模模型?？紤]慮到基坑平平面、支護護結(jié)構(gòu)、地地面附加荷荷載以及基基坑開挖情情況對基坑坑南部標準準段部分建建立模型，進進行有限差差分計算，數(shù)數(shù)值模型平平面圖和模模型網(wǎng)格劃劃分見圖22-2和圖2-3。圖2-2數(shù)值模型型平面圖（1）計算域范圍：：基坑開挖挖深度為116.4mm，當前開開挖長744m，基坑坑寬18..5m。根根據(jù)基坑開開挖影響長長度方向約約為開挖深深度的3--4倍，深深度方向約約為開挖深深度的2--4倍，選選取模型尺尺寸為110m×844×60mm（長×寬×高）。（2）模擬單元：土土體采用三三維六面體體8節(jié)點的實實體單元模模擬，鉆孔孔灌注樁和和高壓旋噴噴樁采用3節(jié)點的樁樁單元模擬擬，鋼支撐撐采用3節(jié)點的梁梁單元模擬擬。（3）邊界約束：由由于模型范范圍選取足足夠大，因因此我們在在基坑的長長邊方向（X方向）兩端（X=0,X=130）施加X方向約束，基坑的短邊方向（Y方向）兩端（Y=0,Y=84）施加Y方向約束，而在模型的底面（Z=-60）施加了XYZ三個方向的約束。（4）計算中采用直直角坐標系系：坐標原原點為模型型的底面（Z=-60）處，X軸平行于基坑長邊，Y軸平行于基坑短邊。所取范圍為：X向為0－130.0m，Y向為0－84.0m，Z向為-60.0-0m。（5）材料模型：結(jié)結(jié)構(gòu)材料（鉆鉆孔灌注樁樁，高壓旋旋噴樁和鋼鋼支撐）采采用各向同同性的彈性性模型，土土體采用彈彈塑性的莫莫爾—庫倫模型型（6）荷載：主要有有地應(yīng)力場場、重力、地地下水和施施工荷載。對對于場地內(nèi)內(nèi)地下水下下的土體采采用有效應(yīng)應(yīng)力的方式式考慮地下下水的影響響。圖2-3模型網(wǎng)網(wǎng)格劃分圖圖根據(jù)工程地質(zhì)勘勘察報告，并并考慮提高高三維有限限差分的收收斂性和位位移反分析析的可靠性性，將模型型范圍內(nèi)土土層概括為為以下四層層：第一層層為填土層層，厚2..6m；第第二層為粉粉質(zhì)粘土層層，厚4..7m；第第三層為粘粘土層，厚厚16.88m；第四四層為灰?guī)r巖，厚355.9m。各各土層力學(xué)學(xué)參數(shù)范圍圍值見表22-1。表2-2為各土層層力學(xué)等效效參數(shù)，是是通過土層層簡化前各各簡化土層層所包含的的土層力學(xué)學(xué)參數(shù)的加加權(quán)平均計計算獲取的的。表2-1土體力力學(xué)計算參參數(shù)土層層厚/m密度/103kkg/m3壓縮模量E/MMpaC/kPaφ/°μ素填土2.61.867.0-9.003-718-240.3~0.44粉質(zhì)粘土4.71.988.2-9.4430.5-355.315.1-166.90.33-0..36粘土16.81.899.2-12..832.3-366.214.5-155.70.30-0..33灰?guī)r35.92.6822.514.547.50.26表2-2土體力力學(xué)計算等等效參數(shù)土層層厚/m密度/103kkg/m3壓縮模量E/MMpaC/kPaφ/°μ素填土2.61.868.05220.3粉質(zhì)粘土4.71.978.732.515.90.35粘土16.81.8911.234.615.40.32灰?guī)r35.92.6822.514.547.50.26根據(jù)基坑開挖和和支護的施施工步序，計計算共考慮慮4個工況：：(1)工況1：開開挖至標高高-2米，并在-1米處設(shè)置第第一道支撐撐。(2)工況2：開開挖至標高高-6.77米，并在-6米處設(shè)置第二二道支撐為為。(3)工況3：開開挖至標高高-11米，并在-9.22米處設(shè)置第第三道支撐撐。(4)工況4：開開挖至標高高-16..4米，并在-112.7米米處設(shè)置第第四道支撐撐。計算中將每一個個工況作為為一個計算算步時，按按增量法近近似模擬施施工過程?！?.3BPP網(wǎng)絡(luò)學(xué)習習樣本的構(gòu)構(gòu)建2.3.1土體體力學(xué)參數(shù)數(shù)正交試驗驗分組就基坑工程而言言，與地下下圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)受力、變變形直接相相關(guān)的土體體力學(xué)參數(shù)數(shù)有E(彈性模模量)、μ(泊松比)、c(內(nèi)摩擦擦力)和φ(內(nèi)摩擦角角)，由于基基坑開挖118.4至至底板時涉涉及土層為為上部三層層土層，而而工況1和工況2涉及到第第一個土層層，工況33涉及到第第二個土層層，工況44涉到及第第三個土層層，故可從從上至下依依次對基坑坑開挖涉及及的三個土土層的力學(xué)學(xué)參數(shù)進行行反演，在在進行上部部土層的工工況進行模模擬時，下下部土層的的力學(xué)參數(shù)數(shù)采用土層層力學(xué)等效效參數(shù)代替替，將各土土層巖土力力學(xué)參數(shù)按按每個參數(shù)數(shù)4水平劃分分，則各土土層巖土力力學(xué)參數(shù)的的水平劃分分見表2--3、表2-4和表2-5。表2-3填土層巖巖土力學(xué)參參數(shù)的水平平劃分因素水平E(MPa)C（KPa）Φ（°）μ173180.327.674.33200.3338.345.66220.36497240.4表2-4粉質(zhì)粘粘土層巖土土力學(xué)參數(shù)數(shù)的水平劃劃分因素水平E(MPa)C（KPa）Φ（°）μ18.230.515.10.3328.632.115.70.3439.033.716.30.3549.435.316.90.36表2-5粘土層層巖土力學(xué)學(xué)參數(shù)的水水平劃分因素水平E(MPa)C（KPa）Φ（°）μ19.232.314.50.30210.433.614.90.31311.634.915.30.32412.836.215.70.33根據(jù)各土層土體體參數(shù)水平平的劃分，采采用正交設(shè)設(shè)計法按44因素4水平的方方式進行試試驗設(shè)計，構(gòu)構(gòu)建各土層層的正交設(shè)設(shè)計表L16（44）。表6為正交設(shè)設(shè)計表L16（44），表中中第一列代代表試驗序序號，第一一排代表試試驗因子，表表中間的數(shù)數(shù)據(jù)代表試試驗因子的的各個水平平。2.3.2BBP網(wǎng)絡(luò)學(xué)學(xué)習樣本的的構(gòu)建根據(jù)正交試驗設(shè)設(shè)計表L16（44）設(shè)置有有限差分法法對基坑開開挖支護的的工況進行行模擬計算算所需巖土土力學(xué)參數(shù)數(shù)，一組參參數(shù)輸入到到有限差分分程序后計計算到對應(yīng)應(yīng)的工況得得到一組計計算位移值值，16組試驗驗對應(yīng)有116組正分分析位移值值，這樣便便得到了BBP神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的雛形形樣本集。在在位移反分分析中，BBP網(wǎng)絡(luò)的的輸入輸出出關(guān)系為：：輸入—計算位移移值，輸出出—參數(shù)（巖巖土力學(xué)參參數(shù)）。表表2-7至2-12依次為為各個土層層的BP神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣樣本。表2-6正交設(shè)設(shè)計表L116（44）KN1234111112122231333414445213462243723128242193142103231113324123413134123144214154341164432表2-7正分析填填土層的輸輸入計算參參數(shù)KN1234173180.3274.33200.33375.66220.36477240.457.673220.467.674.33240.3677.675.66180.3387.677200.398.343240.33108.344.33220.3118.345.66200.4128.347180.361393200.361494.33180.41595.66240.31697220.33表2-8正分析在在深度-22m位置的的計算位移移值（單位位：mm）序號CX4CX8CX12CX1617.987.107.3817.1726.886.328.2718.6336.916.369.1219.7147.857.069.8720.1157.266.969.1019.6566.135.828.8318.9977.146.387.9718.2586.025.637.3317.0495.895.598.1117.96105.725.227.3916.97117.366.839.3519.82127.226.389.1619.29136.975.868.9219.00147.147.078.9118.65154.935.177.3816.66165.855.549.0216.87表2-9正分析粉粉質(zhì)粘土層層的輸入計計算參數(shù)KN123418.230.515.10.3328.232.115.70.3438.233.716.30.3548.235.316.90.3658.630.516.30.3668.632.116.90.3578.633.715.10.3488.635.315.70.339930.516.*0.3410932.116.30.3311933.715.70.3612935.315.10.35139.430.515.70.35149.432.115.10.36159.433.716.90.33169.435.316.30.34表2-10正分分析在-66m和-4m位置置的計算位位移（單位位：mm）序號CX16（-66m）CX12（-66m）CX16（-22m）CX12(-2m)112.138.9613.7211.18211.888.9113.6611.08311.658.7113.1711.05411.328.8713.1210.92511.438.5512.9610.87611.298.1313.0510.76711.058.1012.9110.61810.877.9612.8310.44910.668.0312.7510.321010.617.9712.5510.171110.327.8212.5310.111210.177.7612.4710.021310.127.7112.369.891410.397.6912.439.93159.977.5712.319.88169.637.6312.299.84表2-11正分分析粘土層層的輸入計計算參數(shù)KN123419.232.314.50.3029.233.614.90.3139.234.915.30.3249.236.215.70.33510.432.315.30.33610.433.615.70.32710.434.914.50.31810.436.214.90.30911.632.315.70.311011.633.615.30.301111.634.914.90.331211.636.214.50.321312.832.314.90.321412.833.614.50.331512.834.915.70.301612.836.215.30.31表2-12正正分析在--10m、-6m和-2m位置置的計算位位移（單位位：mm）序號CX16（-10m)CX12(-10m)CX16(-6m)CX12(-6m)CX16(-2m)CX12(-2m)130.6934.7738.2734.1341.6436.52227.3728.8529.1924.2540.1131.34324.8925.9824.3121.2835.6827.60419.9123.3722.7027.3626.5424.17519.9624.1823.3626.1327.1625.82618.1521.7821.9224.2727.8524.33724.1829.4930.1726.9340.5632.85819.9424.0925.5321.3738.2137.36917.0120.1522.3723.7229.7326.231017.5620.8723.1124.5130.0930.091119.2624.3624.0627.5930.7333.741221.0425.1926.6324.2432.9629.521319.7324.9224.8928.3429.4828.141422.4327.5227.1420.6932.7532.421515.4917.3322.1917.6228.3625.081616.9916.0721.5718.5128.0326.09§2.4位移移反分析2.4.1填土土層位移反反分析BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的的訓(xùn)練雛形形樣本見表表2-7和2-8，輸入層層為深基坑坑樁體變形形測斜位移移，輸出層層為填土層層巖土體力力學(xué)參數(shù)。網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為為4×111×4，即即輸入層為為4個節(jié)點，輸輸出層為44個節(jié)點，隱隱含層為111個節(jié)點點，隱含層層激活函數(shù)數(shù)采用taansigg函數(shù)，輸輸出層激活活函數(shù)采用用logssig函數(shù)數(shù)；采用LLveneebergg-Marrquarrt優(yōu)化算算法進行網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)迭代4454步收收斂，收斂斂誤差為11e-100，訓(xùn)練過過程如圖44。圖2-4填土層BBP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)訓(xùn)練過程示示意圖基坑開挖到工況況2時，四個個測斜孔CCX4，CX8，CX12,CX16在-2m位置置的實測位位移為u0=[7.887，6.944,8..26，19.553]T(單位：mmm)。把u0輸入到訓(xùn)訓(xùn)練好的神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中中進行反分分析，神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出出相應(yīng)的填填土層土體體力學(xué)參數(shù)數(shù)R=[77，5.666，22，0.366]T，把反演演輸出的力力學(xué)參數(shù)代代回正分析析的模型中中進模擬計計算，得出出相應(yīng)測斜斜孔的位移移為u1=[8..11，7.255，8.244，20.33]T,實測位移移與反分析析的力學(xué)參參數(shù)的計算算位移誤差差見表2--13。表2-13填土土層反分析析參數(shù)計算算位移與實實測位移誤誤差監(jiān)測點CX4CX8CX12CX16實測位移（mmm）7.876.948.2619.533計算位移(mmm)8.117.258.0320.3絕對誤差0.240.310.230.77相對誤差（%）3.054.472.793.94由表2-13可可知，填土土層反分析析土體力學(xué)學(xué)參數(shù)的計計算位移與與實測位移移的誤差符符合規(guī)定的的5%誤差范范圍，故可可確定填土土層土體力力學(xué)參數(shù)為為R=[77，5.666，22，0.366]T。2.4.2粉粉質(zhì)粘土層層位移反分分析根據(jù)正交試驗法法構(gòu)造粉質(zhì)質(zhì)粘土層土土體力學(xué)參參數(shù)的雛形形樣本，表表2-9為正分析析粉質(zhì)粘土土層的輸入入計算參數(shù)數(shù)，將分組組試驗參數(shù)數(shù)輸入正分分析模型進進行數(shù)值模模擬計算，由由于工況33的開挖支支護主要涉涉及粉質(zhì)粘粘土層，故故模擬計算算到工況33的位置即即可，由每每組試驗參參數(shù)計算得得到相應(yīng)的的計算位移移，本次監(jiān)監(jiān)測取基坑坑測斜孔CCX12和和CX166兩個監(jiān)測測點的-66m位置和和-2m位置置的監(jiān)測位位移作為反反分析實測測位移數(shù)據(jù)據(jù)，因此正正分析計算算位移也應(yīng)應(yīng)取CX112和CX166在-6m和-2m兩個個位置的計計算位移，見見表2-10，與正正交試驗法法構(gòu)造的粘粘土層土體體力學(xué)參數(shù)數(shù)一起構(gòu)建建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的訓(xùn)練雛雛形樣本。與填土土層反演方方法一樣BBP神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的輸入入層為深基基坑樁體變變形測斜位位移，輸出出層為填土土層巖土體體力學(xué)參數(shù)數(shù)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)為4××11×44，即輸入入層為4個節(jié)點，輸輸出層為44個節(jié)點，隱隱含層為111個節(jié)點點，隱含層層激活函數(shù)數(shù)采用taansigg函數(shù)，輸輸出層激活活函數(shù)采用用logssig函數(shù)數(shù)；采用LLveneebergg-Marrquarrt優(yōu)化算算法進行網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)迭代6637步收收斂，收斂斂誤差為11e-100，訓(xùn)練過過程如圖22-5。圖2-5粉質(zhì)粘土土層BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)訓(xùn)練過程示示意圖基坑開挖到工況況3時，測斜斜孔CX12和CX16在-6m和-2m位置置的實測位位移為u0=[8.225,100.76,,11.443,133.51]]T(單位：mmm)。把u0輸入到訓(xùn)訓(xùn)練好的神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中中進行反分分析，神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出出相應(yīng)的粘粘土層土體體力學(xué)參數(shù)數(shù)R=[88.2，35.33，16.99，0.333]T，把反演演輸出的力力學(xué)參數(shù)代代回正分析析的模型中中進模擬計計算，得出出相應(yīng)測斜斜孔的位移移為u1=[8.664,111.33,,12.005,122.96]]T,實測位移移與反分析析的力學(xué)參參數(shù)的計算算位移誤差差見表2--14。表2-14粉質(zhì)質(zhì)粘土層反反分析參數(shù)數(shù)計算位移移與實測位位移誤差監(jiān)測點CX12(-6M)CX16(-6M)CX12(-2M)CX16(-2M)實測位移8.2510.7611.43313.51計算位移8.6411.3312.0512.96絕對誤差0.390.570.620.55相對誤差（%）4.735.325.454.09根據(jù)規(guī)定的誤差差范圍5%%內(nèi)為可接接受范圍，反反演得到的的力學(xué)參數(shù)數(shù)代回正分分析模型計計算位移與與實測位移移相對誤差差最大達到到5.455%。由于于反演參數(shù)數(shù)較少，可可對神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)反演的的力學(xué)參數(shù)數(shù)進行手動動調(diào)整，經(jīng)經(jīng)過調(diào)整，得得到土體力力學(xué)參數(shù)RR1=[8..2，30.55，16.99，0.333]T，其通過過正分析的的計算位移移和監(jiān)測點點實測位移移的誤差比比較見表22-10。由由表2-15可知，填填土層反分分析力學(xué)參參數(shù)的位移移驗證誤差差達到規(guī)定定的范圍之之內(nèi)，可以以確定填土土層力學(xué)參參數(shù)為R1=[3，15.55，10，0.4]]T。表2-15反分分析結(jié)果RR1的計算位位移與實測測位移的誤誤差監(jiān)測點CX12(-6M)CX16(-6M)CX12(-2M)CX16(-2M)實測位移8.2510.7611.43313.51計算位移8.4811.1911.8913.18絕對誤差0.230.430.460.33相對誤差（%）2.743.984.012.432.4.3粘粘土層位移移反分析根據(jù)正交試驗法法構(gòu)造粘土土層土體力力學(xué)參數(shù)的的雛形樣本本，表2--11為正分分析粘土層層的輸入計計算參數(shù)，將將分組試驗驗參數(shù)輸入入正分析模模型進行數(shù)數(shù)值模擬計計算，由于于工況4的開挖支支護主要涉涉及粉質(zhì)粘粘土層，故故模擬計算算到工況44的位置即即可，由每每組試驗參參數(shù)計算得得到相應(yīng)的的計算位移移，本次監(jiān)監(jiān)測取基坑坑測斜孔CCX12和和CX166兩個監(jiān)測測點的-110m,--6m和-2m位置置的監(jiān)測位位移作為反反分析實測測位移數(shù)據(jù)據(jù)，因此正正分析計算算位移也應(yīng)應(yīng)CX122和CX166在-10mm,-6mm和-2m兩個個位置的計計算位移，見見表2-12，與正正交試驗法法構(gòu)造的粘粘土層土體體力學(xué)參數(shù)數(shù)一起構(gòu)建建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的訓(xùn)練雛雛形樣本。與填土土層反演方方法一樣BBP神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的輸入入層為深基基坑樁體變變形測斜位位移，輸出出層為填土土層巖土體體力學(xué)參數(shù)數(shù)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)為4××11×44，即輸入入層為4個節(jié)點，輸輸出層為44個節(jié)點，隱隱含層為111個節(jié)點點，隱含層層激活函數(shù)數(shù)采用taansigg函數(shù)，輸輸出層激活活函數(shù)采用用logssig函數(shù)數(shù)；采用LLveneebergg-Marrquarrt優(yōu)化算算法進行網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)迭代7730步收收斂，收斂斂誤差為11e-100，訓(xùn)練過過程如圖22-6。圖2-6粘土層BBP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)訓(xùn)練過程示示意圖基坑開挖到工況況4時，YCXX4和YCX66在-10mm,-6m和-2m位置置的實測位位移為u0=[244.67,,29..13,33.885,366.21,,36.447,440.377]T(單位：mmm)。把u0輸入到訓(xùn)訓(xùn)練好的神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中中進行反分分析，神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出出相應(yīng)的粉粉質(zhì)粘土層層土體力學(xué)學(xué)參數(shù)R==[10..4,334.9,,14..5,00.3]TT，把反演演輸出的力力學(xué)參數(shù)代代回正分析析的模型中中進模擬計計算，得出出相應(yīng)測斜斜孔的位移移為u1=[25..83,229.822,35..09,335.433,36..07,339.222]T,實測位移移與反分析析的力學(xué)參參數(shù)的計算算位移誤差差見表2--16。表2-16粘土土層反分析析參數(shù)計算算位移與實實測位移誤誤差監(jiān)測點CX12（-110m)CX16(-110m)CX12(-66m)CX16(-66m)CX12(-22m)CX16(-22m)實測位移24.6729.1333.8536.2136.7440.37計算位移25.8329.8235.0935.4336.0739.22絕對誤差1.160.691.240.780.671.15相對誤差（%）4.712.363.652.141.822.85由表2-16可可知，粉質(zhì)質(zhì)粘土層反反分析土體體力學(xué)參數(shù)數(shù)的位移驗驗證誤差達達到規(guī)定的的范圍之內(nèi)內(nèi)，因此可可以確定填填土層力學(xué)學(xué)參數(shù)為RR1=[100.4,34.99,144.5,0.3]]T。以上根據(jù)基坑施施工的各個個工況及相相應(yīng)時期對對地下連續(xù)續(xù)墻體變形形的監(jiān)測數(shù)數(shù)據(jù)，采用用有限差分分正分析與與BP神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合合的方式對對基坑開挖挖涉及的各各土層的土土體力學(xué)參參數(shù)進行了了反分析研研究，并對對各個土層層及相應(yīng)的的施工工況況時期地下下圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)的變形進進行驗證分分析，最終終得到基坑坑開挖各土土層土體力力學(xué)參數(shù)值值，見表22-17。表2-17各土土層土體力力學(xué)參數(shù)位位移反分析析結(jié)果參數(shù)土層Es(MPa))C（KPa）Φ（°）μ填土層75.66220.36粘土層8.230.516.90.33粉質(zhì)粘土層1.0434.914.50.3底部墊層22.514.547.50.26三XX站深基坑土土體力學(xué)參參數(shù)動態(tài)反反演§3.1XX站站深基坑基基本概況3.1.1工程程概況作為XX地鐵二二號線重點點站點的XXX站沿XX二路布布置，位于于XX二路中中段正下方方。車站以以北為XXX路與XX二路十十字路口，以以南為XXX三路與XXX二路十字字路口。站站點起訖里里程為：右右XX～右XX，有效效站臺中心心里程為右右CK3++226..157,,車站總長長534..6m。站站點土建工工程項目包包括車站主主體及通道道、出入口口、風道、風風亭。車站站南北向全全長5344.6m，標標準段寬118.5mm（軌排井井寬22..7m，南南端頭井寬寬22.55m）。車車站外包尺尺寸為534..6×188.5×112.611m（長×寬×高），車車站設(shè)有折折返線、4座獨立的的出入口和和4組風亭，出出入口用通通道與站廳廳層相通，并并預(yù)留了5座物業(yè)出出入口?？偪偨ㄖ娣e積為245568m22。車站位于XX二二路中段，車車站東側(cè)為為正在建設(shè)設(shè)中的XXXC區(qū)、西側(cè)側(cè)為XX移動公公司；折返返線東側(cè)為為XX空地，西西側(cè)為XXXD區(qū)。車站站所處位置置以北為XXX路與XX二路十十字路口，以以南為XXX三路與XXX二路十字字路口。目目前存在交交通的為XXX路、XX五路和和XX三路的的東西向車車流。圖33-1為XX站基坑坑平面示意意圖。車站主體采用地地下連續(xù)墻墻與多層Ф609××16mmm（Ф609××12mmm）鋼管支支撐作基坑坑支護體系系，基坑施施工采用分分段、分層層開挖土方方，結(jié)構(gòu)采采用明挖順順作法施工工。車站頂頂部覆土厚厚度約3..0m，車車站主體基基坑深度標標準段約為為15.889m，盾盾構(gòu)段約為為17.88m。地下連續(xù)續(xù)墻厚0..8m，深深度為28.8～24.8mm，幅段之之間采用“H型鋼”接頭。地地下連續(xù)墻墻總計219幅。圖3-1XX站基基坑平面示示意圖車站基坑保護等等級為一級級，車站結(jié)結(jié)構(gòu)采用00.8m厚厚地下連續(xù)續(xù)墻作為圍圍護結(jié)構(gòu)，選選用內(nèi)襯墻墻與圍護結(jié)結(jié)構(gòu)間設(shè)置置柔性防水水層的復(fù)合合墻，并兼兼作與內(nèi)襯襯墻共同承承受使用階階段荷載的的永久結(jié)構(gòu)構(gòu)，澆筑地地下連續(xù)墻墻結(jié)構(gòu)使用用防水混凝凝土，其強強度指標為為C30，抗抗?jié)B等級為為S8。基坑坑開挖采用用基坑分層層、分段開開挖，支撐撐與監(jiān)測及及時跟進的的方法進行行施工。開開挖遵循“時空效應(yīng)應(yīng)”理論，分分層、分段段開挖，嚴嚴格遵守“開槽支撐撐、先撐后后挖、分層層開挖、嚴嚴禁超挖”的施工原原則，縱向向放坡，根根據(jù)車站支支撐具體布布設(shè)情況，土土方分層開開挖。車站采用明挖順順作法施工工，支護結(jié)結(jié)構(gòu)采用地地下連續(xù)墻墻加鋼管支支撐系統(tǒng)。車車站基坑沿沿深度方向向設(shè)置四道道鋼支撐（局局部三道鋼鋼）支撐。基基坑鋼支撐撐均采用直直徑Ф609mmm，壁厚厚16mmm（12mmm）的鋼管管。施工中中，支撐架架設(shè)與土方方開挖兩工工序密切配配合，支撐撐遵循“開槽支撐撐、隨挖隨隨撐”的原則?；油练介_挖分分6級進行開開挖，開挖挖面標高分分別為：+19.8880m，+18.1180m，+12.1180m，+9.8880m，+6.3880m，+4.8880m。具具體開挖過過程為：開開挖表層土土至冠梁底底標高，澆澆筑冠梁；；開挖至第第一道支撐撐底標高，安安裝第一道道鋼支撐，設(shè)設(shè)于地面下下800mmm冠梁上上，并施加加鋼支撐預(yù)預(yù)應(yīng)力，然然后向下開開挖至第二二道支撐底底標高，安安裝第二道道鋼支撐，施施加預(yù)應(yīng)力力后，繼續(xù)續(xù)向下開挖挖，完成第第三、四道道鋼支撐的的安裝和預(yù)預(yù)應(yīng)力的施施加后繼續(xù)續(xù)開挖道坑坑底，澆筑筑基坑底板板。為確保保施工的順順利進行和和基坑的安安全穩(wěn)定，指指導(dǎo)施工，在在施工期間間對圍護結(jié)結(jié)構(gòu)頂部的的水平位移移和沉降位位移、地下下連續(xù)墻的的水平位移移和周邊建建筑物的沉沉降位移進進行實時監(jiān)監(jiān)測?；涌訃o結(jié)構(gòu)構(gòu)頂部的水水平位移和和沉降位移移以及周邊邊建筑物的的沉降位移移采用經(jīng)緯緯儀和水準準儀進行量量測；地下下連續(xù)墻體體水平位移移采用測斜斜儀進行量量測。3.1.2工工程地質(zhì)及及水文地質(zhì)質(zhì)條件車站位于XX一一級階地，地地勢平坦。地地形主要由由第四紀全全新統(tǒng)人工工堆積層QQ4ml組成，巖巖性為粉質(zhì)質(zhì)粘土、淤淤泥質(zhì)粉質(zhì)質(zhì)粘土、淤淤泥質(zhì)粉質(zhì)質(zhì)粘土夾粉粉土、粉質(zhì)質(zhì)粘土粉土土粉砂互層層、粉砂夾夾粉土、粉粉砂、砂類類土。一、工程地質(zhì)條條件工程勘察表明，站點地層主要由第四紀全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml）組成，巖性為粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土、粉質(zhì)粘土粉土粉砂互層、粉砂夾粉土、粉砂、砂類土。車站范圍內(nèi)各土層如下：（1-1）層雜填填土：松散散，由粘性性土、砂土土與磚塊、碎碎石、塊石石、爐渣等等建筑及生生活垃圾混混成，層厚厚0.6～2.4m。（1-2）層素填填土：褐黃黃～灰色，松松散，高壓壓縮性，粘粘性土及砂砂土為主組組成，混少少量碎石、磚磚瓦片等，層層厚1.11～1.7m。（1-3）層淤泥泥：灰黑色色，軟～流流塑，高壓壓縮性，含含有機質(zhì)及及生活垃圾圾，層厚22.8～3.9m。（3-1）層粘土土：黃褐～～褐黃～灰灰褐色，可可塑（局部部偏硬塑），中中壓縮性，含氧化鐵、鐵錳質(zhì)結(jié)核，層厚1.0～6.8m。（3-1a）層粘土土：褐黃色色，中偏高高壓縮性，含含氧化鐵、鐵鐵錳質(zhì)結(jié)核核，層厚11.0～4.2m。（3-3）層淤泥泥質(zhì)粉質(zhì)粘粘土:褐灰～深灰色，軟軟～流塑，高高壓縮性，含含有機質(zhì)、腐腐植物，局局部夾薄層層粉土，層層厚1.22～10.0mm。（3-4）層粉質(zhì)質(zhì)粘土夾粉粉土、粉砂砂：灰色、中中密，少夾夾粉質(zhì)粘土土薄層。含含長石、石石英、云母母等，層厚厚6.4～12.3mm。（3-5）層粉質(zhì)質(zhì)粘土、粉粉土、粉砂砂互層：灰灰褐色，粉粉質(zhì)粘土呈呈軟～可塑塑狀態(tài)。粉粉質(zhì)粘土軟軟～可塑，粉粉土稍～中密，粉粉砂松軟～～稍密，層層厚4.66～21.1mm。（4-1）層粉細細砂：灰色色，稍密～～中密，由由云母片、長長石、石英英等礦物組組成，土質(zhì)質(zhì)均勻，層層厚1.77～4.9m。（7-1）層粘土土：黃褐色色，可～硬塑，壓壓縮性中偏偏低，含氧氧化鐵、鐵鐵錳質(zhì)結(jié)核核、高嶺土土，分布于于里程右AAK2+8848以北北地段，層層厚2.22～7.2mm。（7-2）層粘土土：黃褐色色，硬塑，壓壓縮性中偏偏低，含氧氧化鐵、鐵鐵錳質(zhì)結(jié)核核。該層分分布于里程程右AK22+8733以北地段段，層厚11.7～8.4mm。（7-3）層粉質(zhì)質(zhì)粘土：灰灰色，可塑塑（局部軟軟塑），中中壓縮性，含含氧化鐵，云云母片及少少量腐殖物物，夾薄層層粉土。該該層分布于于里程右AAK2+8897以北北地段，層層厚0.99～9.2m。（9）層粉質(zhì)粘土夾砂砂、卵石：：褐黃～灰灰色，硬塑塑～堅硬，含鐵錳氧化物，夾粉細砂、中粗砂、礫卵石、砂卵石。該層分布于右AK2+898以北地段，層厚1.8～8.0m。（13-1）層含含碎石粉質(zhì)質(zhì)粘土：灰灰綠，硬塑塑～堅硬，成份以粘性土混粗礫砂、碎石組成，成份混雜，不均，層厚0.8～5.0m。（14-1）層半半膠結(jié)砂礫礫巖夾泥質(zhì)質(zhì)粉砂巖：：灰綠～蘭蘭灰色，主主要由砂巖巖、灰?guī)r、硅硅質(zhì)巖巖屑屑及泥質(zhì)、粉粉砂質(zhì)基質(zhì)質(zhì)半膠結(jié)而而成，層厚厚6.4～13.6m。（14-2）層半半膠結(jié)砂礫礫巖夾泥質(zhì)質(zhì)粉砂巖：：灰綠～紫紫紅色，主主要褐鐵泥泥質(zhì)、鈣質(zhì)質(zhì)膠結(jié)，具具砂狀結(jié)構(gòu)構(gòu)，塊狀構(gòu)構(gòu)造，主要要由砂巖、石石英砂巖，硅硅質(zhì)巖等巖巖屑及泥質(zhì)質(zhì)、粉砂質(zhì)質(zhì)基巖半膠膠結(jié)而成，層層厚1.00～13.1mm。二、水文地質(zhì)條條件XX市屬中國東東南季風氣氣候區(qū)，具具有夏季炎炎熱、冬季季寒冷，降降水充沛等等主要氣候候特點，年年平均氣溫溫15.99℃，極端最最高氣溫441.3℃℃，極端最最低氣溫--18℃。夏季高高溫悶熱，相相對濕度最最熱時800%，冬季季有霜凍和和降雪發(fā)生生。本地區(qū)區(qū)雨量充沛沛，多年平平均降雨量量12611.2mmm，降水多多集中在6～8月份。站點場地位于XXX一級階階地后緣，場場地內(nèi)的地地下水有上上層滯水，孔孔隙承壓水水兩種類型型：上層滯水主要賦賦存于人工工填土(Qml)層，無統(tǒng)統(tǒng)一自由水水面，大氣氣降水、地地表水和生生產(chǎn)、生活活用水滲入入是其主要要的補給來來源，勘察察測得其初初見水位埋埋深為1..0～3.6m，穩(wěn)穩(wěn)定水位埋埋深為1..2～4.3m?？紫冻袎核疄橘x賦存于一級級階地第四四系全新統(tǒng)統(tǒng)沖積（Q4al）粉質(zhì)質(zhì)粘土、粉粉土、粉砂砂互層土層層及局部分分布的粉細細砂中弱孔孔隙承壓水水，其補給給方式主要要為徑流補補給，水位位隨季節(jié)變變化大，與與XX、漢江江具有一定定的水力聯(lián)聯(lián)系，其上上覆粘性土土層及下伏伏殘積土、基基巖為相對對隔水頂、底底板。根據(jù)施工資料知知，20006年11月10日在JZ-JJSYY--W1號抽抽水試驗孔孔中測得承承壓水頭在在地面下44.65米米，相當于于絕對標高高16.337米（黃海高高程），漢漢口地區(qū)XXXI級階地承承壓水位標標高最高為為20.00m左右，承承壓水頭標標高年變化化幅度在33.0～4.0m之間間。擬建場場地地下水水對地下混混凝土及混混凝土中鋼鋼筋均無腐腐蝕性，對對地下鋼結(jié)結(jié)構(gòu)具弱腐腐蝕性。根據(jù)上述地質(zhì)、水水文資料可可知，表層層填土、淤淤積土上層層滯水，無無統(tǒng)一自由由水位。下下部粉質(zhì)粘粘土、粉土土、粉砂互互層及局部部粉砂，砂砂夾卵石層層中孔隙承承壓水，與與XX有一定定的水力聯(lián)聯(lián)系，含水水層上部透透水性差，厚厚度為100.0～16.8mm。上部粘粘性土為隔隔水頂板，下下部K-EE基巖為相相對隔水底底板。車站站基坑基本本坐落在（3-5）層粉質(zhì)粘土夾粉土、粉砂層中?？傮w而言，車站站場地內(nèi)含含水層滲透透性較差，地地下賦存的的承壓水頂頂板埋深相相對較淺，而而場地承壓壓水水頭高高。根據(jù)水水位計算，在在車站施工工時將出現(xiàn)現(xiàn)突涌，為為確保施工工期間安全全，應(yīng)對場場地地下水水的危害采采取有效措措施進行處處理。經(jīng)各種技術(shù)、經(jīng)經(jīng)濟對比分分析及根據(jù)據(jù)XX市地下下水處理的的成功經(jīng)驗驗，該場地地最經(jīng)濟可可行的承壓壓水處理方方案為采用用中深井真真空抽排降降水方案。降降水設(shè)計方方案取降水水井孔徑為為550mmm，管徑徑250mmm,孔深31..0m（降降水井孔口口標高為根根據(jù)現(xiàn)場情情況高于現(xiàn)現(xiàn)地面0..30～0.50米，基坑外外降水井孔孔亦可低于于現(xiàn)地面00.30～～0.50米），降水水井主要沿沿基坑邊布布置，距基基坑兩邊的的距離為22.5～3.0m,為保證成成井質(zhì)量，降降水井要求求采用沖擊擊成孔。對于上層滯水采采用帷幕隔隔滲，因本本場地支護護結(jié)構(gòu)采用用地下連續(xù)續(xù)墻，可有有效的隔段段上層滯水水，因此對對本場地上上層滯水不不再另設(shè)隔隔滲帷幕，基基坑內(nèi)的明明水可采用用坑內(nèi)集水水井明溝抽抽排?！?.2數(shù)值值模擬計算算模型與初初始計算參參數(shù)本文采用有限差差分軟件FLACC3D，對XX站深基基坑建立三三維數(shù)值模模型?？紤]慮到基坑平平面、支護護結(jié)構(gòu)、地地面附加荷荷載以及基基坑開挖情情況對基坑坑南部標準準段部分建建立模型，進進行有限差差分計算，數(shù)數(shù)值模型平平面圖和模模型網(wǎng)格劃劃分見圖3-2和圖3-3。圖3-2模型平平面圖（單位：m）（1）計算域范圍：：基坑開挖挖深度為115m，當當前開挖長長64m，基基坑寬188.5m。根根據(jù)基坑開開挖影響長長度方向約約為開挖深深度的3-4倍，深度度方向約為為開挖深度度的2-4倍，取基基坑沿長邊邊方向延伸伸約46mm，基坑兩兩側(cè)短邊各各延伸約440m，基基坑底部以以下取455m，到達達下部含碎碎石粉質(zhì)粘粘土層，對對計算結(jié)構(gòu)構(gòu)不會有大大的影響，即即模型尺寸寸為1100m×100mm×60m（長長×寬×高）。（2）模擬單元：地地下連續(xù)墻墻和土體采采用三維六六面體8節(jié)點的實實體單元模模擬，鋼支支撐采用33節(jié)點的梁梁單元模擬擬。（3）邊界約束：由由于模型范范圍選取足足夠大，因因此我們在在基坑的長長邊方向（X方向）兩端（X=0,X=110）施加X方向約束，基坑的短邊方向（Y方向）兩端（Y=0,Y=100）施加Y方向約束，而在模型的底面（Z=-60）施加了XYZ三個方向的約束。（4）計算中采用直直角坐標系系：坐標原原點為模型型的底面（Z=-60）處，X軸平行于基坑長邊，Y軸平行于基坑短邊。所取范圍為：X向為0－110.0m，Y向為0－100.0m，Z向為-60.0-0m。（5）材料模型：結(jié)結(jié)構(gòu)材料（地地下連續(xù)墻墻和鋼支撐撐）采用各各向同性的的彈性模型型，第四系系土體采用用彈塑性的的莫爾—庫倫模型型。FLAC3D程程序中，土土體的變形形參數(shù)采用用的是體積積模量和剪剪切模量，而而不是直接接采用彈性性模量。計計算時，需需利用下列列公式將變變形模量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為剪切切模量和體體積模量：：（3-1）式中：為泊泊松比。（6）荷載：主要有有地應(yīng)力場場、重力、地地下水和施施工荷載。對對于場地內(nèi)內(nèi)地下水下下的土體采采用有效應(yīng)應(yīng)力的方式式考慮地下下水的影響響。（7）計算模型整體體經(jīng)離散后后單元總數(shù)數(shù)72000個，節(jié)點點總數(shù)為88448個個。圖3-3模型網(wǎng)網(wǎng)格劃分圖圖根據(jù)工程地質(zhì)勘勘察報告，并并考慮提高高三維有限限差分的收收斂性和位位移反分析析的可靠性性，將模型型范圍內(nèi)土土層概括為為以下四層層：第一層層為填土層層，厚6..3m；第第二層為粘粘土層，厚厚5.4mm；第三