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1、本科毕业设计（论文）基于灰色系统理论的深基坑边坡稳定性研究学 院： 土木工程 专 业： 测绘工程 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 28摘要进入21世纪以来，随着城市化进程的加速，我们身边的高层建筑也越来越多。高层建筑的施工必然会带来大量的深基坑的开挖与支护，但是由于地质构造的错综复杂以及土体性质的高度不确定性，加上诸多人为的因素，使得深基坑工程边坡稳定性研究成为新的学术性问题。传统的深基坑边坡稳定性分析方法受着大量不确定性因素的制约，深基坑边坡稳定性的研究必须考虑到各种不确定性的因素，这是发展的必然趋势。本文结合灰色系统理论，以深基坑边坡系统作为一个灰色系统进行建模，首先对基坑实测
2、数据进行灰色关联分析，在分析的基础上选取最优数列，建立灰色GM（1，N）模型。由模型计算得出预测值，与实测值拟合、比较，并进行精度检验。结果表明，拟合、预测误差较小，效果较好。研究得出，利用灰色建模可以跟踪基坑边坡支护结构的变形情况，而灰色关联分析在预防基坑失稳的问题上有着指导意义。灰色系统理论在深基坑边坡稳定性研究中，既有效又实用，有着良好的发展前景。关键词：深基坑工程；边坡稳定性；灰色建模；灰色关联分析AbstractEnter since twenty-first Century, the city changes the acceleration of the process, the
3、re are more and more high-rise buildings.The high-rise building construction will bring a lot of deep foundation pit excavation and supporting.But because of the geological structure of the perplexing and soil properties of highly uncertainty, plus many man-made factors, the study on slope stability
4、 of deep foundation pit engineering becomes the new academic problems.While the traditional deep foundation pit slope stability analysis method by many uncertainty factors, deep foundation pit slope stability research must take into account various uncertain factors, which is the inevitable trend of
5、 development. Based on the grey system theory, to deep foundation pit slope system as a grey system modeling, first of all on the foundation of measured data of gray correlation analysis, on the basis of the analysis of choosing the optimal sequence, to establish the gray GM (1, N) model.The model c
6、alculated by comparison between the predicted and measured values fit, test precision.The results show that, the fitting, prediction error is small, effect is good. Paper, grey system theory in deep foundation pit slope stability study, both effective and practical, having good development prospect.
7、Use of gray model can track the slope of foundation pit supporting structure deformation, and the grey relational analysis in the prevention of instability of foundation pit on the problem is of great guiding significance.Key words：Deep Foundation Excavation；Slope Stability；Gray Prediction； Gray Cor
8、relation Analysis目 录1 绪论11.1 前言11.2 研究现状11.2.1 深基坑工程研究现状11.2.2 灰色系统理论研究现状31.3 研究意义41.4 论文的组织与安排42 灰色系统理论52.1 灰色系统理论概论52.2 灰色系统理论的基本概念62.3 灰色关联度分析72.4 GM(1,N)模型113灰色系统理论在深基坑边坡中的应用143.1 工程概况143.2 工程数据灰色关联度分析173.3深基坑边坡稳定性的拟合与预测194 结论与展望264.1 结论264.2 展望26致谢27参考文献281 绪论1.1 前言近年来，高层建筑的迅速发展和地下空间的充分利用，促进了深基
9、坑的发展。但是由于地层构造错综复杂，土地性质的高度不确定性,加上设计与施工管理的不善，因此深基坑边坡失稳垮塌是深基坑工程中常见的事故形式之一，给社会和人民造成了巨大的经济损失。传统的深基坑边坡稳定性分析方法在客观上存在着大量的不确定性，充分考虑由各种因素引起的不确定性是边坡稳定性研究的发展趋势。 虽然基坑变形是多种不确定性因素共同作用的结果，但是其变形系统的实质是一个灰色系统，所以，可以采用灰色系统理论对深基坑变形进行预测。根据灰色系统理论，建立基坑变形的预测模型，并利用工程的实际监测数据进行关联分析，建立灰色模型，计算得出拟合预测数据，根据预测数据及时准确的判断基坑支护结构所处的安全状态。这
10、些方面的应用研究，在基坑建设中有着极为重要的意义。1.2 研究现状1.2.1 深基坑工程研究现状深基坑既是岩土工程的问题，也是结构工程的问题，在深基坑边坡稳定性的研究上，需要考虑的问题包括不同的土质条件、施工技术、设备水平等多个因素。目前来说，在深基坑的研究领域，提出了许多新的课题，特别是深基坑的复杂受力特征、土木工程性质的复杂性和不确定性以及土力学计算模型的近似假定和实际情况的出入等，使深基坑支护的研究越来越受到人们的重视。深基坑稳定性分析可分为无支护基坑和有支护基坑两种。对于无支护基坑来说，它的稳定性主要取决于开挖边坡的稳定性。边坡的稳定计算按极限平衡理论主要有毕肖普法和简单的普遍条分法，
11、此外，边坡的稳定还可以用塑性极限分析和模糊极值理论。目前国内外预测深基坑稳定性的计算理论虽然很多，但是对基坑周围移动性状进行预测的方法却不多。深基坑边坡稳定性分析中存在大量的主观和客观上的不确定性问题，运用概率论与数理统计、模糊数学、神经网络等理论和方法对其进行分析与评价，减少人为主观因素的影响，提高分析与评价的可靠性，均起到了很好的作用，然而，对于边坡稳定性分析与评价这样一个如此复杂多变的问题，传统理论在实际应用中还是显示出了不少缺陷。边坡稳定性分析与评价面临有限数据的困扰，边坡岩体的复杂性和少量的试验难以覆盖边坡岩体结构和性质在分布上的不均匀性，同时大量的相关信息无法揭露，隐藏在边坡岩体的
12、变形和破坏的表面现象之中。这些都为灰色系统理论在深基坑边坡稳定性分析中的应用提供了可能性。深基坑工程是当前岩土工程项目的研究热点，技术复杂、综合性很强，同时还面临提高工程质量、减少事故发生的发展要求。深基坑主要包括基坑支护体系设计与施工和土方开挖，作为综合的系统工程，它要求岩土工程和结构工程的技术人员密切配合。深基坑作为一个工程，也有一下的特点：(1)深基坑工程的临时性深基坑的支护体系是临时工程，一旦地下工程施工完毕就不再需要了。(2)深基坑工程具有很强的区域性岩土工程的区域性强，岩土性质千变万化，地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、不均匀性等，深基坑的开挖必须因地制宜。(3)深基坑工程具有较
13、强的时空效应深基坑的深度和平面形状，对深基坑的稳定性和变形有较大的影响。(4)深基坑工程具有较强的环境效应深基坑工程的开挖必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变，导致周围土体的变形，并对周围建筑产生影响而深基坑边坡支护结构变形的情况，也主要分为以下两种情况：(1)支护结构变形 深基坑开挖时，开挖面土体由原来的无限体弹性状态改变为半无限体弹塑性状态，状态的改变必然引起应力的重新分布。在应力重新分布过程中，开挖面土体产生了水平向的土压力不平衡，土压力不平衡导致支护结构产生水平向变形和位移，从而改变基坑内外围土体的原始应力状态而引起地层移动。基坑开挖时，支护结构在内侧卸去原有土压力，受基坑外侧
14、主动土压力，坑底支护结构内侧受全部或部分被动土压力，不平衡土压力使支护结构产生变形或位移。支护结构的变形和位移又使主动土压力区和被动土压力区的土体发生位移，支护结构外侧主动土压力的土体向坑内移动，使背后土体水平应力减小，剪应力增加，当剪应力接近抗剪强度时，出现了塑性区，如果剪应力继续增大，超过抗剪强度时土体会发生塑性破坏，破坏的结果导致支护结构后土体在垂直方向的地层移动，当移动波及地表时，则发生地表沉降现象；而在开挖面以下的被动区土体向坑内移动，使坑底水平向应力增大，导致坑底土体剪应力增大而发生水平向挤压和向上隆起位移。支护结构变形不仅使支护结构外侧发生地层损失而引起地表沉降，而且还使支护结构
15、外侧塑性区扩大，因而增加了支护结构外侧土体向坑内移动和相应地坑内隆起，支护结构变形是引起周围地层移动的重要原因。(2)支护结构后地表沉降 当开挖深度较大且土质软弱时，基坑周围土体塑性区范围较大，土体的塑性流动也比较大，土体从支护结构外围向坑内和坑底移动，由此使支护结构后地表产生地层沉降，这是地表沉降的主要原因。同时由于支护结构后缘土体存在着“主应力拱形圈”，当支护结构水平位移值达到一定程度时，位于“主应力拱形圈”内的土体其塑性状态表现得更为明显，当土体的剪切力超过土体的抗剪强度时，将沿着“主应力拱形圈”的界面发生剪切滑移失稳，造成土层产生不均匀沉降。目前，深基坑边坡安全预警的主要内容是进行边坡稳定性评价，利用深基坑支护结构的位移检测数据进行建模，预测边坡的变化发展趋势。对边坡的稳定性分析主要有极限平衡法和不确定性分析法。以确定论为指导思想的传统的极限平衡法，存在着各种假定和适用范围，但是地质条件的不确定因素太多，所以在实际运用中出现了不少的缺陷。而这些传统方法所面临的难题，数
