專利名稱：一種地面建筑與地下結(jié)構(gòu)作用關(guān)系測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑安全狀態(tài)檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種地面建筑物與地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用關(guān)系及安全狀態(tài)的測試與評價系統(tǒng)，特別是一種地面建筑與地下結(jié)構(gòu)作用關(guān)系測定方法，以實(shí)現(xiàn)測定地下建設(shè)工程對地面鄰近既有建筑物安全的影響和地面工程建設(shè)對近接既有地下結(jié)構(gòu)安全的影響。
背景技術(shù)：
在經(jīng)濟(jì)快速增長期間，由于受資源制約，大規(guī)模地有效利用地下空間成為當(dāng)務(wù)之急。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止至2012年10月末，我國已經(jīng)建成鐵路隧道超過7000公里，在建約4600公里；已建成公路隧道超過2900公里，并以每年150多公里的速度在增加；我國地鐵總里程 已經(jīng)達(dá)到1600多公里，2015年運(yùn)營里程將超過3000公里，2020年規(guī)劃總里程將超過6000公里。同時，地下的人防工程、過街通道、停車場、商場和儲藏庫也逐漸增加。這些地下建設(shè)工程中的爆破產(chǎn)生的振動和沖擊壓力，對周邊建筑安全產(chǎn)生影響，地下工程的開挖會不可避免地引起上覆巖土層的位移、變形甚至冒落等環(huán)境效應(yīng)，這些效應(yīng)波及到地面會使地面發(fā)生沉降、邊坡產(chǎn)生滑移或地面突發(fā)塌陷等地質(zhì)危害，并對地面建(構(gòu))筑物構(gòu)成不同程度的損害；隨著地下工程的不斷建成，會在近接地下結(jié)構(gòu)的地面區(qū)域建設(shè)高層建筑或者構(gòu)筑物，這些建(構(gòu))筑物的建設(shè)過程中的爆破、開挖及建成后的建筑物自重荷載，會使周圍巖土體應(yīng)力發(fā)生變化，從而使已建成的地下結(jié)構(gòu)周圍應(yīng)力發(fā)生變化，給地下結(jié)構(gòu)安全帶來負(fù)面影響；所以，研究地面建筑與地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)作用關(guān)系很有實(shí)用價值。目前，國內(nèi)外尚未見有報(bào)道對于地上建筑與地下結(jié)構(gòu)二者相互作用的安全評估系統(tǒng)，通常的方法是把地上建筑與地下結(jié)構(gòu)相互影響分割開來，研究更多的是地下結(jié)構(gòu)建設(shè)對地面建筑的安全影響評估，用不同的軟件數(shù)值模擬后，對結(jié)果進(jìn)行人為分析，這種分析方法的工藝復(fù)雜，計(jì)算科學(xué)性差，精確性低，耗時耗力，實(shí)用結(jié)果不理想。因此，有必要建立一套能夠快速、科學(xué)、準(zhǔn)確地評價地上建筑與地下結(jié)構(gòu)相互作用關(guān)系的測定與評價系統(tǒng)方法，為建設(shè)者和管理者提供決策依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種地面建筑與地下結(jié)構(gòu)相互作用關(guān)系的測定方法，以實(shí)現(xiàn)地下建設(shè)工程對地面鄰近既有建筑物安全的影響和地面工程建設(shè)對近接既有地下結(jié)構(gòu)安全的影響的測定和科學(xué)評價，在采用相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行安全評價的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論研究、現(xiàn)場測試、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和數(shù)值模擬，對測評內(nèi)容和評價體系進(jìn)行編程，利用分形理論、協(xié)同學(xué)理論和智能搜索算法理論與算法進(jìn)行測定和評價，實(shí)現(xiàn)測定評價結(jié)果的科學(xué)性和全面性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于ArcGIS軟件平臺進(jìn)行測定，包括圖形放大、縮小、平移；圖形和屬性數(shù)據(jù)相互查詢并在同一界面共同顯示；分析評價結(jié)果以圖、表和文檔等形式顯示；爆破振動安全評價；地表變形靜態(tài)(最終形態(tài))和動態(tài)(變形過程)計(jì)算；地面建筑自重壓力圈計(jì)算；地面建筑物損傷評價；地下結(jié)構(gòu)損傷評價；矢量數(shù)據(jù)柵格化和柵格數(shù)據(jù)矢量化，常用數(shù)值模擬軟件接口擴(kuò)展；其測定工藝包括數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、地下結(jié)構(gòu)建設(shè)對地面建筑作用評價和地面建筑建設(shè)對地下結(jié)構(gòu)作用評價三個步驟(I)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和分析評價數(shù)據(jù)庫兩部分，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包括圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，其中，圖形數(shù)據(jù)庫用于存儲地形圖、規(guī)劃圖、地質(zhì)圖、鉆孔圖、地面建筑分布圖、地下結(jié)構(gòu)分布圖；屬性數(shù)據(jù)庫包括地面建(構(gòu))筑物信息(如民用、工業(yè)、堤防等)、地下結(jié)構(gòu)信息(如地下鐵路、地下存儲、地下商業(yè)等)和地質(zhì)信息(如地層、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和地震地質(zhì)等)；分析評價數(shù)據(jù)庫包括評價標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫和評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其中，評價標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫包括爆破振動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)、地表變形相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)、地面建(構(gòu))筑物損傷評價標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)、地下結(jié)構(gòu)安全評估評價標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)；評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫用于存儲分析評價結(jié)果，經(jīng)過拓展形成圖形和屬性數(shù)據(jù)庫無縫融合的空間數(shù)據(jù)庫，便于為下一步評價提供中間過程結(jié)果，或者為今后查閱提供依據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的國家規(guī)范整理后存儲到數(shù)據(jù)庫中，同時根據(jù)工程現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)、理論研究、數(shù)值試驗(yàn)和相似材料試驗(yàn)的手段獲得相關(guān)研究成果，對數(shù)據(jù)庫中評價標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)進(jìn)行豐富和完 盡.
口 ，(2)地下結(jié)構(gòu)建設(shè)對地面建筑作用評價，包括爆破振動安全評價、地表變形預(yù)計(jì)、地面建筑自重壓力圈計(jì)算和地面建筑物損傷評價；爆破振動安全評價對已知爆心到測點(diǎn)距離進(jìn)行最大藥量計(jì)算、已知最大藥量計(jì)算爆破振動的安全距離、爆破振動強(qiáng)度、地面結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移響應(yīng)值和地面建筑物受爆破振動影響的綜合評價，并通過建立計(jì)算模型，把計(jì)算結(jié)果存儲到評價數(shù)據(jù)庫中；地表變形預(yù)計(jì)進(jìn)行地表變形靜態(tài)(最終形態(tài))和動態(tài)(變形過程)預(yù)計(jì)，采用改進(jìn)的PECK公式和隨機(jī)介質(zhì)理論公式進(jìn)行地表變形靜態(tài)(最終形態(tài))預(yù)測；采用自主研發(fā)的分形插值計(jì)算方法計(jì)算地表變形動態(tài)過程中的變形值，并把相對應(yīng)的圖形和計(jì)算結(jié)果存儲到評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫；地面建筑物損傷評價分別對混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式的建筑物現(xiàn)場勘查結(jié)果進(jìn)行損傷評價，通過建立數(shù)值模型，利用自主研發(fā)的建筑物損傷預(yù)測計(jì)算模型，對地下結(jié)構(gòu)建設(shè)引起的對地面建筑物損傷進(jìn)行綜合評價，并把評價結(jié)果存儲到評價據(jù)庫中；(3)地面建筑建設(shè)對地下結(jié)構(gòu)作用評價，包括測定計(jì)算地面建筑基坑開挖引起應(yīng)力釋放后的巖土體的變形和地下結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移變化情況，地下結(jié)構(gòu)襯砌受力情況和裂縫；測定計(jì)算地面建筑基坑爆破振動對地下結(jié)構(gòu)的影響；測定計(jì)算建筑物自重荷載引起的壓力圈對地下結(jié)構(gòu)的影響，通過建立分析模型，把測定計(jì)算結(jié)果存儲到評價數(shù)據(jù)庫中，完成地面建筑與地下結(jié)構(gòu)作用關(guān)系的測定。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其測定原理可靠，測定工藝步驟簡單，測定精確度高，測定技術(shù)設(shè)備先進(jìn)，穩(wěn)定性好，可以廣泛用于各種地面建筑與地下結(jié)構(gòu)的安全作用關(guān)系測定
與預(yù)警。


圖I為本發(fā)明的主體工藝步驟流程結(jié)構(gòu)原理示意框圖。圖2為本發(fā)明涉及的測定系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖3為本發(fā)明涉及的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建流程結(jié)構(gòu)原理示意框圖。
圖4為本發(fā)明涉及的地下結(jié)構(gòu)建設(shè)對地面建筑作用評價流程原理示意圖。圖5為本發(fā)明涉及的地面建筑對地下結(jié)構(gòu)作用評價流程結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。實(shí)施例本實(shí)施例基于ArcGIS軟件平臺進(jìn)行測定，包括圖形放大、縮小、平移；圖形和屬性數(shù)據(jù)相互查詢并在同一界面共同顯示；分析評價結(jié)果以圖、表和文檔等形式顯示；爆破振動安全評價；地表變形靜態(tài)(最終形態(tài))和動態(tài)(變形過程)計(jì)算；地面建筑自重壓力圈計(jì)算；地面建筑物損傷評價；地下結(jié)構(gòu)損傷評價；矢量數(shù)據(jù)柵格化和柵格數(shù)據(jù)矢量化，常用數(shù)值模擬軟件接口擴(kuò)展；其測定工藝包括數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、地下結(jié)構(gòu)建設(shè)對地面建筑作用評價和地面建筑建設(shè)對地下結(jié)構(gòu)作用評價三個步驟 (I)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和分析評價數(shù)據(jù)庫兩部分，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包括圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，其中，圖形數(shù)據(jù)庫用于存儲地形圖、規(guī)劃圖、地質(zhì)圖、鉆孔圖、地面建筑分布圖、地下結(jié)構(gòu)分布圖；屬性數(shù)據(jù)庫包括地面建(構(gòu))筑物信息(如民用、工業(yè)、堤防等)、地下結(jié)構(gòu)信息(如地下鐵路、地下存儲、地下商業(yè)等)和地質(zhì)信息(如地層、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和地震地質(zhì)等)；分析評價數(shù)據(jù)庫包括評價標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫和評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其中，評價標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫包括爆破振動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)、地表變形相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)、地面建(構(gòu))筑物損傷評價標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)、地下結(jié)構(gòu)安全評估評價標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)；評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫用于存儲分析評價結(jié)果，經(jīng)過拓展形成圖形和屬性數(shù)據(jù)庫無縫融合的空間數(shù)據(jù)庫，便于為下一步評價提供中間過程結(jié)果，或者為今后查閱提供依據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的國家規(guī)范整理后存儲到數(shù)據(jù)庫中，同時根據(jù)工程現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)、理論研究、數(shù)值試驗(yàn)和相似材料試驗(yàn)的手段獲得相關(guān)研究成果，對數(shù)據(jù)庫中評價標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)進(jìn)行豐富和完盡.
口 ，(2)地下結(jié)構(gòu)建設(shè)對地面建筑作用評價，包括爆破振動安全評價、地表變形預(yù)計(jì)、地面建筑自重壓力圈計(jì)算和地面建筑物損傷評價；爆破振動安全評價對已知爆心到測點(diǎn)距離進(jìn)行最大藥量計(jì)算、已知最大藥量計(jì)算爆破振動的安全距離、爆破振動強(qiáng)度、地面結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移響應(yīng)值和地面建筑物受爆破振動影響的綜合評價，并通過建立計(jì)算模型，把計(jì)算結(jié)果存儲到評價數(shù)據(jù)庫中；地表變形預(yù)計(jì)進(jìn)行地表變形靜態(tài)(最終形態(tài))和動態(tài)(變形過程)預(yù)計(jì)，采用改進(jìn)的PECK公式和隨機(jī)介質(zhì)理論公式進(jìn)行地表變形靜態(tài)(最終形態(tài))預(yù)測；采用自主研發(fā)的分形插值計(jì)算方法計(jì)算地表變形動態(tài)過程中的變形值，并把相對應(yīng)的圖形和計(jì)算結(jié)果存儲到評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫；地面建筑物損傷評價分別對混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式的建筑物現(xiàn)場勘查結(jié)果進(jìn)行損傷評價，通過建立數(shù)值模型，利用自主研發(fā)的建筑物損傷預(yù)測計(jì)算模型，對地下結(jié)構(gòu)建設(shè)引起的對地面建筑物損傷進(jìn)行綜合評價，并把評價結(jié)果存儲到評價據(jù)庫中；(3)地面建筑建設(shè)對地下結(jié)構(gòu)作用評價，包括測定計(jì)算地面建筑基坑開挖引起應(yīng)力釋放后的巖土體的變形和地下結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移變化情況，地下結(jié)構(gòu)襯砌受力情況和裂縫；測定計(jì)算地面建筑基坑爆破振動對地下結(jié)構(gòu)的影響；測定計(jì)算建筑物自重荷載引起的壓力圈對地下結(jié)構(gòu)的影響，通過建立分析模型，把測定計(jì)算結(jié)果存儲到評價數(shù)據(jù)庫中，完成地面建筑與地下結(jié)構(gòu)作用關(guān)系的測定。本實(shí)施例涉及的PECK公式為
權(quán)利要求
1.一種地面建筑與地下結(jié)構(gòu)作用關(guān)系測定方法，其特征在于其測定工藝包括數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、地下結(jié)構(gòu)建設(shè)對地面建筑作用評價和地面建筑建設(shè)對地下結(jié)構(gòu)作用評價三個步驟 (1)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和分析評價數(shù)據(jù)庫兩部分，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包括圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，其中，圖形數(shù)據(jù)庫用于存儲地形圖、規(guī)劃圖、地質(zhì)圖、鉆孔圖、地面建筑分布圖、地下結(jié)構(gòu)分布圖；屬性數(shù)據(jù)庫包括地面建筑物信息、地下結(jié)構(gòu)信息和地質(zhì)信息；分析評價數(shù)據(jù)庫包括評價標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫和評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其中，評價標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫包括爆破振動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)、地表變形相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)、地面建筑物損傷評價標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)、地下結(jié)構(gòu)安全評估評價標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)；評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫用于存儲分析評價結(jié)果，經(jīng)過拓展形成圖形和屬性數(shù)據(jù)庫無縫融合的空間數(shù)據(jù)庫，便于為下一步評價提供中間過程結(jié)果，或者為今后查閱提供依據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的國家規(guī)范整理后存儲到數(shù)據(jù)庫中，同時根據(jù)工程現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)、理論研究、數(shù)值試驗(yàn)和相似材料試驗(yàn)的手段獲得相關(guān)研究成果，對數(shù)據(jù)庫中評價標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)進(jìn)行豐富和完善； (2)地下結(jié)構(gòu)建設(shè)對地面建筑作用評價，包括爆破振動安全評價、地表變形預(yù)計(jì)、地面建筑自重壓力圈計(jì)算和地面建筑物損傷評價；爆破振動安全評價對已知爆心到測點(diǎn)距離進(jìn)行最大藥量計(jì)算、已知最大藥量計(jì)算爆破振動的安全距離、爆破振動強(qiáng)度、地面結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移響應(yīng)值和地面建筑物受爆破振動影響的綜合評價，并通過建立計(jì)算模型，把計(jì)算結(jié)果存儲到評價數(shù)據(jù)庫中；地表變形預(yù)計(jì)進(jìn)行地表變形靜態(tài)和動態(tài)預(yù)計(jì)，采用改進(jìn)的PECK公式和隨機(jī)介質(zhì)理論公式進(jìn)行地表變形靜態(tài)預(yù)測；采用自主研發(fā)的分形插值計(jì)算方法計(jì)算地表變形動態(tài)過程中的變形值，并把相對應(yīng)的圖形和計(jì)算結(jié)果存儲到評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫；地面建筑物損傷評價分別對混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式的建筑物現(xiàn)場勘查結(jié)果進(jìn)行損傷評價，通過建立數(shù)值模型，利用自主研發(fā)的建筑物損傷預(yù)測計(jì)算模型，對地下結(jié)構(gòu)建設(shè)引起的對地面建筑物損傷進(jìn)行綜合評價，并把評價結(jié)果存儲到評價據(jù)庫中； (3)地面建筑建設(shè)對地下結(jié)構(gòu)作用評價，包括測定計(jì)算地面建筑基坑開挖引起應(yīng)力釋放后的巖土體的變形和地下結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移變化情況，地下結(jié)構(gòu)襯砌受力情況和裂縫；測定計(jì)算地面建筑基坑爆破振動對地下結(jié)構(gòu)的影響；測定計(jì)算建筑物自重荷載引起的壓力圈對地下結(jié)構(gòu)的影響，通過建立分析模型，把測定計(jì)算結(jié)果存儲到評價數(shù)據(jù)庫中，完成地面建筑與地下結(jié)構(gòu)作用關(guān)系的測定。
全文摘要
本發(fā)明屬于建筑安全狀態(tài)檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種地面建筑與地下結(jié)構(gòu)作用關(guān)系測定方法，基于ArcGIS軟件平臺進(jìn)行測定，包括圖形放大、縮小、平移；圖形和屬性數(shù)據(jù)相互查詢并在同一界面共同顯示；分析評價結(jié)果以圖、表和文檔等形式顯示；爆破振動安全評價；地表變形靜態(tài)和動態(tài)計(jì)算；地面建筑自重壓力圈計(jì)算；地面建筑物損傷評價；地下結(jié)構(gòu)損傷評價；矢量數(shù)據(jù)柵格化和柵格數(shù)據(jù)矢量化，常用數(shù)值模擬軟件接口擴(kuò)展；其測定原理可靠，測定工藝步驟簡單，測定精確度高，測定技術(shù)設(shè)備先進(jìn)，穩(wěn)定性好，可以廣泛用于各種地面建筑與地下結(jié)構(gòu)的安全作用關(guān)系測定與預(yù)警。
文檔編號G06F17/30GK102967481SQ20121054051
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者于廣明, 袁長豐, 王彬, 王靜, 王偉 申請人:青島理工大學(xué), 重慶睿安特盾構(gòu)技術(shù)有限公司