本發(fā)明屬于建筑工程施工，涉及一種考慮超前預(yù)測(cè)的深基坑穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

1、海漫灘地帶下深基坑的穩(wěn)定性是由地層條件、地下水分布和周邊建筑環(huán)境等多種因素綜合影響的。由于實(shí)地施工情況的復(fù)雜多樣性，實(shí)際工程往往無法完全滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求，因此在實(shí)際施工中存在一定的偏差。而工地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)又能夠追蹤反映巖土體在相應(yīng)部位的受力情況，對(duì)于指導(dǎo)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和調(diào)整具有重要的導(dǎo)向作用。因此，開展監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析方法的研究，對(duì)于深基坑穩(wěn)定性評(píng)估具有重要的工程價(jià)值和科學(xué)意義，能為提高基坑施工的安全性和效率提供有效的技術(shù)支持。

2、但目前特殊地貌下深基坑穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)存在以下問題：第一，定性方法如故障樹法和wbs法可以識(shí)別系統(tǒng)故障或事故的潛在原因，厘清影響深基坑穩(wěn)定性的因素之間的邏輯關(guān)系并進(jìn)行簡(jiǎn)明描述，但分析過程比較復(fù)雜和繁瑣，缺乏對(duì)深基坑穩(wěn)定性的更專業(yè)性質(zhì)的考量，對(duì)于近海漫灘地貌下的深基坑監(jiān)測(cè)缺乏工程經(jīng)驗(yàn)積累。而定量分析方法如topsis法系統(tǒng)考慮了影響深基坑穩(wěn)定性的因素，通過逼近理想解的思路確定客觀評(píng)分，但權(quán)重依賴于預(yù)先輸入。為了得到更優(yōu)的權(quán)重值結(jié)果常常是由不同組合的賦權(quán)方法進(jìn)行模擬輸出，不可避免帶有一定的主觀成分，同時(shí)即使是客觀賦權(quán)也會(huì)產(chǎn)生指標(biāo)權(quán)重分析與實(shí)際結(jié)果相背離的結(jié)果；第二，在以往的深基坑施工安全狀態(tài)等級(jí)劃分中，往往以專家的經(jīng)驗(yàn)將基坑穩(wěn)定性安全等級(jí)劃分為精度較低的3至4級(jí)，無法滿足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)施工環(huán)節(jié)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全的需求；第三，深基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警專注于單一現(xiàn)實(shí)橫截面，缺少對(duì)基坑穩(wěn)定性安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間序列上的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)追蹤預(yù)警。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在問題，本發(fā)明提出了一種考慮超前預(yù)測(cè)的深基坑穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)預(yù)警方法。解決了特殊施工地貌下深基坑監(jiān)測(cè)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算的可信度較低的問題，優(yōu)化了深基坑監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)追蹤預(yù)警程序，提高工程施工效率與項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性。

2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案為：

3、一種考慮超前預(yù)測(cè)的深基坑穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)預(yù)警方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

4、s1、構(gòu)建海漫灘地貌下深基坑監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系與測(cè)量系統(tǒng)；

5、s2、基于改進(jìn)g1法確定監(jiān)測(cè)指標(biāo)主觀權(quán)重；

6、s3、基于critic法對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行修正；

7、s4、確定深基坑監(jiān)測(cè)指標(biāo)綜合權(quán)重；

8、s5、基于topsis方法得出深基坑穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分值；

9、s6、特殊地貌下安全等級(jí)的細(xì)化分級(jí)；

10、s7、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)深基坑穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分值并設(shè)置預(yù)警。

11、所述步驟1具體包括：

12、s11、根據(jù)海漫灘地貌下的深基坑施工特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)施工過程中主要的變形情況、沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)和地質(zhì)構(gòu)造特征等因素，包括支護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的變形以及基坑深層次變化的監(jiān)測(cè)情況，構(gòu)建一個(gè)階梯式的層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以確定影響深基坑穩(wěn)定性的各種指標(biāo)因素；

13、s12、搭建影響深基坑安全穩(wěn)定性的多層級(jí)指標(biāo)評(píng)估模型，根據(jù)海漫灘地貌深基坑監(jiān)測(cè)需求，第一層級(jí)包括坑體主要結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境的工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；第二層級(jí)指標(biāo)包括包含地下水位、深層次變化、構(gòu)筑物水平及豎直位移、管線沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以評(píng)估地下環(huán)境對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響；

14、s13、在工程場(chǎng)地海底地貌和陸地地貌部分均設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工要求加密處理，擴(kuò)充水下淺灘和海漫灘等地貌的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集；監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括坑頂水平位移、坑頂豎向位移、深層水平位移、軸力、地下水位、周邊建筑物沉降；在基坑邊坡坡頂沿基坑四周10-20m范圍布置激光位移傳感器，同時(shí)針對(duì)支護(hù)加強(qiáng)的邊坡，在坡頂1m范圍內(nèi)額外布置一套激光位移傳感器，綜合對(duì)基坑坡頂水平和豎向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在基坑四周建筑的主要承重構(gòu)件上設(shè)置監(jiān)測(cè)靶面，在建筑基底平面設(shè)置激光棱鏡，通過ai相機(jī)對(duì)周圍環(huán)境沉降等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在深基坑海水圍堰區(qū)域加密布置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)置壓力計(jì)、靜力水準(zhǔn)儀或流速計(jì)等不同儀器組合，對(duì)海水圍堰兩側(cè)水位變化或流速變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)在基坑內(nèi)設(shè)置swy-20型鋼尺水位計(jì)，觀測(cè)精度為5mm，對(duì)地下水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

15、所述步驟2具體包括：

16、s21、從指標(biāo)層次的最底層開始計(jì)算，對(duì)同層次的各指標(biāo)因素相對(duì)上一級(jí)指標(biāo)而言的權(quán)重進(jìn)行注釋，在各層次中對(duì)各指標(biāo)的相對(duì)重要性給出一定的判斷；

17、假設(shè)指標(biāo)體系為目標(biāo)層、一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)三級(jí)，首先，計(jì)算二級(jí)指標(biāo)相對(duì)于一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，即指標(biāo)x1、x2…，xm相對(duì)于指標(biāo)x的權(quán)重，記為指標(biāo)y1、y2……yn相對(duì)于y的權(quán)重，記為然后，計(jì)算一級(jí)指標(biāo)x、y相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重，記為

18、s22、邀請(qǐng)i位專家對(duì)處在同一層次相鄰指標(biāo)的重要程度打分，分值在1～10分內(nèi)分布，相應(yīng)數(shù)值越高，所代表的指標(biāo)就越重要；評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

19、表1評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表

20、 重要程度 分?jǐn)?shù) 特別重要 9-10 比較重要 6-8 一般重要 4-5 不重要 1-3

21、s23、將獲得重要程度評(píng)價(jià)的指標(biāo)進(jìn)行排序；根據(jù)第j位專家對(duì)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行打分，按照分?jǐn)?shù)大小進(jìn)行排序，如指標(biāo)x1重要程度分?jǐn)?shù)大于指標(biāo)xn的重要程度分?jǐn)?shù)則記為x1≥xn，重要程度排序?yàn)椋?/p>

22、x1≥x2≥…≥xn；

23、s24、根據(jù)第j位專家對(duì)指標(biāo)重要程度的評(píng)分?jǐn)?shù)值，計(jì)算同層次間相鄰指標(biāo)權(quán)重大小的比值，評(píng)價(jià)指標(biāo)xk-1與xk權(quán)重之比記為：

24、

25、上式中：表示為在第j位專家打分的基礎(chǔ)上指標(biāo)xk的權(quán)重；

26、s25、以第j位專家的打分為基礎(chǔ)，計(jì)算指標(biāo)xn的權(quán)重為：

27、

28、其他指標(biāo)的權(quán)重可通過步驟s24中轉(zhuǎn)化而來的遞推公式求得，如下：

29、

30、所述步驟3具體包括：

31、s31、對(duì)指標(biāo)xj進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，記為σj，xij為第j個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第i個(gè)指標(biāo)的原始值；為m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象中指標(biāo)的平均值，計(jì)算步驟如下：

32、

33、s32、構(gòu)造n個(gè)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣r＝(rij)n×n，rij是向量xi與xj的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，其計(jì)算過程如下：

34、

35、s33、設(shè)qi為第i個(gè)指標(biāo)所含的信息量,其表達(dá)式為：

36、

37、s34、利用信息量qi計(jì)算指標(biāo)的客觀權(quán)重

38、

39、所述步驟4具體包括：

40、將改進(jìn)g1法和critic法得到的權(quán)重利用乘法歸一化法進(jìn)行組合,得到組合權(quán)重wi，計(jì)算步驟如下：

41、

42、所述步驟5具體包括：

43、s51、根據(jù)樣本構(gòu)造初始矩陣，并進(jìn)行向量標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到規(guī)范決策矩陣記為y＝(vij)m×n；

44、s52、將步驟s4中得出的組合權(quán)重代入，構(gòu)造出加權(quán)規(guī)范陣z＝(zij)m×n，加權(quán)規(guī)范陣元素計(jì)算式為：

45、zij＝wiyij，wi為改進(jìn)g1和critic法組合權(quán)重；

46、s53、確定正、負(fù)理想解和

47、

48、s54、根據(jù)正、負(fù)理想解和求出歐氏距離和即評(píng)估指標(biāo)實(shí)際值與指標(biāo)最優(yōu)值和最劣值的距離：

49、

50、s55、計(jì)算各評(píng)估指標(biāo)與最優(yōu)值的相對(duì)趨近度ci，ci值越大表示與最優(yōu)值水平越近，反之則越遠(yuǎn)：

51、

52、所述步驟6具體包括：

53、s61、定義相對(duì)趨近度與評(píng)價(jià)等級(jí)和評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2：

54、表2定義相對(duì)趨近度與評(píng)價(jià)等級(jí)和評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

55、

56、其中：el為直接經(jīng)濟(jì)損失與總投資的比值；cl為損失工期與計(jì)劃工期的比值；mw為輕傷數(shù)量；sw為重傷數(shù)量；d為死亡數(shù)量；

57、s62、為了更精細(xì)地進(jìn)行分值評(píng)定，將步驟s61定義的相對(duì)趨近度與評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系用下式表示：

58、

59、s63、根據(jù)不同指標(biāo)的權(quán)重分量計(jì)算出總評(píng)價(jià)分值，公式如下：

60、

61、其中，wi表示第i個(gè)指標(biāo)的組合權(quán)重，pi表示第i個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，m為選取的正實(shí)數(shù)，p為最終分?jǐn)?shù)值。

62、所述步驟7具體包括：

63、s71、根據(jù)步驟s13搭建的多層級(jí)指標(biāo)評(píng)估模型進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，確認(rèn)輸入層、中間層和輸出層的多層級(jí)預(yù)測(cè)體系，最終輸出層即預(yù)測(cè)結(jié)果為步驟s63目標(biāo)得到的深基坑穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)分值；

64、其中，輸入層到中間層和中間層到輸入層的計(jì)算過程為正向傳播，而將輸出的結(jié)果與期望的輸出結(jié)果進(jìn)行比較并將所產(chǎn)生的誤差利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行反饋的過程為反向傳播；

65、s72、從輸入層到中間層，引入sigmoid激活函數(shù)，對(duì)每個(gè)神經(jīng)元的輸出進(jìn)行歸一化處理：

66、

67、s73、從中間層到輸出層，引入回歸函數(shù)得出深基坑穩(wěn)定性預(yù)測(cè)值：

68、y＝∑wixi+b

69、其中：xi為中間層一級(jí)指標(biāo)的輸入值，wi為神經(jīng)網(wǎng)路學(xué)習(xí)權(quán)重，b為截距項(xiàng)；

70、s74、迭代計(jì)算時(shí)的反向傳播采用梯度下降學(xué)習(xí)法，確定優(yōu)化目標(biāo)的損失函數(shù)：

71、

72、s75、通過模型迭代學(xué)習(xí)，錄入動(dòng)態(tài)更新的深基坑穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集，超前預(yù)測(cè)出海漫灘地貌下深基坑穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)分值并根據(jù)步驟s61細(xì)化表評(píng)定等級(jí)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)循環(huán)預(yù)警效果。

73、所述步驟s1與步驟s5、s7數(shù)據(jù)復(fù)用的動(dòng)態(tài)聯(lián)系為：

74、步驟s1所收集數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理通過步驟s5得出穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分值；

75、步驟s1監(jiān)測(cè)獲取的原始數(shù)據(jù)再次錄入，以步驟s5評(píng)價(jià)分值為輸出目標(biāo)，通過步驟s7神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)下一期評(píng)價(jià)分值；

76、步驟s1數(shù)據(jù)在步驟s7中復(fù)用時(shí)要跟隨深基坑施工全過程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更新而錄入，即步驟s7數(shù)據(jù)集在步驟s5之上具有動(dòng)態(tài)更新性；

77、步驟s7錄入數(shù)據(jù)集中訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集的比例為7:2:1。

78、本發(fā)明的有益效果：

79、(1)本發(fā)明利用改進(jìn)g1-critc和topsis評(píng)價(jià)法對(duì)海漫灘地貌下深基坑穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)g1法的改進(jìn)部分使用十分制替換原方法的比值評(píng)價(jià)，更適合施工日常的評(píng)分方法，簡(jiǎn)化操作且能進(jìn)一步增加區(qū)分度。此外運(yùn)用乘法歸一法對(duì)指標(biāo)權(quán)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過該工具對(duì)改進(jìn)g1法和critic法計(jì)算得出的各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重?cái)?shù)據(jù)集中的特征值進(jìn)行歸一化處理，確保不同特征的值具有相似的尺度，從而提高數(shù)據(jù)分析的模型性能。最終使用topsis法充分利原始數(shù)據(jù)信息，對(duì)監(jiān)測(cè)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。這項(xiàng)發(fā)明解決了現(xiàn)有分析方法中指標(biāo)體系建立合理性受到專家經(jīng)驗(yàn)水平影響的難題，它能夠客觀而準(zhǔn)確地對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分配，并進(jìn)行序關(guān)系排列客觀展示深基坑穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)評(píng)分軌跡，從而提高了權(quán)重計(jì)算與評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。

80、(2)在《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和《建筑與市政地基基礎(chǔ)通用規(guī)范》的基礎(chǔ)上，結(jié)合特殊地貌下基坑監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，本發(fā)明提出了一種考慮超前預(yù)測(cè)的海漫灘地貌下深基坑穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)預(yù)警方法。通過導(dǎo)入項(xiàng)目工程深基坑關(guān)鍵指標(biāo)工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)序列，使用主客觀賦權(quán)方法組合賦權(quán)，并采用topsis方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中評(píng)價(jià)等級(jí)和評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)的對(duì)應(yīng)表劃分成5級(jí)，在分?jǐn)?shù)劃度及安全等級(jí)評(píng)定上使得深基坑穩(wěn)定性評(píng)價(jià)更為細(xì)致。

81、(3)本發(fā)明利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過模型內(nèi)部正反向傳播迭代學(xué)習(xí)，對(duì)深基坑穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分值進(jìn)行預(yù)測(cè)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在抓取工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行迭代學(xué)習(xí)，具有數(shù)據(jù)集樣本量大、樣本隨全過程監(jiān)測(cè)持續(xù)更新等優(yōu)點(diǎn)，超越了傳統(tǒng)深基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警專注于單一現(xiàn)實(shí)橫截面的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)施工安全的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)追蹤預(yù)警。