用简化的模型来评估相邻建筑物基坑的潜在伤害

毕业设计（论文）外文翻译题目张自忠路下沉地道工程支护及施工组织设计专业岩土工程班级学生指导教师用简化的模型来评估相邻建筑物基坑的潜在伤害马特SCHUSTER1戈登董建华下巴KUNG2CHSEIN与主题,F。ASCE3优素福MA哈沙什,MASCE4文摘本文提出了一个简化的模型来评估建筑物相邻基坑开挖潜在危害。新开发几个组件包括模型估算横向地面运动剖面,角变形和横向应变在一个毗邻建筑物的破坏潜力的挖掘。这些新发展以及现有的模型配置文件集成到提出垂直地面移动的简化模型。病历是用来验证发达简化的模型。此外,这种不确定性在发达模型量化,使一个概率的评估开挖引起建筑物的潜在伤害。一个例子概率评估提出了破坏建筑物的潜力。DOI101061/ASCEGT194356060000161主题词开挖支撑建筑损伤偏转解决应变不确定性原则概率。介绍一个基坑开挖的设计和建设在城市地区是一个意义重大的事业,需要确保开挖的稳定和最小化的影响比邻建筑。在城市地区预防相邻建筑物开挖引起损伤归因于控制设计。在这个方面,这是基本能够评估建筑开挖造成的一个潜在的损害。早期大部分的工作在聚焦于开挖引起建筑物损伤，重点发展一个经验关系在角变形和水平的伤害。SKEMPTON和麦克唐纳1956；POLSHIN和TOKAR1957年；,BJERRUM1963）。随后BURLAND和WROTH（1974）相关的理论对相邻建筑物拉伸变形以深厚的各向同性梁模型和采用偏转率作为评价标准。2005年FINNOETAL进一步发展用挠度比作为层压板梁模型评价标准。额外的研究由OROURKEETAL。1976年OROURKEETAL和1989年BOSCARDIN和CORDING也证明了水平地面应变显著影响建筑物的水平损伤。包括这个效果,BOSCARDIN1989SON和CORDING2005提出了评估建筑应变评价标准。另外,一个评价标准由布恩1996提出布恩2001年根据裂缝宽度也发展到包括效应菌株的水平。使用以前的研究为基础,用简化的模型来评估一个毗邻建筑开挖潜在的损害。确定性和概率评估的毗邻建筑的潜在伤害是该模型执行的框架。图1,图一挖掘效果的原理图这说明了一个支撑开挖在软到中等粘土可能造成的影响,是阐述了对开挖诱发建筑损坏提出的必要评估。随着开挖深度的增加,支护墙将由于压力增大。墙挠度在给定开挖阶段,显示在图1,使地面横向和垂直地面运动。这个横向和垂直地面运动然后引起建筑物变形随着建筑被扭曲、拉伸。开发建设的程度和构件扭曲的发展取决于土相互作用的影响。作为建筑歪曲和较大的拉伸的开发,增伤害加开始发生在建筑物。因此,一个全面的过程分析毗邻建筑开挖造成的损害至少涉及三个主要方面1确定横向和垂直地面移动走势图2估计的角变形量和建筑基于地面运动、建筑性质,土的结构的交互的横向应变的发展3基于角变形和横向应变的引起建筑物损坏的评估。图2说明了流动的各种组件提出的模型来评估开挖引起建筑物的潜在伤害。1研究助理,土木工程部门,克莱姆森大学。,克莱姆森,SC29634。电子邮件MJSCHU23HOTMAILCOM2助理研究员，可持续环境研究中心国家程龚大学,台南,台湾。电子邮件TCKUNG邮件及EDUTW3教授,土木工程,克莱姆森大学，克莱姆森,SC。29634还任命为讲座教授的土木工程、国家中央大学。,JHONGLI城市,32001,台湾桃园县对应作者。电子邮件HSEINCLEMSONEDU4副教授,土木及环境工程部门,MC250,伊利诺伊州大学的分校,205N马修斯大街,乌尔班纳,IL61801。电子邮件HASHASHILLINOISEDU注意。这手稿提交3月19日,2008批准2009年6月2日,在线发表在2009年6月4日。讨论期间开到2010年5月1日,单独的讨论必须提交个人论文。本文是岩土工程的一部分,第四届大地工程,卷。135年,12号,2009年12月1日。土木,ISSN10900241/2009/1218231835/2500。图2提出的建筑物损害评价使用过程始于收集开挖的相关信息和建筑物上的要求。基于这数据,垂直和横向地面运动第一步决定。横向和纵向地面运动的确定需要许多步骤涉及的决定因素有最大壁偏转,形变率,最大垂直地面运动到最大墙偏转HM和比率最大水平地面运动最大壁偏转,最大垂直地面运动虚拟机,最大侧地面运VRLR动,垂直和水平地面移动概要和在任何给定的距离在墙上。一旦决定垂直和水VML平地面移动配置文件。提取大厦的相关信息角变形和横向应变开发建筑物内的L估计与实证模型（第二步）。最后,计算角变形和横向应变。在一个建筑,一个新的术语,称为潜在危害指数DPI。这指数随着建筑物变形模式下垂然后被用来评估建筑损坏潜在的危害（第三步）。首先介绍了摘要和建筑损伤评估DPI标准。这是紧随其后的是演示实证模型的角变形和横向应变,这两个参数需要测定DPI。然后,模型开挖，诱发地面运动,所需的角变形的决定和横向应变提出。最后,整个评估过程不确定性导致决定的DPI评估建设的潜在的伤害通过一个概率来执行。SON和绳索2005年制定用于提出的DPI标准，评估建筑损坏DPI模型程序对于评估建筑损坏是一个最大主拉应变,P,的修改后者提供了一个综合评价程序与一组设计图表。而SON和绳索2005程序的很有见地提出了评价与这个过程需要独立分析它的组件。本文尝试开发一个完整的算法,实现了在图2整个过程描述。这个算法的发展首先定义DPI,舒斯特尔表示ETAL。20081102/PDI在和角变形,是横向应变,COSSINCOSMAXAX2MAXLL,这是SON和绳索2005从垂直平面裂纹形成的方向的测量。/TN/11MAXL在DPI的推导提出了以后。许多先前的研究如。,BJERRUM1963BURLAND和GRANT的1974BOSCARDIN和绳索1989显示限制角变形,这个建筑据说发生超过此结构损伤大约是在范围的1/100到1/200。把上界的角变形1/100和假设0L因而,马克斯,名义上的上界估计的为1/200。通过规范计算对这个45MAXPP上界值1/200,然后扩展它的因子,该指数是100DPI制定。定义,DPI一般落在范围为0至100之间。当然,DPI可以大于100如果计算1/200。然而,在这种情况P下,角变形将大于1/100,远远大于极限角失真的1/150BJERRUM1963年推荐的结构损伤几乎肯定会发生。因此,在这样情况下基于DPI损伤这将是不必要的评估。它的一个优势是提供了相对测量的最大主应变DPI概念,更喜欢这个概念的相对密度比和绝对孔隙比。用这个方式,建筑损坏可用评估为一个相对而言的DPI值,拿24说,而不是一个绝对最大主应变值。使用DPI概念是一个浅显易懂的评3109价标准见表1,稍后讨论。解释计算DPI开发评估准则,垂直地面的影响变形模式与松弛负,见图3图3建筑下沉破坏模式应该被认为是建立损伤。一般来说,建筑所造成的损害占用模式比下垂模式更严重，因为前者,拉伸裂缝发展早,快的上层建筑的一部分。通过之前的调查人员这种现象是一个很好的认识,1974SON和BURLAND和绳索2005。事实上,和WORTH1974BURLAND假定一个建筑的底部中性轴的翘曲变形建筑模拟。此外,布恩1996提供了另一个位置中性轴的方程,根据地面变形模式可以采用。因此,本文提出一个简化的方案,建筑的潜在伤害对于这个效应的变形模式发掘在软到中等黏土。这简化计划是建立基于拐点的地面变形模式的观察的位置中说明（图4）,这表明,建筑位于一个距离D/他14从挖掘其中D的距离这个建筑坐落在开挖和他是挖掘深度进行松弛变形,和建筑物位于一个距离远比D/14从开EH挖翘曲变形进行。它应该被强调提出了边界的D/14代表一个一阶近似作为EH这个边界取决于许多因素。然而,这一观察发现三个案例的结果和劳瑞例宫ETAL。2007有限元分析的结果通常是一致。提出了一系列拐点由布恩2003见图4。图4拐点的损伤模式前面所讨论的地面变形的影响模式基于DPI在表1中纳入评估标准列，六个级别的建筑损坏是划定DPI值。在这个范围的DPI值下垂，首先建立了基于汹涌的1974BURLAND提出的临界拉伸菌株的不同损坏。因为伤害将发生在低水平的角变形为负变形比下垂变形FINNO2005年提到。,DPI范围值理论上翘曲应低于相应的范围值的DPI在同一损害水平下垂。因此,DPI的范围值为负是略有减少的范围的DPI值基于工程判断下垂。用标准表1中提出来验证占,超过75情况下从数据库中选择的情况下提出了布恩ETAL。1999年,布恩2001年,由主要的建筑物接受拱变形,本评估使用表1。对于这个评价,一个术语叫预测精度指数,定义为预计的破坏之间的区别水平和观察损伤水平,介绍。作为一个例子,如果损坏的建筑物被观察到“严重”,但估计只有“温和”基于占用标准表1中列出,然后将UNDERPREDICTED损害由1损坏的程度,因而,PAI1。另一方面,如果损坏的一个案例是由1OVERPREDICTED损坏的程度,该指数将白1。可以看到在图5,大部分例大约80被正确分类。这些结果持范围的值为负,DPI成立都列在表1。图5。评估DPI变形范围总之,DPI这个1和基于DPI评估表1中列出的标准开发基于过去的引用先QE前的调查。加上过程显示在图2中,这个模型提供了一个建筑相邻基坑开挖造成的潜在伤害简单的工具DPI评估。一个建筑模型的角变形和横向应变两个参数角变形和横向应变是DPI必需的测定。在本节中,给出了确定这两个参数。这些模型被确定为2的组件拟建建筑物损害评价程序图2。在一个建筑形成的角变形和横向应变是严重依赖于土结构相互作用。最近,SON和绳索2005提出了他们综合研究成果,认为土的结构的影响建筑交互估计的角变形。近似的角变形是作为一个函数，地面坡度的变化GS、结构开裂应变、,和土刚度T比ES/GHB，在这里ES是土壤刚度，受该地区的地位影响,L是建筑部分受到地2L面运动的长度,G是建筑的弹性的剪切模量,H是建筑的高度,B是建筑墙厚度。此外,BOSCARDIN和绳索1989年提出了一个方法在年级方面建筑的影响,梁刚度在外侧应变的评价。特征的横向应变为函数横向应变地面和年级梁土刚度比EGA/LGL,ESHS,ES是土壤刚度,H是深度挖掘,S年代是间隔的年级光束垂直于边缘的挖掘,是弹性模量的地基梁,A是地基梁的横截面积。GESON和绳索2005在形成的基础对于发展中回归模型和角变形横向应变在目前的研究中提交的数据。应该指出的是,回归模型在本文制定是相对简单的,但能产生令人满意的结果。此外,该模型可以在一个电子表格或由手工计算很容易实现,802R和输入这些方程可以很容易的被评估在框架模型的提出DPI。因此,这些模型被认为是更实际的是比图表形式的解决方案使用，尤其是对一个工程师愿意在一个电子表格做计算。这些模型也可以促进评估开挖引起建筑物的破坏概率。估计的角变形和横向应变开发简化经验模型SON2003年在估算角变形和横向应变建立的一个建筑的一个数据组183例。应该指出的是,在这个数据集,多为海湾部分从相同的建筑作为单独的情况下在回归分析提出。不包括非关键海湾的数据的只有142例,SON和绳索在2005年报道。这个数据集是由例子广泛的的地面沉降和横向地面运动应用到广泛的建筑与不同的刚度和裂缝延生。对于每个案例,在地面上运动和建筑性能随着角变形和横向应变详细的信息,收集与可用的一个建筑。正如前面所讨论的,估计角变形在一个建筑需要在地表沉降剖面（KUNGETAL2007B）和建筑性能信。因下包括输入参数作为预定的经验角变形模型表面沉降槽的地面坡度GS（）、表面沉降槽年代的沉降差（MM）、土刚度比ES/GHB,310S2L结构开裂应变。它应该注意,可以获得GS和，KUNGJUANGHSAIOTHASHASHKJHHMETHODKUNGETAL2007B,以及通过其他方法,通过确定垂直运动正面和背面的一个特定的建筑部分和距离建筑部分的跨度。此外,都可以来源于建筑性质和土壤刚度ES/GHB,结构开裂应变。这些输入参数所使用类似SON2L310TANDCORDING2005建立解决方案。使用这四个参数作为输入变量和角变形作为输出变量,软件（统计社会科学软件包）是用SPSS进行最小二乘回归分103析,它的收益率/2652432GSHBLENAGSHBLENASGASTS（2）在系数0105,0413，这个模型00466,0304,0108,12345A670图6显示了散射的回归模型。标准误差的预测,确定系数为080。31022R负的角变形表明,大楼将扭曲向内,往往为了减少发生伤害。摘要负值的角变形是保守的，假设是0目的是计算DPI。同样,一座建筑侧地面运动剖面和建筑性能估算横向应变需要的信息。然而,横向应变估计也需要角变形自横向应变由于弯曲信息，SON和绳索2005年当角变形发生在高层建筑物上部建筑内。因此,下面的参数作为输入量估算在一个建筑横向应变土刚度比ES/GHB、结构开裂应变,横向应变地面和角变形2L103TLOG。应该指出的是,地面的横向应变由儿子和绳索2005定义能获得外侧地面103移动配置文件,随后,由确定横向运动的正面和背面建筑部分和距离,造斜段跨度。使用这四个参数作为输入变量和外侧应变作为输出变量,回归分析用SPSS进103L行,取得了以下回归方程（3）/LN6254LOG321TSTLBGHLEBB图六图6。角变形在一个建筑回归分析的结果在系数0058,0467，0120,B40200,B50062,B602141B2B3B决定通过回归分析。图7显示了分散的侧向压力的预测估计与（3）。标这个模型准误差的预测是QE，确定系数的预测值与观测值之间的数据是081。这预测的水平的310452R横向应变精度是可比的与建立在2对于角变形的预测。类似的局面与负角变形,Q负的横向延生保守的，假定为0的的目的是计算DPI。图7。横向应变在一个设计回归分析的结果模型横向地面移动测定在一个建筑开挖引起的角变形和横向应变需要垂直地面运动剖面以及横向地面运动信息。垂直地面运动实验模型配置文件,称为KJHH模型,现已被KUNGETAL2007B开发以前龚使用它估计垂直地面运动剖面。在本文中,一个类似的模型横向地面运动使用KJHH概况模型作为模板。这种并行模型估计的横向地面运动被称作KSJH模型为方便表示以下。KJHH相似模型,四个任务需要开发的KSJH模型1确定最大横向壁偏转2横向变形比定义为的比率最大横向地面运动,超过了最大横HMLRLM向壁偏转3确定最大横向地面运动4建立横向运动剖面。第一个任务是由LHMKUNGETAL2007B完成的和包括KJHH模型的一部分。这个后面的任务是具体的KSJH模式,它的发展遵循提出了这部分。墙和地面响应的模拟数据通过数值实验相使用的相同的数值实验中开发使用的KJHH模型的发展为KSJH模型。事实上,同样设情况下的有限元解之前作为数值实验使用。在前面的KJHH模型发展,墙挠度和地表沉降取得的模拟数据在这些数值实验使用,以及本文发展的KSJH模型墙挠度和横向地面移动的模拟数据使用。读者的这些数值实验详细资料参考KUNGETAL2007开挖引起横向地面运动。图8代表假设的情况下横向地表运动图8显示了假设的案例横向地面运动为代表。虽然有明显分散的数据,给出了归一化的趋势,横向地面运动剖面非常类似于HSIEHANDOU1998ANDKUNETAL2007B一个观察地表沉降概要报告。因此,一个类似于KJHH模型一个经验模型的开发是有期望的。类似于沉降或垂直地面运动剖面由KUNETAL2007B所提出，提议的横向地表运动剖面分为三种部分030,概率为4,损失将超过中度破坏或DPI50。换句话说,与计算DPI18,这栋建筑的概率预测产生轻微的损坏或少70,建筑的概率被预测会轻微到中度损伤是15,这栋建筑的概率将招致温和损害是大约10。此外,建筑的可能性被预计将招致严重的和“非常严重”的伤害几乎是零。图15。如果仅考虑开挖模型不确定性的DPI模型简化的图表对建筑造成的破坏概率图。15提供的工具来评估的的建筑物性坏将会超过、或下降可能,表1中定义的一个给定的损伤状态。因此,它从一个确定性评价概率评估扩展了表1的实用性。它应该注意,概率从图15解释一个估计,只考虑DPI模型的不确定性,。在输入参数的DPI模型不确定性在分析不考虑。此外,这种概率计算了一个“恒定”抵抗力,对应于给定表1中定义的损伤状态。因此,正确的估计概率不可能像理想的在某些情况下。如果更大的精度,是理想的,一个完全概率分析可能进行简单的损失。后者,分析建筑施工造成的损害完全概率,是超出了本文的范围,但该得单独的调查。最后,重要的是要保持一个适当的视角来看概率。计算出的概率超过给定的损伤状态或一个给定的损伤状态的概率是一个预测之前事件（竣工之前开挖或某一阶段开挖）。在开挖前,那里是一个与相关各损伤状态概率当然,这概率可以高或低,因此,它是可能点这建筑损害最有可能招致。然而,在事件的概率对于任何给定的损伤状态要么1要么0。在做预测的确定性评估绝对确定性（概率1）,一个特定的损伤状态,和没有其他损伤状态,将事件的发生之前,虽然实际上是存在事件之前不确定性。模型示例的应用程序在本节中,提出的模型是第一个演示所使用的案例数从2005年的SON和绳索以及布恩2001。它指出,这些情况下是从后者未使用DPI模型发展。在所有情况下分析见（表2和3）没有足够的数据来应用整个提出的过程,因此,关注DPI的概念的焦点是适用性。最后,一个案例OUETAL。1998年是演示的适用性分析整个程序。案例分析从布恩2001和SON和绳索2005为了说明提出的DPI模型应用、10个任意选择自布恩2001年评估案例来结果如表2所示。这个演示的目的是指该模型的适用性,尤其是在使用DPI评估的建筑物损坏情况。为例进行了分析,阐述了角变形和横向应变在建筑是可用的。因此,基于观察角变形和横向应变DPI与（1）计算,每个案例的损害程度的评估是基于表1中列QE出的标准。如表2所示,损坏的水平确定与该模型相符损害水平评估（布恩2001），同样,任意的10例任意选取的、SON和绳索2005分析结果列出表3。损害水平确定该模型一般是符合损伤水平评估。因为结果基于DPI评价案例。这两个不同来源大体上通过布恩2001年和儿子和绳索2005年使用方法获得同意,适用性的概念表明,DPI这个的细微差别,评估结果反映了之间的差异方法和其他DPI方法。图15。DPI模型如果仅考虑开挖对建筑造成的破坏概率不确定性简化的图表台北国家企业中心案例构建D毗邻开挖台北温情况下欧式ETAL。1998包括一个197米的开挖温的建设建筑。损害附近的一栋四层楼的建筑物的潜力建筑D见图。16日,这是一个框架结构与加密的墙壁,是选择这个的实证分析。这个建筑位于中央部分连续墙的长边,开挖诱发地面响应可以相当精确地建模为一个PLANESTRAIN条件,及其性能的观察在挖掘是已知的OUETAL。2000。在这个演示分析,损坏的潜力与四个海湾在这个建筑垂直于墙的部分进行了评估。的位置构建D,支持基础地基,是931米之外从连续墙。潜在的损害建筑物D,因为挖掘的结果,分析如下步骤1相关建设条件信息和挖掘数据的收集。步骤2确定所需参数如下1197米是在最后阶段开挖。EH2。EI1507MN/M和MM23AVGH167/4AVGWHEILN3。B/2206M。4。/032对于这种情况估计。USV5。是结果的基础上获得的三轴试验压力等于宫2003。650IE510因此,96MM由KUNGETAL2007B使用经验模型决定。HM步骤3确定额外的参数。基于地层学在这种情况下可以得到870/WALCLYH与/032,USV,06和045EQ（5）可以决定。650VIE870/WALCLYHVRL步骤4基于96毫米,06,045,最大地表沉降和最大横向运动,HMV58MM和43MM,EQ4可以确定。VML步骤5根据OUETAL。2000年,建筑D是支持通过立足点传播。立足点的深度估计在34米的范围。在这里,深度为4米。步骤6垂直沉降和横向运动的深度资料,4米的构造和结果显示在图17。第七步方程式（2和3）是用来估计角变形和横向应变在构建海湾LNOS。1,2、3和4使用GS、,获得从横向和垂SGL,/2GHBLEST直地面运动曲线和建筑的特点。对于湾NOS。1、2、3和4,GS值是、3107和,而值是4毫米,10毫米,10毫米,10079313079S毫米。地面的侧向压力大约是、,和,分别。130313此外,估计为15和估计。因此，/2GHBLEST109被确定为、和,和值被310382310823L确定为、,和。7第八步计算和值,DPI的海湾NOS。1、2、3和4决定等于0,11,18,和18。L步骤9如图17。图17。D挖掘垂直沉降和侧向移动民航地面建筑物的评估的潜在伤害估计资料13号的海湾建筑位于松弛区和海湾4号坐落在两个造船占用的区域。水平的海湾NOS。1和2建筑损害非常轻微都是可以忽略不计的,和损坏程度为二级轻微损伤海湾NOS。3和4分根据标准列在表1。结果表明,原始的开挖设计没有足够的保护措施构建要求。上述分析代表一座建筑物的邻近开挖潜在危害的一个确定性的评估。演示如何可以在结合该模型使用概率评估,损坏的潜力海湾4号的案例评估等图（15）的帮助。对于海湾4号中等损坏的案例,计算DPI已经平均DPI18。使用图表显示在图15,概率超过轻微损伤被30概率超过轻微到中度破坏15和概率超过中度或重度损害赔偿几乎可以忽略不计大约分别为4和1。因此,建筑是最可能有70的概率会轻微的损坏或少,对中等的的15损伤和几乎没有机会招致严重的或非常严重的破坏。应该指出的是,实际的概率可以还受其他因素如不确定性有关输入参数,这不是本文中介绍的重点。廖回忆说在这个项目中开挖设计没有改变在,没有保护计划被实施，建筑D大概没有进行评估或如果一个评估完成后,没有机会破坏建筑物。2000年建设期间和之后显示,一些裂缝发现在这个建筑海湾NOS。3和4内壁。这种级别的建筑损坏特征为轻微损伤根据评价系统，构建D在建设过程中实证分析的结果提出以前,同意这些野外观察。摘要和结论本文基于DPI模型在参考图2对评估建筑毗邻开挖潜在的破坏。这个模型的建立的基础上许多先前的研究,大量的调查人员,特别是这项工作通过布恩2001年、2003年、1989年BOSCARDIN和绳索,和1974年BURLAND发怒,FINNOETAL。2005年,SON和用绳子捆绑2005。组件模型,需要在这程序制定和他们的模型不确定性表征。确定性和概率性都评估开提出了挖诱发的建筑潜在危害并进行了实例。基于结果提出以下结论1。这个模型提供了一个方便的方法DPI评估建筑物毗邻开挖潜在的损害。这项研究的结果表明,DPI是一种有效的和易于使用的索引以获得建筑物的相邻基坑开挖引起的潜在破坏。2。实证模型方程式2和3的估算角变形和最大横向应变在一个建筑是简单和直接使用,并能结合土结构的相互作用的估计角变形和横向应变。一起KJHH和KSJH模型,他们提供所需的输入参数测定DPI。3。一个简化的模型,被称为KSJH模型,提供了一个可行的评估侧地面运动。结果本研究表明,开挖诱发横向向地面运动剖面可以相当精确地估计。通过结合新开发的KSJH模型和前面开发的KJHH模型,挖掘诱导地面运