基于复杂网络的地铁深基坑施工地表沉降风险分布及演化研究

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近年来,我国地铁投资建设得到迅速发展,地下车站的深基坑工程体量巨大。地铁车站深基坑工程在施工中对基坑及周边地表、建筑物安全性进行风险评价的传统方法存在诸多不足和缺陷。在这种情况下,如何利用地铁车站基坑地表系统大量的监测数据,对深基坑从时空两方面进行动态的安全风险评估,成为地铁车站基坑施工信息化及安全管理急需解决的重要问题。  本文以复杂网络理论为基础,以地铁车站深基坑地表系统为对象,分析与提出了一套基于深基坑地表系统监测数据,建立深基坑地表系统时空复杂网络模型,并定量评价深基坑系统风险及其时空演化的方法。最后基于武汉市某地铁车站深基坑工程及险情案例进行有效性与进步性的实证。  首先本文分析指出了对深基坑复杂系统风险进行有效量化评价的难点以及复杂网络理论的可行性。深基坑地表系统时空复杂网络模型使定量、动态研究深基坑复杂系统的风险及演化具有可行性。  其次本文基于深基坑现场监测点的实测数据建立了深基坑地表沉降系统复杂网络模型。运用插值法与小波分析方法对监测时序数列进行预处理。再基于相关系数法将时序数据转化为相关矩阵,初步建立复杂网络模型。出于对模型优化和关键信息提取的目的,本研究利用阈值法将原始相关矩阵转化为邻接矩阵,做出优化后的深基坑系统静态模型。为了实现深基坑复杂系统的动态演化,本研究分别构建不同时间窗口下的网络模型。然后基于复杂网络模型的拓扑参数建立风险评价指标,并对风险在时空上的演化进行评价,实现深基坑地表系统风险分布及演化的研究。  最后本研究基于武汉市某地铁车站深基坑案例对提出的方法进行实证检验。结果表明该方法较传统方法能更有效量化地铁车站深基坑系统风险及时空演化,对于加强深基坑地表系统安全风险监控与深基坑施工安全管理能力具有重要意义。
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