1.1.3　深基坑工程位移反分析研究現(xiàn)狀

在巖土工程中，巖土的力學(xué)參數(shù)是重要的數(shù)據(jù)。現(xiàn)場實測信息與理論分析相結(jié)合的位移反分析方法為巖土體力學(xué)參數(shù)的確定提供了一個實用的方法。隨著監(jiān)控量測技術(shù)的發(fā)展，20世紀70年代提出的位移反分析方法，在巖土工程領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，并已發(fā)展了多種反分析方法，如逆反分析法、正反分析法等。

Kavanagh和Clough首先提出了巖土工程中位移反分析的基本思想，其基本方法是基于現(xiàn)場實測位移，采用有限元方法來反推巖土體的力學(xué)參數(shù)。Kirsten在約翰內(nèi)斯堡召開的巖土工程勘測研討會上提出了用實測巖體變形值來反分析確定巖體的彈性模量。Kovari等首次提出了一種利用量測到的鋼拱內(nèi)側(cè)兩點弦長變化和弦高變化來確定作用于鋼拱架上的山巖壓力的方法，這種方法其實就是一種山巖壓力位移反分析的方法。Sakurai和Abe在德國亞琛舉辦的第三屆巖土工程數(shù)值法國際討論會上，提出了平面應(yīng)變問題的彈性問題位移反分析與彈塑性問題位移反分析，并將位移反分析作為地下工程輔助設(shè)計的一種技術(shù)。Gioda和Maier開始對彈塑性問題的位移反分析進行了研究，利用實測位移值來計算巖體的初始地應(yīng)力、黏聚力和內(nèi)摩擦角，在反分析過程中使用了單純形法、變量輪換法等優(yōu)化方法，并對不同優(yōu)化方法應(yīng)用在位移反分析中的適用性進行了討論。

Sakurai和Takeuchi在假定巖體均質(zhì)線彈性的隧道開挖工程中，在泊松比已知且假設(shè)豎向地應(yīng)力即自重應(yīng)力的條件下，基于有限單元法推導(dǎo)了利用隧道洞室的徑向?qū)崪y位移值來反演初始地應(yīng)力和巖體彈性模量的逆反分析計算公式。若豎向地應(yīng)力未知，則只能反演得到地應(yīng)力與巖體彈性模型的比值，又稱標準地應(yīng)力。Gioda和Sakurai總結(jié)了應(yīng)用于隧道工程領(lǐng)域的反演理論，認為反分析不但可以對巖土材料模型參數(shù)進行反演，還可以計算作用在擋土結(jié)構(gòu)和襯砌上的土壓力，同時指出了反演理論需要進一步研究的課題。Ooi和Ramsey根據(jù)測斜儀量測的基坑支護結(jié)構(gòu)的水平位移數(shù)據(jù)，對通過擬合曲線來得到曲率的12種不同方法進行比較分析，得出了采用分段三次曲線去擬合五點的方法能較合理地計算支護結(jié)構(gòu)的彎矩。

我國對位移反分析的研究開始于20世紀70年代末，基本上與國際同步。30多年來，國內(nèi)的楊志法、馮紫良、楊林德、王芝銀、鄭穎人、孫均、呂愛鐘等學(xué)者在位移反分析的理論研究和工程應(yīng)用方面都作出了獨特的貢獻。巖土工程領(lǐng)域中，位移反分析法在地下工程中的應(yīng)用最早，也最為普遍，而在基坑工程中的應(yīng)用相對較晚。伴隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，大量土木工程的興建帶來大規(guī)模的深基坑工程。因為工程實踐的需要，國內(nèi)學(xué)者在深基坑工程的位移反分析方面做了很多工作，尤其對地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m進行了較多的工程應(yīng)用研究。

楊敏等建立了以彈性支點法中的“m”法為基礎(chǔ)的位移反分析模型，采用加速單純形法去反推待求的土體m值，并對反分析求解過程中解的收斂性和計算時間進行了討論。最后，給出了位移反分析技術(shù)在上海某深基坑工程的應(yīng)用實例，說明所建立的模型和優(yōu)化方法是可行合理的。熊巨華等從理論上對m值的適用性和按規(guī)范確定m值的兩類方法進行了分析，并針對基坑工程中各類擋土結(jié)構(gòu)的特點，給出了根據(jù)規(guī)范方法確定m值應(yīng)遵行的原則和注意的問題，最后用試驗結(jié)果和施工實測數(shù)據(jù)證明了采用旁壓試驗和位移反分析法是確定m值的合理方法。王旭東等提出了一種建立在彈性抗力法基礎(chǔ)上的地基土m值的反分析優(yōu)化方法。根據(jù)基坑施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用非線性單純形法去反演地基土的m值，工程實例分析表明該方法簡單可靠、穩(wěn)定性好，易于實際工程應(yīng)用。馮俊福根據(jù)基坑工程的特點，提出結(jié)合位移實測數(shù)據(jù)和反分析方法去反演各土層的m優(yōu)化值，并編制了相應(yīng)的反演分析程序。最后，根據(jù)杭州城東、城西兩個地區(qū)大量深基坑工程實例的位移實測數(shù)據(jù)，對典型土層的水平基床反力系數(shù)的比例系數(shù)m值進行了反演分析，并結(jié)合浙江省規(guī)范，給出了較適合杭州地區(qū)的各地基土m值的建議值，可為工程設(shè)計及施工提供參考。

鐘才根等運用位移反分析原理，得到了考慮軟土流變特性的m值的確定方法，并通過對上海軟土地區(qū)大量基坑工程的分析計算，歸納得出了m值隨時間的變化關(guān)系式，可用于工程實踐，進而對圍護結(jié)構(gòu)的變形進行動態(tài)預(yù)測，為基坑工程信息化設(shè)計、施工的實現(xiàn)創(chuàng)造條件。戴加?xùn)|根據(jù)支護結(jié)構(gòu)的實測位移信息，采用單純形優(yōu)化方法去反演基坑開挖過程中的土體參數(shù)m值，利用反演分析得到的m值可較準確地預(yù)測下一工況支護結(jié)構(gòu)的位移，說明位移反分析技術(shù)應(yīng)用于基坑工程是可行的。張軍平等通過理論計算與實測水平位移的對比，分析了當前常用于軟土基坑的兩種位移反分析方法。研究發(fā)現(xiàn)，基于m值的位移反分析法簡單實用，適用于淺基坑參數(shù)的反演分析，而基于黏彈性增量理論的位移反分析法精度更高，更適于精確的分析和研究，在深基坑參數(shù)反演分析中建議采用彈性增量法。

林志繁考慮到土體m值會隨基坑的開挖而衰減的特點，在目前國內(nèi)傳統(tǒng)的彈性地基梁位移反分析過程中引入了m值的衰減系數(shù)α，將此考慮基坑分步開挖和m值衰減的位移反分析法應(yīng)用于廣州市快速路泵站基坑工程，反演得到的土體m值更真實反映了基坑實際工作性態(tài)。王強等在彈性地基梁法的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場多支撐動態(tài)開挖的過程和支護結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，提出了采用位移反分析法來反演基坑工程被動區(qū)土體m值的方法，結(jié)合蘇州軌道交通1號線倉街站深基坑工程，對各個工況下的土體m值進行了反演，利用反分析得到的m值更為符合工程實際情況，還可準確地預(yù)測下一工況的位移，說明位移反分析在深基坑開挖中的應(yīng)用是合理可行的。