在基坑工程中，由于岩土体具有很大的模糊性、不确定性，并受到工程开挖外部环境的影响，致使在许多情况下很难获得反映实际情况的岩土体力学参数。因此采用位移反分析方法解决工程中岩土体参数的选取问题，越来越多地应用到基坑工程中，也为信息化施工提供依据。理正也给大家提供了位移“反分析”工具，通过遗传算法，借鉴生物界自然选择和自然遗传机制，不依赖于梯度信息的搜索机制，能更加有效地利用历史信息来推测下一代期望性能有所提高的寻优点集，通过一代代地不断进化，最后收敛到一个最适应环境的个体上, 求得问题的最优解。

工程所用软件：理正深基坑支护结构设计软件V7.5版

图1 “反分析”所在软件界面

下面小编依托实际工程给大家做个简单的介绍。

一、 工程概况

江苏省某工程，占地面积约13402平方米，由一栋4层、3栋8层及一栋6层商业办公楼组成，框架结构，设有2层地下室，深度约10.5m。基坑采用桩撑支护（围护桩 + 内支撑），围护桩桩径800mm，桩距1.2米，桩顶标高在距坑顶1.5米，设两道支撑，分别标高在-1.9米和-6.3米。基坑平面布置图参见下图1，土体沿深度分为6层，从上到下依次为：①杂填土，层厚：1.0～4.7m；②淤泥质粉质粘土，层厚：2.0～6.5m；③粉砂夹粉土，层厚：2.4～7.0m；④粉质粘土，层厚：1.5～7.7m；⑤粉细砂，层厚4.5～13.5；⑥粉质粘土与粉砂互层，层厚3.4～14.9m。坑外水位在桩顶-1.5m处。基坑分三步开挖到坑底，工况一、三、五开挖，二、四工况加撑，剖面图及开挖工况参见下图2。

图2 工程平面图及剖面概况图

图2 工程平面图及剖面概况图

本基坑工程面积较大，地质条件与坑边环境复杂，为确保施工顺利进行和周边环境的安全，便于施工过程采取有效可行的应急措施，实现信息化施工，对本基坑工程进行监测。

选取平面图1中C点监测数据研究，第一道支撑的标高位置在-1.9米，选取开挖到-2.4米时的水平位移监测数据进行位移反分析，第二道支撑的标高位置在-6.3米，选取开挖到-6.8米时的水平位移监测数据进行位移反分析。基坑坑底深度为10.5米，监测数据选取开挖到-10.5米时的水平位移为最终开挖工况位移。

二、 计算方法

（1）弹性支点法

弹性支点法采用支护结构本身作为分析对象，土体对支护结构的作用视作荷载或约束。这种分析方法将支护结构看作杆系结构，一般都按线弹性考虑，适用于大部分支挡式结构，是目前基坑最常用和成熟的支护结构分析方法，也是现行基坑规范《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—2012)规定的分析方法。

本文基坑采用内支撑加排桩支护，选取排桩为分析对象，按竖向弹性地基梁计算。土压力采用经典的土压力理论里朗肯土压力理论。基坑面以上的支撑可看作为一弹性支点，基坑以下的土层可用一系列的土弹簧的作用代替。具体位移计算采用理正深基坑软件。

（2）理正基坑位移反分析——改进遗传算法

遗传算法是对生物进化过程进行的数学方式仿真，对求解问题的本身一无所知，它所需要的仅是对算法所产生的每个染色体进行评价，把问题的解表示成染色体，并基于适应值来选择染色体，使适应性好的染色体有更多的繁殖机会。

为了优化迭代速度，本文采用的理正反分析软件运用了如下的改进遗传算法：在反分析求解时基因编码分别是十位、十二位和十三位，对于二元函数，染色体的长度就是二十、二十四和二十六，因此可以在交叉重组时，将较长的染色体分为若干段，并对每一小段进行两两配对交叉重组，相当于对每个染色体在一次的迭代过程中参与了几次交叉重组，大大加快了新个体的产生速度。

三、 结果对比分析

（1）计算位移：采用理正深基坑软件计算开挖到2.4米和开挖到6.8米时的位移，计算时各层土体的初始m值由《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—2012)推荐的经验公式计算得出，各土层计算参数参见表1。

式中：

mi 第 i 土层水平抗力系数的比例系数；

d 基坑底面处位移量（mm），按地区经验取值，无经验时可取10；

φik第 i 土层的固结不排水（快）剪内摩擦角标准值（°）；

cik第 i 土层的固结不排水（快）剪粘聚力标准值（kPa）。

开挖工况一、三的实测水平位移与计算水平位移结果，对比如下图3。

（2）目标函数：将对应工况的计算位移和实测位移相结合，考虑施工工况的动态响应过程，建立求解地基土m值的目标函数，使现场实测值和计算值的差异达到最小，通过改进的遗传基因算法，不断搜索迭代从而获得与实际情况相应的能综合反映土体实际工作性状的m值。为使计算值从整体上尽可能与全部实测值接近，要两者偏差的平方和最小，故目标函数可写为：

其中：

uij为支护结构上测点 i 在 j 工况下的水平位移计算值；

u’ij为支护结构上测点 i 在 j 工况下的水平位移实测值；

M为工况数；

N为点总数。

具体求解通过理正深基坑反分析软件进行，软件通过反演分析求解出各层土m值，求解结果如下表2。

采用反演得出的m值重新计算最终工况开挖到坑底10.5米时的位移，与实测位移比较，如下图，由图中可以看出，反分析得出的m值与实测结果吻合较好。

四、 结语

土层参数的选取合理对支护结构的位移计算至关重要，本文提出的结合弹性支点法计算，采用改进遗传算法应用于深基坑位移的“反分析”，所获取土层参数的m值，通过计算实践证明是可行和有效的，计算精度可以达到工程要求，并可使反分析得到的岩土体力学性能参数具有较高的可靠性和代表性，为基坑工程的信息化施工提供了一种有效的计算工具。

作者：吴咪咪