环境土工的智能预测与控制

环境土工的智能预测与控制

通过多年的研究和实践，对中国软土区（如上海）的影响主要是由于不允许的土层变形、位移和大规模的地表差异。然而，在我国广泛的软土区（如上海），为了实现有效的监督管理目标，必须采取有效的预测和灾害报告。事实上，近年来，通过大量的工程实践和经验，对这些土木工程环境的稳定和修复取得了很大进展，困难已经缓解，但在许多复杂的情况下，这个问题仍然令人惊讶。这是当前城市工程活动环境理论与工程科学的研讨会之一。1地下市政设施基础薄弱的城市土工在保证工程自身施工安全的同时,要求兼顾周边环境土工的安全,已成为人们的共识.这里研究的城市环境土工问题,主要是指工程施工活动对其附近建(构)筑物浅置基础、道路路基和路面、城市已建地铁与高架、立交,以及各类地下管线等市政设施的土工危害,这类所谓环境损伤(environmentdamage)问题在许多场合竟然是相当严重的.城市各项工程活动产生上述环境土工问题的主要场合,包括:①地铁盾构掘进施工;②浅埋、大直径顶管沿旧城区的浅层地下呈曲线顶进施工;③深、大基坑和边坡工程开挖施工;④预制打入桩和静压桩的挤土效应;⑤后续工程施工对已运营地铁区间隧道,以及对城市立交、高架桥桩的影响;⑥其他,诸如市区沉井下沉、施工降水、新建建(构)筑物施工对相邻老旧建(构)筑物的影响等.当前,城市地下工程施工活动中的环境土工问题,以上海市近年来的工程实践为例,最感突出和困难的约有20余处,详情可参见文献.2这项研究2.1土体受到施工扰动的机理与特性该子项研究已取得了以下成果:(1)对上海饱和软粘土进行了三轴卸荷、卸荷—再固结—再卸荷、卸荷—再固结—再加荷等试验研究,以模拟各种施工扰动对土体强度与变形的影响;建立了饱和软粘土的卸荷边界面模型,并据此引入了深大基坑开挖施工的分析程序.(2)通过室内试验,研究了盾构掘进对周围土体施工扰动的影响,并引用损伤力学理论研究了周围土体受施工扰动的影响程度,提出了“施工影响度”的理念.室内试验主要是通过对施加类似于取样扰动应变的土样进行压缩试验和三轴试验,根据扰动土样的试验参数与现场实测参数的差别,区分取样扰动和施工扰动的差异;并通过对土样恢复原先地应力而进行三轴试验,研究了施工扰动过程中对土体应力变化的影响.(3)对盾构掘进过程中周围土体扰动进行了现场原位试验.现场实测内容包括地表沉降、土体水平位移、孔隙水压力变化、土压力变化、十字板试验和静力触探试验等;分析了地表沉降的机理、类型,以及上项施工扰动与沉降间的定量关系;根据孔隙水压力和土压力的实测结果,测算了周围土体的应力扰动程度.(4)对土体受施工扰动的影响程度,进行了定量化识别研究.研究认为,这种扰动影响的主要反映是土体应力、应变及其力学性状的变化,可以用剪应变的变异来定量识别,并分别导演了相应的计算关系式;进而通过室内试验,对上述论据进行了验证.(5)从分析土体受施工扰动的影响因素入手,通过不同应力路径下的室内加载和卸载三轴试验,模拟了不同施工加、卸载对西北地区黄土的扰动作用;在此基础上,按照不同施工活动的特点,分别对基坑开挖卸载、强夯施工扰动、打桩挤土效应等对黄土施工扰动的工程特性进行了较为系统的探讨.(6)受施工扰动土体微结构机理的电子显微镜研究.选取了基坑不同深度、不同应力释放程度条件下的受施工扰动土样,进行了土体微结构电子显微镜的土力学性态变异研究.结果表明:由于应力释放,土体的微结构发生了变化,其基本特征是原状土的颗粒链接发生了不同程度的破裂、断开或错动;并且,土体结构的变异程度随应力扰动程度加大而增强,从而从微观尺度上揭示了土体受施工扰动后其强度降低的本质.(7)基坑土体开挖卸载条件下,受扰动土体应力—应变关系及其强度变化的静三轴试验模拟.针对基坑土体开挖卸载几种不同的应力路径,分别对基坑不同开挖深度、土体按不同侧向应力卸载进行了模拟试验;进而考虑了土体含水量变化对受扰动土体强度的影响.(8)基坑原状土的基质吸力测试研究.通过对原状土自然挥发失水的基质吸力室内实验测试结果的研究表明:工程现场土体内基质吸力的一般变化范围介于0~0.60kPa之间.该研究结果,对非饱和土边坡稳定性分析及土压力计算中基质吸力取值均有重要的指导意义.(9)通过模拟土体应力路径变化的三轴试验,研究了开挖扰动对土体的影响.研究表明:摩擦角φ是土粒间相对运动时摩擦作用的综合反映,开挖扰动使土体结构发生变化,导致土颗粒位置发生变化及土颗粒之间的胶结物发生拉裂错动,从而使内摩擦角降低.由于考虑了开挖扰动过程中应力路径的影响,从总体上说,土的强度有所降低,其中内摩擦角的降低更为明显,最大降幅达4°左右.(10)开挖扰动过程中应力路径的变化将使土体强度参数发生改变.计算结果表明,采用扰动后土体的抗剪强度参数,其边坡安全系数较之沿用原状土强度参数所得结果要降低10%~13%.尽管这个单一因素对边坡稳定性降低幅度的影响还比较小,但这种影响在边坡安全储备不多、且在降雨等其他一些不利因素的共同作用下,将是可能发生边坡失稳的不利因素.因此,在基坑大开挖边坡稳定分析中,应考虑采用实际应力路径条件下的强度参数,以提高边坡稳定性评价的精度.(11)针对北京地区一类最主要的土质——粉质粘土,建立了非饱和土强度与含水量变化(模拟施工降水和施工期降雨作用)的关系,有以下研究成果:①含水量的变化对非饱和粘性土的c,φ值都有影响,但是对c值的影响远大于对φ值的影响;②当土体饱和度在50%~80%时,含水量对c值的影响较大,即:随着含水量增大,c值明显降低;当土体饱和度低于50%或高于80%时,含水量的变化对c值基本上没有影响;③无论是在低含水量还是在高含水量条件下,非饱和土强度在变形初期增加很大;随着变形的增大,强度将逐渐趋于稳定.(12)对颗粒流(particleflow)分析用于土体形态研究的新技术进行了初步开发与探索,以模拟土体的细、宏观强度及其应力—应变关系,有望在施工扰动的数值模拟方面取得突破性进展.2.2边坡走出去工程在本子项研究中,探讨了城市环境土工学问题中的若干典型工程项目,计有:①基坑开挖;②边坡工程;③软土隧道盾构掘进;④沉桩施工;⑤大直径、浅埋顶管顶进;⑥土钉支护及其他.较为深入系统地研究了上项各类工程施工全过程的环境土体稳定与变形,以及地表沉降和土层位移等土工公害的理论预测与工程险情分析与预报.现只对①~④项进行简述.2.2.1基底开挖(1)深大基坑基底软土固结稳定设计的研究利用土力学的极限平衡理论,较详细地论述并推导了一种定量分析深大基坑基底软土稳定性的计算分法,其特点是能够合理地分析各种土体加固措施对基底安全系数Ks的增值效应;同时,本子项研究还探索了Ks的变化规律,得出了下述对基坑设计和施工具有重要参考价值的结论:①提出了深大基坑基底软土稳定计算的简化模型,可用于沿海软土多层支撑深基工程的基底稳定性分析,其基底稳定安全系数Ks的设计取值标准可按所建议的值选取;②研究认定,开挖深度超过10m的软土深基坑围护墙体的“入土比”下限值可取0.7,过度加大墙体入土深度并不会使Ks值有更大增加;③在“入土比”λ≥0.7且保持不变的条件下,增加基坑深度不会对Ks值的减小产生明显的影响;而且,当土体内摩擦角φ较大时,这种影响将更小;④显著提高Ks值的有效方法之一是合理加固被动区土体,这种加固对Ks的增值效应可依据所建议方法作具体定量分析.(2)基于稳定变形的土体稳定与变形研究方法根据受施工扰动后土体物理力学性质的变化,研究了各种不同施工扰动因素影响条件下基坑工程周近环境土体的稳定理论和分析分法.按不同施工过程的不同工况,选取了与当前应力状态相适应的本构关系和物理力学参数来研究分析各个施工阶段环境土体的稳定与变形,并建立了较为合理有效的预测手段与分析系统.在研究内容和方法上,含:①基坑围护结构新的设计计算方法;②基坑开挖引起周围地层位移对环境影响的分析;③优化支护体系方案,指导现场施工.对深大基坑的稳定及开挖引起坑周土体的沉降和位移问题,采用了:①利用原位测试结果,研究施工扰动和时空效应对围护结构外周土压力及其分布的影响,获得了土压力大小和分布规律,通过土与结构相互作用的理论分析与拟合,提出了结构在发生侧向位移情况下的土压力计算,在此基础上提出了基坑围护结构稳定与变形的计算方法;②对扰动土体三维非线性时空效应分析方法进行研究,建立了该项分析的软件系统.为了验证系统的可靠性,采用了与现场实测资料相对比的方法进行检验.(3)考虑位移和时间效应的土压力变化特性的数值分析利用模糊数学的概念和模糊逻辑的推理方法,实现了环境土工学方面诸影响因素和潜在事故危害“后果”这2方面的模糊识别,建立了基坑开挖对不同环境影响控制等级的模糊评价体系.在对基坑开挖中土体与结构性态研究方面,探讨了:①针对基坑工程的特点,研究了土的应力历史对软粘土地基深基坑的影响.提出了一种在深基坑工程分步开挖中考虑饱和粘土强度受超固结影响的方法,建立了能同时反映开挖应力路径和应力历史的饱和粘土非线性应力应变关系,以墙体两侧的静止土压力为初始条件,考虑土压力与墙体和应力历史对被动区土压力的影响,提出了一种围护结构内力、变形和稳定分析的新方法.②提出了基坑开挖条件下环境土体应力路径变化特征的数值分析方法,将基坑周围土层分为压缩剪切、剪切、卸载和压缩4个应力路径区,利用有限元法对基坑开挖过程进行了数值模拟.③考虑基坑开挖空间效应,对基坑开挖过程中围护结构的变形、主动土压力、支撑力、基底隆起以及坑周地表沉降量的空间分布等进行了三维有限元分析,通过工程实例,验证了这一基坑工程计算模式的合理性.④基坑工程中土压力计算方法研究,根据基坑开挖工程的特点,建立了考虑位移时间效应的土压力计算公式,以更好地模拟实际施工工况.在LBACK弹性地基梁有限元计算程序的基础上,采用考虑位移和时间效应的土压力计算公式对土压力计算程序以及参数反演各个部分都作了相应的调整,并用于实际工程中的计算分析,研究工作在土体非线性抗剪强度准则和非极限条件下土压力的计算方法方面取得了进展,得出了工程开挖扰动对土体抗剪强度参数的定量影响;⑤针对基坑开挖对周近地下管线的影响问题,利用Winkler弹性地基梁理论,建立了受基坑开挖影响的地下管线竖向位移与水平位移方程,并分析了影响地下管线位移的诸多施工扰动因素.应用所建立的理论对工程实例进行了分析验证,表明计算结果与现场实测值比较吻合.(4)应用效果具有实用性本子项研讨的智能控制方法——预测控制,其特点是:①做到真正的、高一层次的信息化施工,不断跟踪施工活动,将监测信息及时反馈给预测控制系统,再由控制系统作出施工参数调整指令,以指导施工,将施工变形控制在规定的指标值以内;②该系统由一个ANN预测器和一个模糊控制器组成,数据处理自动化,操作简便,再辅之以三维动态可视化分析软件,可提供用户以直观的结果,具有很大的实用性;③神经网络是地下工程变形预测最有效的方法之一,在时间序列的ANN单步预测基础上,研究中提出了“多步滚动动态预测”的方法,实现了基坑施工过程的滚动预测,弥补了以往单步预测的不足;④采用模糊控制器进行施工变形控制,它简便、实用、易扩充修改,便于实时控制;另一方面,还充分利用了专家的经验和知识;⑤本系统是在MATLAB5.2平台的支持下研制和开发的,充分利用了MATLAB可视化技术的各种工具箱函数,保证了软件内部算法的可靠性;另一方面,也使本系统界面友好、操作简单、便于应用;⑥将神经网络与模糊控制相结合对基坑施工变形进行了预测控制,使该智能系统的智商更高,效果也更好.在工程应用方面,本子项研究结合上海市某深井基坑和跨越长江的2座公路悬索大桥特大型锚碇基础等3处工程实践,对坑壁施工中围护墙体的水平变形位移和坑周地面沉降按上述方法与所研制的程序软件进行了智能预测与控制的演示、检验与应用.通过该3处深大基坑工程应用的实例表明:所建议的智能预测控制系统对基坑全过程安全施工达到了很好的预测和控制效果,为基坑施工环境维护提供了理论依据和技术支撑与保障.2.2.2边缘工程(1)非饱和土边坡稳定性研究根据非饱和土的强度理论和极限平衡原理,建立了非饱和土边坡稳定性分析评价模型,并开发出相应的分析软件,该模型可以考虑土体基质吸力对边坡稳定性的影响.结合某边坡工程实践,通过土体基质吸力的现场测试结果,研究了非饱和土的边坡稳定性.另外,还应用基坑周围扰动土体的强度指标,分析评价了施工扰动对非饱和土边坡稳定性的影响,获得了以下结论:①土体基质吸力对边坡稳定性有明显影响,因此,有效地对边坡土体的基质吸力进行监测和控制,可以大大降低边坡失稳的可能性;②由于边坡开挖后土体应力状态的改变导致其强度参数发生变化,对基坑边坡的稳定性评价应该考虑土体强度参数受开挖扰动后的变异特性.(2)降雨入渗影响非饱和土边坡稳定性的计算方法遇施工期降雨,土体含水量变化,在对非饱和土强度及其稳定性的扰动方面,本项研究运用非饱和土体水分运移的基本理论,结合北京地区降雨特征和地下水位特点,以含水量作为控制变量建立了降雨入渗的数学模型.在计算模型中通过变换上边界条件,考虑了降雨过程中土体入渗能力的变化;采用有限差分法研制了相应的专用计算程序,可以求解给定降雨条件下边坡土体瞬态含水量的数值解.根据试验确定的土体含水量与基质吸力关系曲线,应用Fredlund的非饱和土强度理论和常规的边坡稳定性分析方法,计算了降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的恶化影响;进而研讨了降雨强度、降雨持续时间、土体初始含水量及其渗透系数等参数对降雨入渗及边坡稳定性之间的定量关系.2.2.3软土隧道结构开挖(1)地表变形原因①土层原始地应力状态的改变:在原先处于稳定状态的地层中,盾构掘进施工扰动使开挖面土体产生一定程度的松弛和塌陷,还导致地层原始应力状态的改变和土体极限平衡状态的破坏,从而引起地表下沉,也有因舱压过高或出土欠挖而产生盾构作业面前方土体隆起;②盾构掘进对土体的挤压扰动:各种开挖方式的盾构掘进都不同程度地对土层产生挤压扰动;此外,盾构掘进通过弯道及需对盾构行进姿态调整作水平和垂直纠偏时,也均会使其周边土体受到一定程度的挤压扰动,从而引起地表变形,其变形大小还与地层的土质以及隧道埋深有关;③施工降水影响:盾构进出洞门时经常要采取降水措施,由于降水使含水地层中土的有效应力增加、孔隙比减小而孔隙压消散;同时,由于周围地下水的不断补给,在一定的土层范围内产生动水压力,也导致土中有效应力增加,产生土体主固结沉降和后续次固结流变的发展;④盾尾空隙充填不足和不及时:盾尾建筑空隙要求及时而足量地进行充填,压浆材料的性能、注浆压力及其充填量多少均会影响到地表沉降大小及其速率,盾构施工中的纠偏或遇弯道施工时的局部超挖,也会造成盾尾后部建筑空隙的不规则扩大,其扩大量一般都难以确切估计,而空隙又无法做到及时充填并压密,从而导致地表沉降;沉降沿盾构行进的纵、横向均表现为不均匀的差异沉降,其对环境土工的危害就更大;⑤衬砌管片环的变形:隧道衬砌脱出盾尾后,在土水压力持续作用下管片环产生变形位移,将导致地表的少量沉降.此处,地表变形主要受盾构作业时诸施工参数,如舱压大小、出土量、掘进速度、千斤顶的不均衡顶力、盾尾注浆量与注浆压力和注浆滞后时间,以及纠偏量等所控制;它还与隧道埋深、盾构直径、软土物理力学参数与流变特性、盾构施工方法、衬砌背面压浆工艺等诸多因素密切有关.(2)第2类是地震损失引起的地面沉降,在一般年第1类为正常的地层损失:即使盾构施工精心操作,没有人为失误,但由于地质条件变异和盾构施工条件的约束与限制,也不可避免地会引起一定的地层损失.一般地,这种地层损失可以控制在可承受的限度之内,这类损失引起的地面沉降也比较均匀;第2类为不正常的地层损失:因盾构施工失误而引起本来可以避免的地层损失.如盾构密封舱的土压不正常,压浆不及时,开挖面出土超(欠)挖、盾构后退等等,这类地层损失引起的地面沉降常有局部突变的不利特征;第3类为灾害性的地层损失:盾构开挖面土体发生塑流或崩塌失稳,将导致灾害性的地面坍陷.这种情况通常是由于地质状况急剧变化、局部有未探明的高贮量承压水、盾构通过土层遇透水性大的颗粒状透镜体或地层中有贮水空洞等造成的.因此,在盾构施工前及时探明所穿越的地质和水文条件是十分重要的,以避免这类灾害性的地质破坏发生.(3)工法稳定性数值模拟采用半解析法对同一地铁区间的盾构隧道,分别就:①单一盾构掘进;②两盾构同向掘进;③两盾构对向掘进,作了对比计算和分析研讨;借用3D-σ和3D-FLAC程序,结合上海市明珠二期南浦大桥区间地铁施工实际,分别就单一盾构和上下近距离交叠地铁区间隧道盾构掘进时的施工变形作了三维数值仿真模拟,并分别研讨了盾构诸施工参数变化对其施工变形的影响;类似于本文前述的基坑工程情况,本子项研究也采用了人工神经网络的智能预测与控制方法,详细而较全面地研讨了盾构施工变形对地表纵、横向沉降的预测及其控制策略(详见后述第2.3节).(4)考虑地表沉降变化的考虑已如上述,隧道开挖后会引起地表沉降、地下管线走移,及其周近建(构)筑物地基变形.在本子项研究中探讨了如何用地表沉降值来反映管线的走移和建筑物的变形,进而通过控制地表沉降来控制管线与建筑物的变形,这是一个崭新的课题,取得了以下成果:①分析了盾构隧道开挖对地层变形的影响,提出了因盾构掘进导致地表沉降的经验关系式;②分析了地表最大沉降值与地下管线和建筑物变形及其应变发展间的关系,从而可以根据各类管线、建筑物与隧道的相对位置、地层条件、管线和建筑物的允许变形情况求出最大沉降量,进而,通过控制地表最大沉降值就可以间接控制隧道工程施工对建筑物和地下管线的不利影响,而不需要直接量测管线与建筑物基础的变形,研究认定,在盾构工程环境影响的动态优化控制中,采用地表最大沉降值作为目标控制值是可行的;③在根据动态优化理论,建立盾构工程环境土工影响动态优化控制模型方面,利用VisualBasic5.0开发工具,研制了实现隧道环境影响动态优化控制的计算软件,实现了方案设计与施工2个阶段的优化调整,该程序包括信息的输入与显示、施工方案的设计、优化与信息反馈,以及环境影响计算等;该软件还可对隧道施工的环境土工影响进行动态优化控制,最后,通过工程实例验证了上述所建议的动态优化控制模型的可靠性和适用性.2.2.4桩沉降(1)单桩与双桩着力变形特性分析本子项进行了沉桩挤土效应的模型试验研究,研制了挤压桩有限元计算分析程序,对单桩和群桩的挤土效应进行了三维数值模拟.通过在软粘土中静力压入单桩和双桩的模型试验,对沉桩过程中随水平及深度方向变化的土体位移规律进行了研究,并对压入单桩与双桩的试验结果做了比较分析.在软粘土中静力压入单桩和双桩进行的模型试验结果表明:对于单桩,区域1是沉桩的主要变形区域,桩周土体的侧移随距离桩轴线的增大而急剧减小,其影响范围为4D~5D(D为桩径).区域2的侧移约为区域1的2/3,规律类似.该区的另一特征是产生地表隆起,且距离桩轴线1D~2D处的隆起量为最大,其影响范围约为3D~5D.区域3的侧移变化剧烈,从桩侧过渡到桩尖以下的侧移变形曲线由双曲线渐变为近桩、远桩处小而中间大的马鞍形分布;对于双桩,区域1的侧移变化规律与单桩相比,差别很小;由于邻桩的存在,限制了区域2(桩间土)的侧移,因而其地表隆起量远比单桩情况下的要大.受先压入桩体的屏障作用,区域3无论是地表隆起还是土体侧移都较另外2个区域的小很多.(2)数值计算方法的应用为了分析打(压)桩挤土效应及其对环境的影响,采取的分析方法有:①用半解析数值方法模拟沉桩施工全过程,并在微机上实现了对实际桩基施工的模拟计算;②将三维非匀质、变刚度的介质—结构相互作用问题降维为一维数值问题处理,编制了相应的专用计算程序,将之应用于群桩施工引起地表和地层土体与各保护工程对象变形位移的计算分析,并对相关工程的环境土工公害问题进行了理论预测与探讨;③结合对各保护工程对象的现场实测,特别是超孔隙水压的积聚与消散,及土体应力与位移随距离变化的量测,将上述半解析数值计算结果与实测数据作了对比探讨;进而将计算结果作归纳分析,总结出这类环境土工公害的主要指标,为科学预测与合理控制环境变化与信息化施工创造条件并提供理论依据.(3)防治或减轻压桩挤土效应对工程环境的影响针对工程挤压桩的特点,在研究中分析了软粘土内静力压桩的挤土效应及其对工程环境影响的计算方法.通过对某大楼地基基础工程压桩施工过程进行测试,分析了静力压桩对工程环境的影响,提出了防治或减轻压桩挤土效应对周围工程环境土工影响一些有效措施.在理论研究的同时,还研制了相应的计算程序软件;运用无限介质中圆柱形小孔扩张理论,分别模拟了饱和粘性土中打入桩的沉桩过程.假定土体为均质、各向同性的弹塑性介质,求出了沉桩过程中桩周土体的应力分布和桩的极限扩张压力,分析了沉桩引起桩周土体土性的变化及其对土体应力和扩张压力的影响.对打桩瞬间所引起的超孔隙水压力与桩周超孔隙水压力后续的历时性消散以及土体再固结的时效特性进行了分析.2.3本工程对周围环境对劳动力的影响的监测和变形控制的研究2.3.1输入矢量模糊控制模糊理论是解决复杂非线性系统决策所使用的一种有效方法,与神经网络相比,它们的共同之处是不需建立任何数学模型,只需根据输入的采样数据去估计所要求的推理决策.人工神经网络是根据学习的算法,而模糊理论则是根据专家提出的一些语言规则来进行推理决策,它们都是无模型的估计.人工神经网络主要应用自适应控制、优化、识别和统计,模糊理论则是应用概率、数学逻辑和测试方法,它们两者涉及的都是动态系统.近年来,原来并没有必然联系的模糊理论,与人工神经网络之间有了较多的结合,可以利用神经网络对那些在模糊理论中难以确定的规则和决策通过学习来得到,也可以利用模糊理论把输入矢量模糊化来作为神经网络的输入矢量.在理论方面,本子项研究采用了模糊逻辑控制而不是其他的控制算法,其特色在于:①模糊控制是基于规则的、即可利用误差等数据信息,也利用了专家的经验知识,这就为在预测系统中设计合适的控制修正子系统提供了灵活性;②模糊控制无需建立所研究对象的数学模型,由于控制问题所面对的是某种形式的预测系统,对这样的控制对象建立精确的数学模型是非常困难的;③模糊控制归属于一种非线性控制,而被控的预测模型与其预测对象(此处为施工变形位移)都是非线性的,为了对其进行误差反馈修正,调节器也应该是非线性的.模糊控制器是一种万能的非线性控制器,经过合理的设计和调节,可以得出较为理想的预测误差修正机制.在工程实用方面,采用模糊控制的原因在于:①它方便易懂,模糊控制不同于复杂的其他控制理论,是一种模仿人的控制策略的方法;同时,也易于在控制中随时加入新的经验规则,改善系统性能,这样的控制便于人们理解和自行设计;②它执行简便,本项研究使用的模糊控制是最基本而又最常用的查表式模糊控制,易于实现与调节,且运行速度快,可以满足各种实时性要求;③它容易开发,随着模糊控制应用的迅速普及,现成的软件开发工具不难得到(如MATLAB等),这为今后采用更为优化的模糊控制方案(如各种自适应模糊控制)提供了便捷的开发方式.当变形预测值接近警戒值时,控制器开始报警,由模糊控制器给出相应的处理措施和施工参数;根据控制器提示,调整相应的施工参数,进行后续施工,直至变形恢复正常.2.3.2应用效果与分析这部分研究的主要内容有:①基坑周边地表沉降与土层移动的监测.②工程施工中环境土工的控制理论与方法,在研究中完成了某大楼深基坑围护的监测工作,内容包括:连续墙的侧向位移、墙后土体侧向位移、墙体竖向弯矩和主筋应力、支撑轴力、坑外地下水位、立柱沉降等等.经在现场演示和试用,该项研究取得了很好成效.施工环境稳定自动监测系统的功能包括:自动采集数据、自动记录、自动分析、现场显示监测与分析结果等.为达到轻便实用的目的,采用了便捷式电脑为主机.技术上先完成了硬件系统的研制,然后开发数据处理与分析软件,并将理论模型分析与现场测试结果不断交替对比,逐步实现了监测系统和预报系统的完善化.采用系统论和控制论方法,建立了基于工程施工变形控制的受施工扰动影响土体环境稳定的理论框架和计算机仿真系统.另外,依据工程现场监测成果,应用模型辨识和参数反演方法,研究了土体性态、结构力学响应的不确定性机理及其计算参数的时空效应,并建立了系统力学响应动态预报模型与工程施工力学响应的预报机制,以达到施工全过程的动态仿真.通过程序研制,实现了计算机程序智能预报系统.结合上述实际工程,验证了理论的合理性和可行性.2.3.3实现环境土体施工风险的联动.(1)已初步研制、开发了盾构法隧道施工多媒体监控及其三维仿真模拟计算机技术管理系统,以上海市地铁2号线“中山公园站—江苏路站”区间盾构法隧道施工为工程依托,建立了多媒体监控系统,在现场验证了由本项研究完成的有关成果和计算机专用软件.其主要内容包括:①在盾构掘进施工的多媒体实时视频监控仿真模拟中,研制并开发了相应的硬件配置,可以作为计算机技术管理系统的支撑设施,并已在几处工程实践中得到了检验、演示与试用,在盾构机掘进工作面处安装了摄像机和光端发射机,经过铺设于隧道中的光缆,将图像信号和盾构施工参数信息实时传输到地面计算工作站的光接收机上,工作面处的各部位关键工序均可景象清晰地反映在地面指挥中心的显示器屏幕上.②开通盾构机掘进主控计算机数据采集需要的软、硬件系统,经调试已与地面计算机联网.③可从施工现场收集到有关上述研究工作所需要的数据资料:地面空间坐标系统、地形图、设计图纸、监测方案和监控数据(由监测单位提供),以及轴线控制测量资料、地面建(构)筑物和地下管线布置图、盾构推进技术参数报表等等,并建立了较为完善的盾构施工工程数据库(内容含工程地质、水文地质资料数据、施工监测数据、盾构施工参数数据),可以随时方便查询与调用.④分别制定了基坑和盾构施工环境土工安全的技术标准,以上海市地铁工程建设为例,就采用盾构法施工区间隧道时周围环境的调查及其控制地层位移已设定的要求,讨论了监控设计的要点,针对环境土体变形位移不同的允许限值,