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基坑支护系统控制及三维可视化研究

作　者: 薛飞
导　师: 陆敏恂
学　校: 同济大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 基坑工程支撑系统监控系统控制预警系统三维可视化
分类号: TU753
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 530次
引　用: 3次
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内容摘要

基坑工程事故的预防和处理一直是岩土工程中的一个重要课题，也是深基坑工程实践中的热点问题。本文研究开发了一种不同与往常的信息施工技术，一种新型的应用于基坑开挖施工的支护及其监控系统。充分发挥监测对施工的预警、指导作用，保证基坑的整体稳定性，防止基坑施工事故的发生。本文根据前人的研究成果，对基坑工程的发展简介和特点进行了简明扼要的叙述。针对当前基坑工程施工的现状和存在问题，参考国内外基坑工程的研究，对当前控制基坑变形的因素进行了综合的分析，提出了采用可以预先施加支撑力且可随时控制支撑力大小的可控支撑系统，并综合分析目前的基坑计算方法，建立了支护系统的数学模型，在MATLAB平台上设计了一套计算施加预加支撑力的计算软件。其次，在LabVIEW平台上利用ActiveX调用OpenGL技术，开发了在线的、实时的基坑支护系统三维可视的计算机监测系统，及时整理、反馈监测数据，为充分发挥监测对施工的预警、指导作用准备了充足的条件，使得实时预警支护系统状态更加直观、鲜明、准确。再次，分析基坑事故原因，对深基坑工程事故的控制和预警系统的建立、预警指标的确定进行了理论和实践研究。建立了基坑支护系统的控制预警专家系统，为基坑支护系统的故障预警和动态施工提供了更好的指导。最后，通过对基坑工程施工实例采用可视化基坑监测管理系统的实践，结合实际工程现场监测数据资料分析，以及支撑系统设备控制工作的试验，总结出基坑工程动态施工中采用可视化基坑监测管理系统实施的工程设计和施工建议，本方法具有广阔的工程应用前景。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-13
第一章引言  13-35
  1.1 课题来源及意义  13-16
  1.2 基坑工程国内外发展历史及现状  16-29
    1.2.1 国内外发展历史  17-21
    1.2.2 基坑围护结构现状  21-23
    1.2.3 基坑支撑型式现状  23-26
    1.2.4 信息化监测现状  26-27
    1.2.5 监测手段现状  27-29
  1.3 基坑事故原因  29-31
  1.4 支护系统研究动态  31-33
    1.4.1 多撑式支护系统力学模型概况  31-32
    1.4.2 支护系统变形控制及预警概况  32-33
  1.5 本论文主要研究内容  33-35
第二章基坑支护系统力学模型  35-67
  2.1 概要  35-36
  2.2 基坑支护系统施工变形影响因素  36-37
    2.2.1 基坑变形因素  36-37
    2.2.2 基坑位移控制措施  37
  2.3 土压力理论  37-43
    2.3.1 土体应力状态分析  38-39
    2.3.2 朗肯土压力理论  39-43
  2.4 基坑围护结构土压力的确定  43-46
    2.4.1 多土层土压力计算  43-45
    2.4.2 局部均布超载土压力的确定  45-46
    2.4.3 集中载荷土压力的确定  46
  2.5 基坑支护系统数学模型  46-60
    2.5.1 土弹簧引起围护体的变形  47-49
    2.5.2 主动土压力引起围护变形  49-50
    2.5.3 均布超载引起围护变形  50-54
    2.5.4 集中载荷引起围护变形  54-57
    2.5.5 预应轴力引起围护变形  57-58
    2.5.6 施工中支护系统力学模型  58-60
  2.6 计算实例与验证  60-66
    2.6.1 工程地质条件  61-63
    2.6.2 计算结果  63-66
  2.7 小结  66-67
第三章基坑支护系统的监控系统  67-88
  3.1 概要  67-68
  3.2 可控支撑设备  68-75
    3.2.1 液压系统设计及说明  69-70
    3.2.2 液压缸结构参数设计  70-72
    3.2.3 液压泵的选择  72
    3.2.4 电机的选择  72-73
    3.2.5 电磁换向阀的选择  73
    3.2.6 密闭油箱的设计  73-75
  3.3 电控系统  75-79
    3.3.1 PAC系统  76-77
    3.3.2 系统结构  77
    3.3.3 系统的组成和特点  77-78
    3.3.4 抗干扰设计  78-79
  3.4 可控支撑系统的软件  79-87
    3.4.1 Labview概念  79-80
    3.4.2 Labview特点  80-81
    3.4.3 软件结构  81-82
    3.4.4 软件的编程  82-87
  3.5 小结  87-88
第四章基坑支护系统控制及预警监测系统  88-112
  4.1 概况  88
  4.2 专家系统概述  88-93
    4.2.1 专家系统的定义及特点  88-90
    4.2.2 专家系统的结构  90-91
    4.2.3 专家系统的研究课题  91-93
  4.3 基坑控制预警知识的获取  93-96
    4.3.1 事故分析  93-95
    4.3.2 影响参数  95-96
  4.4 知识库的建立  96-98
    4.4.1 影响参数的形式化  97
    4.4.2 规则库建立  97-98
  4.5 专家系统的实现  98-111
    4.5.1 支撑系统模糊推理的实现  99-107
    4.5.2 支护系统专家系统的实现  107-111
  4.6 小结  111-112
第五章基坑支护系统的三维可视化  112-128
  5.1 概论  112
  5.2 三维图形技术  112-113
  5.3 基于OpenGL的三维图形开发  113-117
    5.3.1 OpenGL工作原理  113-116
    5.3.2 OpenGL图形处理流程  116-117
  5.4 LabVIEW环境下三维显示  117-120
    5.4.1 ActiveX基本原理  118
    5.4.2 ActiveX控件和包容器  118-120
  5.5 基坑支护监控系统的可视化建模  120-127
    5.5.1 三维造型和动画仿真模块  120-123
    5.5.2 结果处理模块  123-124
    5.5.3 基坑支护系统显示  124-127
    5.5.4 保证实时性  127
  5.6 小结  127-128
第六章基坑支护系统模拟仿真与试验  128-146
  6.1 模拟仿真与试验的目的  128
  6.2 仿真概况  128-142
    6.2.1 工程介绍  128-129
    6.2.2 支撑系统预加轴力计算  129-134
    6.2.3 控制预警系统  134-140
    6.2.4 三维可视化状态报警  140-142
  6.3 试验概况  142-145
    6.3.1 试验设备  142-144
    6.3.2 试验步骤  144
    6.3.3 试验方案  144-145
    6.3.4 试验结果  145
  6.4 小结  145-146
第七章结论  146-150
致谢  150-151
参考文献  151-157
个人简历在读期间发表学术论文与研究成果  157

基坑支护系统控制及三维可视化研究

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