1挑战杯资料 大挑 校赛 第十一届挑战杯各学院资料汇总初赛-200812 水利-挑战杯申报书 06刘韬

序号： 编码： 第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛华南农业大学选拔赛作品申报书 作品名称： 深基坑支护结构内力和位移的监测系统的建立 所在学院： 水利与土木工程学院 申报者姓名 （集体名称）： 刘韬 类别：自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技发明制作A类科技发明制作B类说 明1. 申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3表内项目填写时一律用打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4序号、编码由竞赛组委会填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请用4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字以内, 调查报告类每篇在15000字以内。6其他参赛事宜请向校团委咨询。联系电话：85283396，电子邮箱：A2申报者情况（集体项目）说明：1.必须由申报者本人按要求填写； 2.申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列； 3.本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。申报者代表情况姓名刘韬性别男出生年月1987年7月学院水利与土木工程学院系别、专业、年级2006级土木工程专业学历大学本科学制4年入学时间2006年9月作品名称深基坑支护结构内力和位移的监测系统的建立毕业论文题目通讯地址华南农业大学水利与土木工程学院邮政编码510642办公电常住地通讯地址华南农业大学华山宿舍区6栋101宿舍邮政编码510642住宅电话80925715其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位莫颜飞男21本科水利与土木工程学院资格认定学院学籍管理部门意见以上作者是否为2009年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否 （学院盖章）年 月 日院、系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果。是 否负责人签名：年 月 日 B1申报作品情况（自然科学类学术论文）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3作品分类请按作品的学术方向或所涉及的主要学科领域填写；4硕士研究生、博士研究生作品不在此列。作品全称作品分类（A ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品撰写的目的和基本思路目的：为基坑支护结构监测提供一套完整的数据处理和预警的信息系统，防止因支护结构失效而得不到及时补救所出现的重大安全事故。思路： 1、数据采集。利用仪器设备实时监测支护结构的内力和位移。 2、数据处理。设计数据处理系统，对采集的数据进行处理，得出当前支护结构的受力和位移状态，并绘制成图表模式。 3、预警处理。当处理的数据达到设定参数值，启动预警系统。作品的科学性、先进性及独特之处用计算机代替人工实施监测并处理得到监测结果，效率高，误差小，同时大大减少人工监测所需要的人力、物力、财力。具有对位移和内力同步监测的能力，准确率高。作品的实际应用价值和现实意义 本系统不仅仅运用在基坑支护结构监测方面，而且在其他工程监测方面也可以运用，如桥梁、隧道、矿井等等。具有很广泛的应用前景，很大的实际应用价值。 监测结果的准确性，监测过程的时效性，有效地避免了因报警不及时而造成的重大安全事故，同时也可以消除安全隐患，具有很强的现实意义。学术论文文摘 阐述了深基坑支护结构内力和位移监测原理并依据灰色模型并在vc环境下编程建立监测系统模型，该系统是一个集监测数据处理，图形绘制与管理，变形预测及险情分析判别于一体的集成系统。作品在何时、何地、何种机构举行的会议上或报刊上发表及所获奖励无鉴定结果请提供对于理解、审查、评价所申报作品具有参考价值的现有技术及技术文献的检索目录1 MTSkinner.C+基础教程.中国水利水电出版社.2003.2刘洪成.C#高级编程.清华大学出版社.2003.3Geetanjali Arara Balasubramaniam Aiaswamy Nitin Pandey著，徐成敖，王雷等译.C#专业项目实例开发.中国水利水电出版社，2006.4建筑地基基础设计.地震出版社.2006.5杨光华.深基坑支护结构的实用计算方法以及其应用.地质出社 社.2004.6赵振寰反分析法在基坑开挖数值分析中的应用工程勘察1996.7焦要成.神经网络系统理论西安西安电子科技大学出版社.1990.8华瑞平 神经络在深基坑支护变形预测中的应用解放军理大学学报2001.9朱玉平基坑变形的灰色模拟与预测广东土木与建筑.2000.申报材料清单（申报论文一篇，相关资料名称及数量）论文一篇：深基坑支护结构内力和位移的监测系统的建立实例照片四张 ：附录1科研管理部门签章 年 月 日C.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。深基坑工程是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题，边坡开挖和简易木桩支护可以追溯到远古时代。人类土要工程活动促进了基坑的发展，但由本世纪初以前的建筑基坑一般具有工程小，开挖面积少的特点且那时的监测仪器尚不发达，基坑极少采用仪器监测基坑的开挖及运行情况。本世纪初以来，在国外由于超高层建筑及高层建筑的大量涌现，部分建筑基坑开始采用仪器进行监测，在20世纪60年代初期，已开始在奥斯陆和墨西哥软土深基坑中使用仪器进行全方位的监测。经过近30年的发展，国外20世纪90年代已出现了监测电脑数据采集系统，实现了监测自动化.我国的深基坑的全方位监测于20世纪90年代才开始起。在深基坑的研究方面，国外主要侧重于支护设计和施工技术的研究，缺乏对监测分析、信息反馈及预测预报的自动化研究。安全监测工作的蓬勃开展在国内外带动了一大批监测仪器研制生产部门的发展，一些先进监测仪器在工程中得以应用。如Geokon仪器主要用于大坝、隧道、边坡、桥梁等工业及民用结构的安全监控，己在我国的三峡工程，小浪底水利工程等工程中已有应用;SlopeIndileotr公司已可提供可用于岩土及结构位移，应力监测的传感器及一些相应的数据处理等软件;我国北京、武汉、南京等地也有监测仪器研制生产单位。近十多年来，国内外对建筑基坑安全监测开始越来越重视，许多学者开始对基坑边坡安全监测工作进行研究.张文波研制了边坡监测信息微机管理系统、该系统利用FoxBase、ForTRan、Turol混合编程，具有对边坡监测资料进行数据管理、数据处理、变形预报以及绘图等功能。袁宝远研究了一个具有监测信息管理，可视化查询分析边坡不稳定先兆分析等功能的边坡监测信息系统，该系统具有面自对向风格和可视化特征，具有在专家参与下对监测信息分析预报的特点。钟正雄研究建立了基坑监测数据库管理系统，该系统能全面的将基坑监测信息的各种信息按数据库格式输入，其中包括一些不确定的信息，并能客观的评价监测项目的稳定状态，设置含报带及相应的规程和规范指标等窗口。胡友健研究了深基坑监测数据处理与预测报鳌系统，该系统对深基坑的监测数据实施数据库管理，利用灰色系统理论建立变形预测模型，采用若干定性和定盘指标进行深基坑工程极限状态的分析判别与险情预报。近年来，由于动态设计及信息化施工技术的提出，国内外学者对建筑基坑预测预报技术进行了更深入的研究.现在常用的建筑基坑预测预报分析方法有神经网络预测预报方法、实时建模时序分析预测预报法、模糊数学预测预报分析法及灰色系统预测预报法。倪立峰根据基坑变形的特点，提出应用动态递归神经网络实时建模预报，并采用一种改进的在线学习算法，较好的描述了基坑的动态特性。贺可强根据深基坑变形的基本特征，用神经网络建立了深基坑变形的实时预报模型，编制了用于预报的神经网络程序。曹红林将小波神经网络应用于深基坑周围地表沉降的预测，提出了一种有效的预测方法，并构造了预测沉降的小波神经网络模型.张伟丽tgll根据灰色系统理论，建立了基坑变形的GM预测模型，根据现场位移观测值对后续施工中的变形值进行预测。荣延样利用灰关联分析研究基坑边坡位移数列与基坑周围边公寓位移数列之间的关系，并将二者迭加生成一新的位移数列，而后利用灰色预测模型分别对以上三个数列进行预测.钟正雄针对基坑变形的特点，提出了在基坑变形预测中应用实时建模预报时间序列的分析方法。赵海燕提出了非线性变形动态趋势曲线，可对基坑开挖每一阶段的变形采用函数形式定量地表示，并通过具体的工程算例进行了验证，该曲线改进了以往仅凭经验难以预测的特点。邓跃进介绍了地质北方气候突发因素等不同影响因素与位移量的模糊近似推论，在此基础上应用模糊人工神经网络进行位移量预报;杨林德通过将现场信息采集，优化反分析支护位移和安全性监测建立了动态预报技术，提出了分析理论和方法。岩土工程中反分析的思想最早由kavnahg仍等人提出，根据试验得到应变和位移反演材料物性参数。国内外近些年对岩土工程反分析方法研究较多，但以上研究多是在岩石力学领域里展开，目前对基坑开挖的反分析研究较少。主要有gioda提出了根据现场量测挡土结构位移来计算作用于墙体上的土压力分布估计的最小二乘法.张鸿儒在有限元分析的基础上，提出了深基坑分级开挖中土层参数Beys估计法及参数估计精度的基本方法。时蓓玲在前人研究的基础上，借助位移反分析原理确定参数，对基坑变形及其安全性进行随机预测.赵振寰以二维有限元正分析为基础，运用非线性规划中的单纯形法进行软土地区深基坑开挖的反分析。杨敏建立了以基坑支挡结构计算公式中的“m”法为基础的位移反分析模型，给出了一种优化算法并讨论了解的收敛性和计算时间等问题。D.推荐者情况及对作品的说明说明：1由推荐者本人填写； 2推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品相同或相关 领域的专家学者或专业技术人员（教研组集体推荐亦可）； 3推荐者填写此部分，即视为同意推荐； 4推荐者所在单位签章仅被视为对推荐者身份的确认。推荐者情况姓 名冼标性别男年龄44职称高级工程师工作单位华南农业大学水利与土木工程学院通讯地址华南农业大学嵩山区42栋203邮政编码510642单位电宅电荐者所在单位签章 （签章） 年 月 日请对申报者申报情况的真实性作出阐述申报表的资料准确无误。请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价作品有一定创新性，国内目前尚未有这方面的做法，对减震防灾，预防重大事故有较大价值。推荐者情况姓 名陈存恩性别男年龄55职称副教授工作单位华南农业大学水利与土木工程学院通讯地址华南农业大学水利与土木工程学院邮政编码510642单位电宅电荐者所在单位签章 （签章） 年 月 日请对申报者申报情况的真实性作出阐述申报表的资料准确无误。请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价 此作品有创新，通过编程建立系统，具有前沿性，以后监测的这一块肯定是会让计算机来做的。比较有实际意义。其他说明F参赛作品打印处深基坑支护结构内力和位移的监测系统的建立 作者：刘韬 莫颜飞 指导老师：冼标华南农业大学水利与土木工程学院，广州，510642【摘 要】阐述了深基坑支护结构内力和位移监测原理并依据灰色模型并在vc环境下编程建立监测系统模型，该系统是一个集监测数据处理，图形绘制与管理，变形预测及险情分析判别于一体的集成系统。【关键词】 支护结构 监测原理 集成系统 预警 前言 随着高层、超高层建筑物的新建，深基坑工程越来越多，且大多位于人口稠密的城区，通常周围有重要的建筑（构）物和地下管网，开挖深基坑有可能发生位移、沉降和变形，以至遭受破坏，造成严重的工程事故，因此，在深基坑施工过程中需要进行监测，对土体或结构的位移、应力、土中孔隙水压力、土压力和相邻结构物、管线的位移进行跟踪监测，及时发现施工设计中的问题，从而及时改进施工技术措施或调整设计，或利用监测数据进行反分析以指导下一步施工或为以后的设计施工做理论探讨，同时为今后改进设计、施工提供可靠参数，为分析判别基坑施工过程中其支护结构和周围建（构）筑物及管网的安全稳定性提供科学依据。下图1即为施工方法。 深基坑监测项目繁多，有大量监测原始数据，如何及时准确处理这些原始数据是信息化施工的关键一环，尤其是当监测频率高（如一天一次或更多）时，数据处理经常达不到施工方的时间要求。为此，我们研制开发了一套完整的深基坑工程监测数据于预测报警软件系统。施工设计变更施工调整工程指挥部设计监测 结果或报警反分析 求助建议专家 图11、 深基坑监测原理由于基坑系统存在大量的未知信息，对基坑系统行为的预报在很大程度上取决于对有限信息的把握和运用，这些信息可分为两类:(l)可以直接量测到的或可凭以往经验判断确定的基坑系统的因素参量，例如：各种材料介质的物理力学性质参数及其分布规律等;（2)反馈信息，主要是可由开挖过程中的现场监测数据借助计算估计获得的信息。如果把基坑系统作为一个内部结构未知的“黑箱”或“闭盒”，则对其行为做预测预报必须先通过对其外在功能的观测，研究其外在功能在内部结构之间的关系，并由此推知其内部结构。基坑系统的外在功能最直观的表现就是变形，包括周围地层的侧移、沉降、坑底降起等，此外还有土压力，孔隙水压力以及支撑轴力的观测值等。作为内部信息的载体，这些观测数据蕴含了许多不易被观测到的内部关联，对其进行处理、加工，可以据此建立有效的反馈控制。反馈控制的过程可归类为对工程逆问题的研究。解决这类问题最有效的方法便是近年来已被广泛研究的反分析方法，即通过对工程施工阶段量测信息的采集和分析来辨别用于描述其未来溶化趋势的理论模型(如本构模型等)以及模型中的参数(如介质的物理力学参数和荷载参数等)。反分析过程一般都致力于使基坑某种模型及其参数的理论分析结果能以最小的误差接近于现场实测结果，以便能够利用同样的模型和参数预测预报系统的未来行为。2、监测方案设计的原则由于监测方案对基坑设计、施工和运行都起着相当重要的作用，因此基坑监测方案应综合分析各种有关资料和信息进行精心设计。方案设计的原则如下:(1)可靠性原则可靠性原则是监测设计中所要考虑的最重要原则。为此，必须做到:系统需采用可靠的仪器设备;应在监测期间内保护好测点(2)多层次原则在监测对象上以位移为主，但也考虑其他物理量监测。在监测方法上以仪器监测为主，并辅以目测巡视的方法。在监测仪器选型上以机测式仪器为主，并辅以电测式仪器。为保证监测的可靠性，监测系统应采用多种原理不同的方法和仪器。考虑分别在地表、基坑土体内部及邻近受影响建筑物与设施内布点，以形成具有一定的测点覆盖率的监测网。(3)重点监测关键区原则将易出问题而且一旦出问题将会造成很大损失的部位列为关键区进行重点监测，并尽早实施。(4)方便实用原则为减少监测与施工之间的相互干扰，监测系统的安装和测读应尽可能地做到方便实用。(5)经济合理原则在系统设计时应尽可能选用实用而价廉的仪器，以降低监测费用。(6)以位移为主的原则变形监测是边坡监测的主要手段，也是变形破坏的基本依据。(7)整体控制原则保证监测系统对整个边坡的覆盖。(8)遵照工程需要原则监测系统的布置要充分考虑工程的特点和工程建筑对边坡的要求。3、深基坑的监测内容：深基坑工程根据其安全等级不同，监测内容有所差别。本系统必须包含所以可能的监测项目，满足不同用户的需求。包括（1） 沉降观测（2） 水平位移观测（3） 深层土体位移和支护结构变形观测（4） 土压力测试（5） 孔隙水压力观测（6） 支撑结构受力和变形观测（7） 地下水动态观测（8） 坑底隆起观测由于我们做的是深基坑支护结构的内力和位移方面的监测，所以我们的程序里只包含这方面的编码，没有其他的，不过其他的监测项目的监测模型可以类似用这样的模型编出来，在此不再赘述。4、监测系统的建立、建立监测系统有如下几种模型：、神经网络预测方法 神经网络又称并行分布式处理，是在生物技术的基础上借鉴人脑的结构与工作原理，使用数学方法，利用计算机技术发展起来的一项智能技术。它具有许多引人注目的特点:大规模微电子技术系统，具有很强的适应能力，自学习、自组能力和高度线性动态处理能力，这种能力可以代替复杂的、耗时的传统算法，使信息处理过程更接近于人的大脑思维活动。 神经网络理论和应用研究的迅速发展及神经网络所特有的信息处理机理，给我们在解决诸多应用领域的问题方面展示了诱人的前景。可以认为，在边坡系统分析领域内采用神经网络技术具有其独特的优势，神经网络在基坑中的预测预报法有多种建模方法。预测预报法精度较高，效果较好，但良好的运用及实现其预测预报功能较复杂，须具有良好的计算机及神经网络知识。 、模糊数学预测法模糊数学是涉足模糊性现象领域的数学，是运用数学方法研究和处理带有模糊性现象的一门新兴学科。而模糊性是指事物的不确定性，反映在概念形成过程中外廷的不分明性。由于事物运动的趋势不仅决定于它的历史，还要受到当前环境的影响;况且历史数据又往往不尽全面还带有模糊性，这就为预测工作带来一定的困难，人们为使预测更加可靠，一方面研究对历史数据的加工提炼手段、另一方面还充分运用丰富的经验，这正好是模糊集理论的“专长”，从而就产生了模糊预测方法。模糊预测方法主要有基于因果聚类的模糊预测及模糊时间序列预测方法。模糊时间序列预测预报法是一种模糊的预测预报法，它最终的预测值不是一个具体的数值，而是一个序列带。由于其精度较差，它在建筑基坑预测预报中运用的不是很多。、实时建模时间序列预测法 基坑的变形受其结构特征和赋存的环境制约，有其自身的内在规律性，反映在监测数据上是其观测序列随时间变化，前后不再独立，而存在一定的依存关系，当前的状态是过去状态的延续，为一动态变化过程，另一方面基坑施工过程中往往受某种因素的千扰，表现为定期观测的变形位移的数据具有一定随机性。因此，在对基坑监测数据分析中宜采用动态数据处理的方法。随机理论中的时间序列分析从动态数据的统计特征出发，并从所建立的模型中寻找变形机制，不失为处理基坑监测动态数据处理的一种有效方法。考虑到基坑是分层分段开挖的特点，一方面对于初始开挖的基坑变形预测事先并不具备进行预报所需的模型，收集数据、建模与预报必须同时进行，另一方面利用历史数据建立的模型不能完全反映该序列近期和现时的特征，并随着开挖的进行，模型的数据会随时间的推移发生变化。而实时建模预报时间序列的分析方法结合基坑开挖过程中的变形特点，是一种随着新数据的积累不断调整模型的参数来不断完善模型的预报的方法。 实时建模预测预报时间序列的分析方法具有计算简单、快速及连续预测预报的特点，能较好的反映基坑变形的动态变化规律，及时的为下一阶段的基坑开挖以及基坑的变形的研究提供指导信息，但是时间序列为一种数学上的统计方法，由于其外推时间不能过长，因此该方法用于中长期预测预报时其精度较差。、灰色系统预测法 灰色系统即部分信息已知、部分信息未知的系统。灰色系统理论由邓聚龙教授于1982年创立，其研究对象是部分信息已知、部分信息未知的“小样本”、“贫信息”不确定性系统。它通过对部分信息的生成、开发去了解、认识现实世界，实现对系统运行行为和演化规律的正确把握和描述。其主要观点是将看似离散的数据序列变换后形成有规律的生成序列，并建立微分方程GM，对系统行为进行预测决策和模拟。它一般采用关联度分析，对样本量的多少没有过分要求，也不需要典型的分布规律，计算量小，且不致于出现像回归分析那样关联度的量化结果与定性分析不一致的情况。灰色系统一般建立GM模型。GM模型具有弱化序列随机性，发掘系统演化规律的独特功效.灰色系统理论在建模过程中一方面提倡尊重原始数据而又不拘泥于原始数据，并允许以科学的定性分析为依托，研究对象的实验、观测、统计数据，并进行必要的调整和修正;另一方面，需要数据较少，灰色系统理论的核心模型仅用四个数据就可以估计模型参数，且可达一定的模拟精度。因而，用灰色系统理论的思想、方法对原始观测数据进行必要处理，将会大大改善统计模型的性能。、数据采集 数据采集的内容和方法本监测系统主要针对深基坑支护结构进行监测，监测内容包括支护结构的应力和位移。为了采集到可靠的数据，对支护结构进行有效的监测，首先对不同的支护形式采取不同的布点方法，然后再把采集到的数据传输到处理系统。、 预应力锚杆的应力数据采集 预应力锚杆是受拉构件，主要对其应力进行监测，依据轴向位移和受力的关系，可采用预埋应变片的方法，配合精密的仪器采集数据。应变片的埋设点离洞口的距离不能过长，具体合适范围有待实践检验。、悬臂桩的水平位移数据采集在基坑开