一种岩溶区地下结构抗浮设防水位风险确定方法与流程

本发明涉及岩土工程，具体为一种岩溶区地下结构抗浮设防水位风险确定方法。

背景技术：

1、岩溶区地下水主要赋存于溶洞、裂隙、强透水带及含水层区段中，其补给、径流和排泄过程受岩溶发育程度、地层结构、地质构造、降雨条件及工程降排水活动等因素共同影响，地下水位在平面方向和垂向方向上具有较为明显的空间非均匀性。与此同时，地下结构不同区域的底板标高、底板厚度及抗浮构件配置可能存在差异，集水坑、电梯井和局部深坑等结构部位还可能形成局部低点，导致不同底板区域所承受的浮托作用及对应的抗浮安全状态存在差别。现有地下结构抗浮设防水位通常依据水文地质勘察资料、地下水位观测资料、历史最高水位、承压水头及工程经验综合确定，并根据抗浮设防水位与底板标高之间的高程差确定浮托作用，再结合地下结构自重、抗拔桩、抗浮锚杆等抗浮措施进行抗浮安全验算。对于岩溶发育场地，工程勘察还可通过钻孔揭露、地球物理探测及地下水动态观测等方式，识别溶洞、裂隙发育带、强透水区及含水层之间的水力联系，为地下结构抗浮设计提供基础资料。

2、由于岩溶异常体、地下水位观测孔、含水层区段与地下结构底板之间存在复杂的空间对应关系，不同来源的勘察数据和监测数据在坐标基准、空间尺度、数据可信度及观测工况等方面亦可能存在差异，采用统一抗浮设防水位对地下结构整体进行评价，难以充分表征局部岩溶水力通道、高水头节点、底板局部低点及抗浮构件配置差异对不同底板区域抗浮状态的影响。因此，有必要对地下结构底板进行评价单元划分，并综合利用岩溶勘察数据、物探异常数据、地下水位数据和地下结构设计数据，分别确定各底板评价单元的局部设防水位、抗浮安全状态及风险等级，以为岩溶区地下结构的差异化抗浮设计和风险控制提供依据。

技术实现思路

1、基于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种岩溶区地下结构抗浮设防水位风险确定方法，以解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种岩溶区地下结构抗浮设防水位风险确定方法，包括：

3、s1：获取并标准化处理地下结构设计数据、岩溶勘察数据、物探异常数据和地下水位数据，形成标准化工程数据集；

4、s2：根据标准化工程数据集中的地下结构设计数据，对地下结构底板进行评价单元划分，形成底板评价单元集合，并确定各底板评价单元的底板属性、局部低点属性和抗浮构件归属属性；

5、s3：根据标准化工程数据集中的岩溶勘察数据和物探异常数据，对钻孔揭露结果和物探异常结果进行空间匹配及高程匹配，并根据匹配结果形成岩溶异常体集合；

6、s4：根据标准化工程数据集中的地下水位数据，按照预设目标工况确定各地下水位观测孔的代表水位，并根据各底板评价单元与地下水位观测孔之间的空间关联关系及含水层对应关系，确定各底板评价单元的基础水位，形成基础水位集合；

7、s5：根据底板评价单元集合、岩溶异常体集合及岩溶水力连通关系，确定各底板评价单元的岩溶影响强度；

8、s6：根据基础水位集合、各底板评价单元的岩溶影响强度和局部低点属性，确定各底板评价单元的局部设防水位，并根据局部设防水位、底板属性和抗浮构件归属属性，确定各底板评价单元的抗浮设防水位风险值；

9、s7：根据各底板评价单元的抗浮设防水位风险值确定各底板评价单元对应的风险等级。

10、本发明进一步设置为，所述s1包括：

11、将获取的地下结构设计数据、岩溶勘察数据、物探异常数据和地下水位数据转换至同一平面坐标系和同一高程基准，并按照预设字段格式对各类数据进行字段对应和数据格式统一；

12、对完成坐标统一、高程统一和数据格式统一后的各类数据进行有效性检查，将缺少空间位置或高程信息且无法根据关联记录补足的数据记录标记为无效记录；

13、基于完成有效性检查后的地下结构设计数据、岩溶勘察数据、物探异常数据和地下水位数据，形成标准化工程数据集。

14、本发明进一步设置为，所述s2包括：

15、根据地下结构设计数据中的底板边界确定地下结构底板的平面控制区域；

16、根据地下结构设计数据中的底板标高突变线、集水坑边界、电梯井边界、局部深坑边界和变形缝位置，确定底板强制分割边界；

17、按照预设评价单元尺度在底板平面控制区域内生成初始评价网格，并根据各初始评价网格与底板平面控制区域的空间交集，删除位于底板平面控制区域之外的初始评价网格，将与底板平面控制区域存在空间交集的初始评价网格确定为候选评价单元；

18、当候选评价单元被强制分割边界穿过时，沿对应的强制分割边界对候选评价单元进行切分，并将切分形成的各子单元分别确定为底板评价单元，由各底板评价单元形成底板评价单元集合；

19、根据各底板评价单元内的底板标高分布和底板厚度，确定各底板评价单元的底板属性；

20、根据各底板评价单元与集水坑、电梯井或局部深坑之间的空间重叠关系，确定各底板评价单元的局部低点属性；

21、根据抗浮构件与各底板评价单元之间的位置关系，确定各底板评价单元的抗浮构件归属属性。

22、本发明进一步设置为，所述抗浮构件包括抗浮锚杆和抗拔桩。

23、本发明进一步设置为，所述s3包括：

24、根据岩溶勘察数据提取钻孔揭露的溶洞段、裂隙发育段和强透水段，将同一钻孔内垂向间隔满足预设垂向合并条件且钻孔揭露类型一致的相邻钻孔揭露结果进行合并，形成钻孔岩溶揭露对象；

25、根据物探异常数据提取物探异常区，将平面距离满足预设平面合并条件、高程区间存在重叠且异常类型一致的物探异常区进行合并，形成物探异常对象；

26、根据钻孔岩溶揭露对象的钻孔位置与物探异常对象的平面边界之间的空间对应关系，对钻孔岩溶揭露对象和物探异常对象进行空间匹配，并根据钻孔岩溶揭露对象与物探异常对象的高程区间重叠关系进行高程匹配；

27、将同时满足空间匹配条件和高程匹配条件的钻孔岩溶揭露对象与物探异常对象融合为岩溶异常体；

28、根据未相匹配的钻孔岩溶揭露对象的钻孔位置和预设影响范围形成独立岩溶异常体，并根据未相匹配的物探异常对象的平面边界形成独立岩溶异常体；

29、根据各岩溶异常体的异常类型、平面边界、顶板标高、底板标高和数据可信度，形成岩溶异常体集合。

30、本发明进一步设置为，所述s4包括：

31、按照地下水位观测孔对地下水位数据进行分组，并按照观测时间对同一地下水位观测孔对应的地下水位数据进行排序；

32、根据同一地下水位观测孔的相邻地下水位数据之间的水位变化状态识别异常地下水位数据，并剔除水位变化率大于预设水位变化率阈值且缺少对应水文事件或工程事件支撑的异常地下水位数据；

33、根据预设目标工况，从各地下水位观测孔对应的地下水位数据中提取与预设目标工况对应的代表水位，所述代表水位根据预设目标工况确定为历史最高水位、暴雨后峰值水位、承压水头或施工停排后的回弹水位中的一种；

34、根据各地下水位观测孔的过滤管位置、揭露含水层位置和含水层类型，确定各代表水位对应的含水层；

35、根据各底板评价单元与地下水位观测孔之间的空间关联关系及含水层对应关系，对各地下水位观测孔对应的代表水位进行加权处理，确定各底板评价单元的基础水位；

36、由各底板评价单元的基础水位形成基础水位集合。

37、本发明进一步设置为，所述s5包括：

38、根据各底板评价单元与各岩溶异常体之间的水平距离、垂向距离和平面投影重叠关系，以及各岩溶异常体的延伸方向与地下水优势径流方向之间的对应关系，确定各底板评价单元与各岩溶异常体之间的初始空间关联度；

39、根据各岩溶异常体的数据可信度对初始空间关联度进行修正，得到各底板评价单元与各岩溶异常体之间的空间关联度；

40、根据空间关联度与预设关联条件，从岩溶异常体集合中筛选各底板评价单元对应的有效岩溶影响对象；

41、将岩溶异常体、地下水位观测孔和含水层区段确定为岩溶水力节点；

42、当两个岩溶水力节点之间的平面距离和垂向距离满足预设空间邻近条件，且两个岩溶水力节点还满足层位对应条件、异常连续条件或水位响应条件中的至少一种时，在两个岩溶水力节点之间建立水力连接边，形成岩溶水力连通关系；

43、根据各水力连接边对应岩溶水力节点之间的距离关系、层位对应关系、异常连续关系和水位响应关系，确定各水力连接边的连通权重；

44、在岩溶水力连通关系中确定各有效岩溶影响对象与高水头岩溶水力节点之间的连通路径，根据各连通路径所包含水力连接边的连通权重确定对应的路径连通强度，并将路径连通强度最大的连通路径确定为主控连通路径；

45、根据各有效岩溶影响对象对应的空间关联度和主控连通路径对应的路径连通强度，确定各底板评价单元的岩溶影响强度。

46、本发明进一步设置为，所述s6包括：

47、根据各底板评价单元对应的有效岩溶影响对象与高水头岩溶水力节点之间的连通关系，确定高水头岩溶水力节点的水位与各底板评价单元的基础水位之间的主控水头增量；

48、根据主控水头增量、各底板评价单元的岩溶影响强度和局部低点属性，确定各底板评价单元的局部水位修正量；

49、根据各底板评价单元的基础水位和局部水位修正量，确定各底板评价单元的局部设防水位；

50、根据各底板评价单元的局部设防水位与最低底板标高之间的高程差、底板面积及水重度，确定各底板评价单元的浮托作用值；

51、根据各底板评价单元的底板属性确定底板自重，并根据抗浮构件归属属性对应的抗浮构件设计抗拔承载力确定抗浮构件抗拔作用，由底板自重和抗浮构件抗拔作用确定各底板评价单元的抗浮抵抗值；

52、根据抗浮抵抗值与浮托作用值之间的关系，确定各底板评价单元的抗浮安全裕度；

53、根据各底板评价单元的局部设防水位与最低底板标高之间的高程差对应的水头风险，以及抗浮安全裕度对应的安全裕度风险，确定各底板评价单元的抗浮设防水位风险值。

54、本发明进一步设置为，所述s7包括：

55、将各底板评价单元的抗浮设防水位风险值分别与多个预设风险等级阈值进行比较，根据比较结果确定各底板评价单元对应的风险等级；其中，所述风险等级包括低风险等级、中风险等级、高风险等级和重点控制等级。

56、本发明进一步设置为，将各底板评价单元的底板评价单元编号、抗浮设防水位风险值和风险等级进行关联，形成单元级风险等级结果。

57、本发明提供一种岩溶区地下结构抗浮设防水位风险确定方法，通过s1：获取并标准化处理地下结构设计数据、岩溶勘察数据、物探异常数据和地下水位数据，形成标准化工程数据集；s2：根据标准化工程数据集中的地下结构设计数据，对地下结构底板进行评价单元划分，形成底板评价单元集合，并确定各底板评价单元的底板属性、局部低点属性和抗浮构件归属属性；s3：根据标准化工程数据集中的岩溶勘察数据和物探异常数据，对钻孔揭露结果和物探异常结果进行空间匹配及高程匹配，并根据匹配结果形成岩溶异常体集合；s4：根据标准化工程数据集中的地下水位数据，按照预设目标工况确定各地下水位观测孔的代表水位，并根据各底板评价单元与地下水位观测孔之间的空间关联关系及含水层对应关系，确定各底板评价单元的基础水位，形成基础水位集合；s5：根据底板评价单元集合、岩溶异常体集合及岩溶水力连通关系，确定各底板评价单元的岩溶影响强度；s6：根据基础水位集合、各底板评价单元的岩溶影响强度和局部低点属性，确定各底板评价单元的局部设防水位，并根据局部设防水位、底板属性和抗浮构件归属属性，确定各底板评价单元的抗浮设防水位风险值；s7：根据各底板评价单元的抗浮设防水位风险值确定各底板评价单元对应的风险等级，产生的有益效果包括：

58、通过将岩溶异常体、地下水位观测孔和含水层区段构建为岩溶水力节点，并依据空间邻近关系、层位对应关系、异常连续关系和水位响应关系建立水力连接边，进一步确定有效岩溶影响对象与高水头岩溶水力节点之间的主控连通路径及路径连通强度，能够表征高水头地下水经含水层、岩溶异常体和强透水通道向地下结构底板传递的水力过程，避免将空间邻近但缺乏水力连通关系的岩溶异常体确定为高影响对象，提高岩溶影响识别的准确性和可靠性。

59、通过根据各底板评价单元的基础水位、高水头岩溶水力节点对应的主控水头增量、岩溶影响强度和局部低点属性，确定各底板评价单元的局部水位修正量和局部设防水位，能够综合反映常规地下水位条件、岩溶高水头传递作用以及集水坑、电梯井和局部深坑等局部不利构造的影响，实现地下结构底板不同区域的差异化设防，避免采用场地统一设防水位造成局部抗浮风险识别不足。

60、通过根据各底板评价单元的局部设防水位确定浮托作用值，并结合底板自重和抗浮构件抗拔作用确定抗浮抵抗值及抗浮安全裕度，进一步综合水头风险、安全裕度风险和局部低点风险确定抗浮设防水位风险值及风险等级，能够建立岩溶水力条件、局部设防水位与地下结构实际抗浮能力之间的对应关系，实现抗浮设防水位风险的单元化、定量化和分级化评价。

61、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。