水下埋设管线受邻近施工振动影响的安全监测评估方法

摘要

本发明公开了一种水下埋设管线受邻近施工振动影响的安全监测评估方法，具体过程为：在施工振动位置距埋设管线最近的直线上及沿管线方向确定测线布置相应振动监测点，利用海上施工船舶进行水上定位、水下钻孔并埋设振动传感器，在工程施工全过程中通过动态信号采集分析系统，实时采集监测的振动数据，结合土体-混凝土管线的局部精细化模型得出管线安全状态的评估值，评估管线安全。本发明建立邻近水下埋设管线在施工振动下的振动响应的监测体系，安全准确的监测近海工程中邻近水下埋设管线在施工振动下的振动响应，并建立局部精细化模型结合监测数据对邻近水下埋设管线安全评估与预警。

主权项

一种水下埋设管线受邻近施工振动影响的安全监测评估方法，所述邻近施工为近海工程施工，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定监测路径、监测点位置及监测点数量；步骤2：根据工程资料，通过有限元软件建立土体‑混凝土管线的局部精细化模型，并定义其损伤本构关系，最终得出管线的起始损伤速度；土体‑混凝土管线的局部精细化模型损伤本构关系的具体表达式如下：$\sigma =(1-d)\bar{\sigma }$$\bar{\sigma }=D_0^{\mathrm{el}}(ϵ-{ϵ}^{\mathrm{pl}})$${\stackrel{\stackrel{.}{~}}{ϵ}}^{\mathrm{pl}}=h(\bar{\sigma },{\widetilde{ϵ}}^{\mathrm{pl}})·{\stackrel{.}{ϵ}}^{\mathrm{pl}}$${\stackrel{.}{ϵ}}^{\mathrm{pl}}=\lambda \frac{\partial G\left(\bar{\sigma }\right)}{\partial \bar{\sigma }}$式中，σ为名义应力；d为总的损伤指标；为有效应力；为材料的弹性本构矩阵；ε为材料应变；ε^pl为塑性应变；h为硬化函数；为等效塑性应变率；为等效塑性应变；为塑性应变率；λ为塑性乘子；G为塑性势函数；在模型中引入刚度退化指标，通过以下公式定义总的损伤指标：(1‑d)＝(1‑s_td_c)(1‑s_cd_t) 0≤s_t,s_c≤1$\begin{array}{cc}{s}_t=1-{\omega }_t{r}^{*}\left({\bar{\sigma }}_{11}\right)& 0\le {\omega }_t\le 1\end{array}$$\begin{array}{cc}{s}_c=1-{\omega }_c(1-r^{*}\left({\bar{\sigma }}_{11}\right))& 0\le {\omega }_c\le 1\end{array}$$r^{*}\left({\bar{\sigma }}_{11}\right)=H\left({\bar{\sigma }}_{11}\right)=\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{if}& {\bar{\sigma }}_{11}>0\\ 0& \mathrm{if}& {\bar{\sigma }}_{11}<0\end{array}\right.$式中，d_t为受拉损伤指标；d_c为受压损伤指标；s_t和s_c分别为应力状态的函数，用来描述应力状态改变即拉压互相转换时对刚度退化的影响；ω_t和ω_c分别为权重因子；为施加冲击速度作用的X方向的有效应力，X方向指在水平面内施工振动位置与该振动监测点的连线方向；为自变量的Heaviside函数；为用于计算应力状态的函数，通过来赋值；在土体‑混凝土管线的局部精细化模型边界施加冲击速度，计算冲击速度变化过程中的损伤情况；若总的损伤指标d>0，即管线出现损伤，此时的冲击速度即为管线的起始损伤速度；步骤3：利用海上施工船舶进行水上定位，在预定振动监测位置，进行水下钻孔并埋设振动传感器；步骤4：在工程施工全过程中实时采集监测的振动数据，结合管线的起始损伤速度来计算管线安全状态的评估值θ_min，评估管线安全，具体如下：401，对第i个监测点，管线的起始损伤速度记为V_i，根据监测的振动数据所得振动峰值为V_i'，计算管线安全状态的相对值θ_i，具体公式为：${\theta }_i=\frac{V_i}{{V_i}^{\prime }}$式中，i为自然数；402，管线安全状态评估值选取各监测点的管线安全状态的相对值的最小值：θ_min＝min(θ₁,θ₂,…,θ_i,…)则θ_min即为管线目前所处的总体安全状态，用以评估近海工程施工振动对邻近水下埋设管线安全影响；若θ_min小于1，表明管线出现损伤；否则表明管线处于安全状态。