基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统

本申请涉及导管架桩基稳定检测，具体涉及基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统。

背景技术：

1、海洋导管架桩基是以钢管为骨架、经灌浆固结而形成的海上固定式平台基础结构，其主要功能是将上部由波浪、风、海流等环境荷载引起的作用力传递至深层地基中。在海洋导管架桩基所处的地基环境中，海床土体会发生压密、颗粒重排及黏滞流动等蠕变现象，即地基在长期荷载作用下会产生缓慢的持续形变，进而对桩基的长期稳定性产生不可忽视的影响。因此，为保证海上平台的安全稳定运行，需要对海洋导管架桩基进行实时监测与稳定性评估，以避免因失稳导致的停产损失和环境事故。

2、传统方法通常采用静力分析对桩基的承载状态进行评估。然而，由于海床土体会因长期受压产生蠕变现象，蠕变状态下的海床土体具有刚度随时间持续衰减的特性，属于动态变化体。传统的单一静力分析方法无法有效捕捉海床土体刚度衰减的动态规律，难以满足对海洋导管架桩基长期稳定性进行故障预测与健康管理的实际需求。因此，有必要建立一种融合多源监测数据与海床土体蠕变本构模型的长期稳定性检测与评估方法，以提升对海洋导管架桩基长期稳定性的监测与预测水平。

技术实现思路

1、针对现有技术中静力分析方法无法反映海床土体蠕变动态特性、多源荷载考量不足、稳定性评估维度单一以及缺乏长期预测能力的问题，本申请旨在提供一种基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，所采用的技术方案具体如下：

2、本申请提出了基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，所述系统包括：

3、数据采集模块：持续采集海洋导管架桩基的桩体应变、自重荷载、沉降量和水平位移量，以及海床土体的孔隙水压力；

4、荷载分析模块：通过每个采集时刻下海洋导管架桩基所受到的波浪荷载、潮流荷载、风力荷载，构建海洋导管架桩基受到的水平总荷载，并将其转化为等效垂直荷载，并结合所述自重荷载，构建综合荷载，进而结合海洋导管架桩基与海床土体之间的接触面积，计算波浪、潮流、风力以及海洋导管架桩基自重对海洋导管架桩基所产生的应力；

5、蠕变本构模型求解模块：根据所述应力和海床土体的自重应力，构建海床土体的总应力，并结合海床土体的孔隙水压力，计算海床土体的有效应力；通过当前采集时刻的局部窗口内所有采集时刻下海洋导管架桩基的桩体应变、海床土体的有效应力，以及受荷时长，对burgers蠕变模型中各蠕变参数进行求解，得到各蠕变参数的估计值；

6、稳定性评估模块：根据每个采集时刻下海洋导管架桩基的桩体应变、沉降量和水平位移量，构建海洋导管架桩基的综合稳定性；通过所述综合荷载、所述各蠕变参数的估计值、综合稳定性，判断海洋导管架桩基是否稳定。

7、作为优选，所述海洋导管架桩基受到的水平总荷载是指海洋导管架桩基的波浪荷载、潮流荷载、风力荷载之间的和值。

8、作为优选，所述等效垂直荷载的获取方法为：

9、获取海洋导管架桩基的中心点，统计该中心点相对于海洋导管架最低点的垂直高度；

10、将海洋导管架桩基受到的水平总荷载与所述垂直高度之间的乘积记为桩基对海床底部的倾覆弯矩；

11、采用等效偏心压应力转化方法，将所述倾覆弯矩和所述水平总荷载转化为海洋导管架底面的等效垂直荷载。

12、作为优选，所述综合荷载是指海洋导管架底面的等效垂直荷载与海洋导管架桩基的自重荷载之间的和值。

13、作为优选，所述波浪、潮流、风力以及海洋导管架桩基自重对海洋导管架桩基所产生的应力是指所述综合荷载与所述接触面积之间的比值。

14、作为优选，所述海床土体的总应力是指海床土体的自重应力与波浪、潮流、风力以及海洋导管架桩基自重对海洋导管架桩基所产生的应力之间的和值；其中，海床土体的自重应力是指海床土体的密度、海洋导管架桩基最深位置距离海床表面的垂直距离、重力加速度之间的乘积。

15、作为优选，所述海床土体的有效应力是指海床土体的总应力与海床土体的孔隙水压力之间的差值。

16、作为优选，所述各蠕变参数的估计值的求解过程为：

17、将海洋导管架桩基在每个采集时刻下采集的所有桩体应变的均值记为海洋导管架桩基在每个采集时刻下的蠕变应变量；

18、构建burgers蠕变模型：；式中，表示海洋导管架桩基在每个采集时刻下的蠕变应变量；表示从海洋导管架桩基的开始监测时刻到每个采集时刻之间的受荷时长；表示海床土体的有效应力；表示瞬时弹性模量；表示延迟弹性模量；表示maxwell黏滞系数；表示kelvin黏滞系数；表示以自然常数e为底的指数函数；

19、将当前采集时刻的局部窗口内所有采集时刻的蠕变应变量、所述受荷时长、海床土体的有效应力作为burgers蠕变模型的输入，通过最小二乘迭代算法获取burgers蠕变模型中各蠕变参数的估计值。

20、作为优选，所述海洋导管架桩基的综合稳定性与海洋导管架桩基的桩体应变、沉降量和水平位移量均呈负相关关系。

21、作为优选，所述判断海洋导管架桩基是否稳定的具体过程为：

22、将海洋导管架桩基的综合稳定性、综合荷载的倒数、各蠕变参数的估计值分别进行归一化，将各采集时刻下归一化后的所有参数组成的向量记为各采集时刻的稳定向量；

23、将当前采集时刻及其前若干个采集时刻的稳定向量作为lstm神经网络的输入，算法的输出为未来预设数目个采集时刻的稳定向量预测值；

24、若在未来预设数目个采集时刻的稳定向量预测值中，存在任意一个采集时刻的稳定向量预测值中任一数值小于或等于预设稳定阈值，则判定海洋导管架桩基是不稳定的；

25、反之，则判定海洋导管架桩基是稳定的。

26、本申请具有如下有益效果：

27、1．本申请通过实时采集海洋导管架桩基的桩体应变，结合burgers蠕变模型与最小二乘迭代算法，动态求解各蠕变参数，使长期形变预测排除土体时变扰动，提升蠕变稳定性评估的准确性。

28、2．本申请通过波浪、潮流、风力多维荷载融合计算综合荷载，从多个来源的荷载情况来综合评估海洋导管架桩基受到的荷载，降低了单一荷载对桩基稳定性评估的误差，提高海洋导管架桩基荷载分析的可靠性。

29、3．本申请通过海洋导管架桩基的沉降量、位移量与蠕变应变量来构建综合稳定性，并结合各蠕变参数和综合荷载来构建稳定向量，从多个维度评估了海洋导管架桩基的稳定性，能够适应不同海况土体蠕变特点，提高后续海洋导管架桩基的稳定性的评估准确性；并通过历史数据来预测未来数据，能够对海洋导管架桩基的不稳定性进行提前预警，提高了海洋导管架桩基的运行安全性。

1.基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，其特征在于，所述系统包括：

2.如权利要求1所述的基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，其特征在于，所述海洋导管架桩基受到的水平总荷载是指海洋导管架桩基的波浪荷载、潮流荷载、风力荷载之间的和值。

3.如权利要求1所述的基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，其特征在于，所述等效垂直荷载的获取方法为：

4.如权利要求1所述的基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，其特征在于，所述综合荷载是指海洋导管架底面的等效垂直荷载与海洋导管架桩基的自重荷载之间的和值。

5.如权利要求1所述的基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，其特征在于，所述波浪、潮流、风力以及海洋导管架桩基自重对海洋导管架桩基所产生的应力是指所述综合荷载与所述接触面积之间的比值。

6.如权利要求1所述的基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，其特征在于，所述海床土体的总应力是指海床土体的自重应力与波浪、潮流、风力以及海洋导管架桩基自重对海洋导管架桩基所产生的应力之间的和值；其中，海床土体的自重应力是指海床土体的密度、海洋导管架桩基最深位置距离海床表面的垂直距离、重力加速度之间的乘积。

7.如权利要求1所述的基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，其特征在于，所述海床土体的有效应力是指海床土体的总应力与海床土体的孔隙水压力之间的差值。

8.如权利要求1所述的基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，其特征在于，所述各蠕变参数的估计值的求解过程为：

9.如权利要求1所述的基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，其特征在于，所述海洋导管架桩基的综合稳定性与海洋导管架桩基的桩体应变、沉降量和水平位移量均呈负相关关系。

10.如权利要求1所述的基于蠕变本构模型的海洋导管架桩基长期稳定性评估系统，其特征在于，所述判断海洋导管架桩基是否稳定的具体过程为：