一种场地地震动放大系数主动控制方法和系统与流程

本申请属于地震工程与岩土工程防灾减震，具体涉及一种场地地震动放大系数主动控制方法和系统。

背景技术：

1、场地地震动放大效应是近地表覆盖层对地震波陷获（多次反射/折射）与共振放大的结果，其放大程度与覆盖层的剪切模量、阻尼等动力参数密切相关。对于饱和或非饱和土层，剪切模量受有效应力控制，而有效应力可通过改变孔隙水压力来快速调整。地震预警技术的发展，使得在破坏性地震波到达前获得数秒至数十秒的预警时间成为可能。这位主动、临时性地改变场地动力参数、降低放大系数创造了时间窗口。

2、然而，目前已有的场地减震处理措施几乎全部为永久性或被动式的。地基处理、波屏障、深层耗能井等方法一旦实施，场地动力特性即发生长期改变，无法根据地震事件的具体特性灵活调整，且施工往往需要大型设备、大面积作业，对既有建筑场地扰动大、成本高、周期长。基于智能材料或磁流变液等先进手段虽然理论上可实现主动控制，但系统复杂，需要预埋线圈、磁场装置等，施工和维护成本高，难以大面积推广。

3、近年来，利用孔隙流体调控场地动力特性的技术被提出，然而这些技术存在以下根本性缺陷：

4、（1）调控方向单一。现有技术仅考虑“正向注水加压”来软化土体，无法根据地震波频谱特性灵活选择调控方向，当输入地震动卓越频率低于场地卓越频率时，软化反而可能加剧共振。

5、（2）控制方式开环。现有技术均采用“预警触发→执行固定操作”的开环模式，缺乏基于实时反馈的闭环优化，无法根据调控过程中土体的实际响应动态调整策略。

6、（3）缺乏智能决策能力。现有技术无法根据不同地震事件的震级、频谱特征、预警到达时间及场地当前状态进行差异化的最优调控决策，调控效果有限。

7、（4）调控精度不足。现有技术采用持续注水/抽气的粗放调控方式，未考虑脉冲式波动调控、多场协同调控等精细化手段，流体消耗量大、能效比低。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请提出了一种场地地震动放大系数主动控制方法和系统，本申请施工设备简单、操作便捷、成本低廉，便于工程应用。

2、一方面，本申请通过下述技术方案实现：

3、一种场地地震动放大系数主动控制方法，包括：

4、获取目标场地覆盖层的卓越频率、厚度、地下水位信息以及土体力学参数，确定需要调控的目标频率范围和流体调控区间；

5、根据目标场地的土体力学参数以及地震预警系统能够提供的最短可用时间，确定所述目标场地的调控井网布设方案并根据所述调控井网布设方案进行调控井布设；

6、基于获取的所述目标场地覆盖层的相关信息，建立所述目标场地覆盖层的孔隙弹性-地震响应耦合数值模型并对所述数值模型进行标定，同步所述目标场地的实测数据，形成所述目标场地的数字孪生体；

7、构建基于模型预测控制与深度强化学习的人工智能决策模型；

8、当地震预警信息显示预计到达所述目标场地的地震动强度超过预设阈值时，自动激活所述人工智能决策模型和数字孪生体，通过所述人工智能决策模型预测与数字孪生体推演决策，生成最优调控方案；

9、在预警时间窗口内，按照所述最优调控方案通过布设的调控井网实施孔隙压力调控；

10、当地震波到达并完成减震后，自动停止调控操作并进行恢复和自进化。

11、另一方面，本申请还提出了一种场地地震动放大系数主动控制系统，包括：

12、需求分析单元，用于获取目标场地覆盖层的卓越频率、厚度、地下水位信息以及土体力学参数，确定需要调控的目标频率范围和流体调控区间；

13、布设单元，用于根据目标场地的土体力学参数以及地震预警系统能够提供的最短可用时间，确定所述目标场地的调控井网布设方案并根据所述调控井网布设方案进行调控井布设；

14、数值模型构建单元，用于基于获取的所述目标场地覆盖层的相关信息，建立所述目标场地覆盖层的孔隙弹性-地震响应耦合数值模型并对所述数值模型进行标定，同步所述目标场地的实测数据，形成所述目标场地的数字孪生体；

15、智能模型构建单元，用于构建基于模型预测控制与深度强化学习的人工智能决策模型；

16、智能决策单元，用于当地震预警信息显示预计到达所述目标场地的地震动强度超过预设阈值时，自动激活所述人工智能决策模型和数字孪生体，通过所述人工智能决策模型预测与数字孪生体推演决策，生成最优调控方案；

17、执行控制单元，用于在预警时间窗口内，按照所述最优调控方案通过布设的调控井网实施孔隙压力调控；

18、以及，自进化单元，用于当地震波到达并完成减震后，自动停止调控操作并进行恢复和自进化。

19、本申请提出了一种场地地震动放大系数主动控制方法和系统，使同一套硬件可根据不同地震事件的频谱特征灵活选择最优调控方向，调控策略空间从一维扩展至多维，相较于现有仅能实现单向注水软化的技术，本申请的调控维度实现了质的突破。本申请引入模型预测控制框架，在每个控制步长内根据实测反馈进行滚动优化和反馈校正，同时采用深度强化学习实现多步序贯决策，实现了从“开环执行”到“闭环智能决策”的质变。本申请首次将数字孪生技术引入场地地震动放大系数主动控制领域，构建了孔隙弹性-地震响应耦合数字孪生体，可在毫秒级时间内完成数百种调控策略的快速推演验证，决策精度远超传统经验公式。本申请集成了稳态注/抽、脉冲式波动调控、热-流-固多场协同调控等多种模式，由人工智能决策模型根据场地土性、地震特征自主选择最优模式嘴和，适用范围覆盖黏土、砂土、粉土等各种土质条件。本申请还通过每次地震后的数字孪生逆向校准和ai增量学习，系统性能随运行次数持续提升，实现了自进化。

20、另外本申请采用小口径浅孔井，手推式或便携式钻机即可完成，无需大型设备进场，一名工人即可操作，施工不占用大面积场地，单孔完成只需要数十分钟至两小时，整个场地井网一天内可完成布设，综合成本远低于传统地基处理、隔震和波屏障方案。且调控仅在震前预警触发后临时启动，平时场地保持原状。地震过后孔隙压力自然恢复或人工辅助恢复，场地动力特性复原，无永久改变，可多次重复使用。注入介质为水或空气，无化学污染风险，泡沫液可选用环保可降解配方，对地下环境无害。

21、本申请特别适合既有建筑密集区、乡镇民居、学校医院及应急安置场景的场地放大系数主动控制，具有较强的推广应用价值和显著的工程实用性，可有效提升城乡建筑抗震韧性，降低地震灾害损失。

1.一种场地地震动放大系数主动控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种场地地震动放大系数主动控制方法，其特征在于，所述的确定需要调控的目标频率范围和流体调控区间，包括：

3.根据权利要求1所述的一种场地地震动放大系数主动控制方法，其特征在于，所述的确定所述目标场地的调控井网布设方案，包括：

4.根据权利要求1所述的一种场地地震动放大系数主动控制方法，其特征在于，所述的建立所述目标场地覆盖层的孔隙弹性-地震响应耦合数值模型并对所述数值模型进行标定，包括：

5.根据权利要求1所述的一种场地地震动放大系数主动控制方法，其特征在于，构建的所述人工智能决策模型，包括：

6.根据权利要求1所述的一种场地地震动放大系数主动控制方法，其特征在于，所述的生成最优调控方案，包括：

7.根据权利要求1所述的一种场地地震动放大系数主动控制方法，其特征在于，所述的按照所述最优调控方案通过布设的调控井网实施孔隙压力调控，包括：

8.根据权利要求1所述的一种场地地震动放大系数主动控制方法，其特征在于，所述的自动停止调控操作并进行恢复和自进化，包括：

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种场地地震动放大系数主动控制方法，其特征在于，各所述调控井的孔径为50-150mm，各所述调控井的井管下部设滤水段，所述滤水段长度占井深的30%-50%，所述滤水段外设滤网，各所述调控井井口设置密封盖，所述密封盖上安装多功能接头，所述井管上部设止水段；

10.一种场地地震动放大系数主动控制系统，其特征在于，包括：