申请/专利权人：中交第三航务工程局有限公司;中交三航(重庆)生态修复研究院有限公司

申请日：2020-04-29

公开（公告）日：2023-06-27

公开（公告）号：CN111597695B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;C02F11/00;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.06.27#授权;2020.09.22#实质审查的生效;2020.08.28#公开

摘要：本申请公开了一种覆盖底泥的铺盖临界失稳厚度的计算方法及系统，其中，计算方法包括如下步骤：建立铺盖临界失稳厚度计算模型；利用气体溶解度算法求解所述铺盖临界失稳厚度计算模型，得到铺盖临界失稳厚度。本申请提供的铺盖临界失稳厚度计算方法，可以快速求解得到铺盖临界失稳厚度，为铺盖的厚度设计提供依据。

主权项：1.一种覆盖底泥的铺盖临界失稳厚度的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：建立铺盖临界失稳厚度计算模型；利用气体溶解度算法求解所述铺盖临界失稳厚度计算模型，得到铺盖临界失稳厚度；铺盖的失稳破坏截面为对数螺旋线，底泥的失稳破坏截面为圆弧线，滑动体重力所做的功等于失稳破坏面上内能的耗散率，所述铺盖临界失稳厚度计算模型的公式如下： 式中：Hcr为铺盖的临界失稳厚度；Cu0为底泥表面的抗剪强度；γ1为铺盖的饱和重度； 为铺盖的内摩擦角；θ0为对数螺旋线的起始角；θh为圆弧线的起始角；β′为圆弧线终点与铺盖坡顶点连线与水平面的夹角；β为铺盖坡脚；H为铺盖厚度；L为铺盖坡顶点与对数螺旋线起点的距离；r0为对数螺旋线和圆弧线的公共圆心到对数螺旋线起点的距离； f1,f3,f4,f5分别为计算滑动体重力所做功的函数；q1,q2分别为计算失稳破坏面上内能耗散率的函数； 分别为角度θ0,θh,β′的函数，表达式如下： 式中：H为铺盖厚度；L为铺盖坡顶点与对数螺旋线起点的距离；r0为对数螺旋线和圆弧线的公共圆心到对数螺旋线起点的距离；Fs表示铺盖的稳定系数； 为铺盖的内摩擦角；θ0为对数螺旋线的起始角；θh为圆弧线的起始角；β′为圆弧线终点与铺盖坡顶点的连线与水平面的夹角；f1、f3、f4、f5的表达式分别如下： 式中：为铺盖的内摩擦角；Fs表示铺盖的稳定系数；θh为圆弧线的起始角；θ0为对数螺旋线的起始角；L为铺盖坡顶点与对数螺旋线起点的距离；r0为对数螺旋线和圆弧线的公共圆心到对数螺旋线起点的距离；H为铺盖厚度；β′为圆弧线终点与铺盖坡顶点的连线与水平面的夹角；β为铺盖坡脚；q1、q2的公式分别如下： 式中：c1为铺盖的粘聚力；Cu0为底泥表面的抗剪强度；ρ为底泥的抗剪强度随深度增大的速率； 为铺盖的内摩擦角；Fs表示铺盖的稳定系数；θh为圆弧线的起始角；θ0为对数螺旋线的起始角；r0为对数螺旋线和圆弧线的公共圆心到对数螺旋线起点的距离；H为铺盖厚度；利用气体溶解度算法求解所述铺盖临界失稳厚度计算模型，包括：步骤1，利用下式对气体位置进行初始化：Xit+1＝Xmin+r·Xmax-Xmin式中：Xi为第i种气体的位置，铺盖厚度模型中每组θ0,θh,β′对应一个气体位置Xi；t为当前迭代次数；r为0～1之间的随机数；Xmax,Xmin分别为气体的上限和下限位置；步骤2，对各气体进行聚类，将相似气体划分至同一个簇，第i种气体在第j簇中的亨利系数jHit、分压Pi,j、溶解焓jCi分别通过下式初始化：jHit＝l1×rand0,1,Pi,j＝l2×rand0,1,jCi＝l3×rand0,1式中：l1,l2,l3为常数，分别取0.05，100，0.01；步骤3，对每个簇内的气体进行评价，根据评价结果对同个簇内的气体位置进行优劣排序；步骤4，根据气体位置的优劣排序，更新亨利系数、溶解度、以及各簇的气体位置；步骤5，跳出局部极值；步骤6，更新最差气体位置；步骤7，重复步骤1～6，直至获得最佳气体位置即为铺盖临界失稳厚度；步骤4中，依据下式对亨利系数进行更新：jHit+1＝jHit·exp-jCi·1Tt-1Tθ,Tt＝exp-titer式中：jHit为第t次迭代时簇j中的第i个气体的亨利系数；jCi为簇j中的第i个气体的溶解焓；t为当前迭代次数；T是温度；Tθ为常数取298.15；iter为总迭代次数；步骤4中，依据下式对溶解度进行更新：Si,jt+1＝K·jHit·Pi,jt式中：Si,j,Pi,j分别为第i种气体在第j簇中的溶解度和分压；jHit为第t次迭代时簇j中的第i个气体的亨利系数；t为当前迭代次数；K为常数；步骤4中，依据下式对气体位置进行更新：Xi,jt+1＝Xi,jt+F·r·γ·Xi,bestt-Xi,jt+F·r·α·Si,jt·Xbestt-Xi,jt 式中：Xi,j为第i种气体在第j簇中的位置；r为随机数；t为当前迭代次数；Xi,best为第i种气体在第j簇中的最优气体位置；Xbest为全局最优气体位置；γ表示j簇中第i种气体与簇中其他气体相互作用的能力；α表示j簇中其他气体对第i种气体的影响，值为1；β为常数；Fi,j表示第i种气体在第j簇中的适应度值；Si,j为第i种气体在第j簇中的溶解度；Fbest表示全局最优适应度值；F为符号函数，通过正负值来改变搜索方向；步骤5中，依据下式跳出局部极值：Nw＝N·randc2-c1+c1,c1＝0.1andc2＝0.2式中：Nw为最差的气体个数；N为气体总数；步骤6中，依据下式更新最差气体：Gi,j＝Gmini,j+r·Gmaxi,j-Gmini,j式中：Gi,j表示第i种气体在第j簇中的位置；r为随机数；Gmaxi,j,Gmini,j分别为第i种气体在第j簇中的位置的最大值和最小值。

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