一种基于分级体系的海洋桩基冲刷灾害评估方法

本发明属于基于计算机数据处理的海洋桩基冲刷灾害评估，尤其涉及一种基于分级体系的海洋桩基冲刷灾害评估方法。

背景技术：

1、在严苛的海洋环境中，海洋基础周围不可避免的会发生冲刷灾害，基础冲刷有可能导致基础承载力降低、循环累积变形增大以及固有频率降低，诱发结构共振，甚至导致风机损毁失效，严重威胁风机的安全运营。因此，开展海洋基础冲刷灾害评价指标及分级评估方法，及时对桩基进行冲刷灾害评估并判别是否需要采取冲刷治理措施，对保障风机结构稳定具有重要意义。然而目前的评价指标只考虑单一因素，评估方法只评估冲刷因素影响，且应用时较为复杂，为此，应建立一种系统的评价指标体系，以及一种应用更为便捷，考虑更多指标作用的分级评估方法。

2、现有技术尝试方向及存在的缺点：

3、1.评价指标与评估方法

4、现有研究大多聚焦于冲刷指标（深度、角度），尚未形成冲刷、基础、土体、荷载等四类十余种参数构成的分类评价指标体系。现有的研究主要关注了冲刷参数（深度、角度）对基础静-动力特性的影响，尚未形成一种考虑冲刷、基础、土体、荷载四类参数耦合作用的冲刷灾害评估方法；

5、2.试验评估方法

6、现有试验评估方法需要针对具体问题开展相似实验，实验过程所需成本较高，且研究过程受试验条件、试验设备限制较多；

7、3.数值模拟评估方法

8、现有数值模拟评估方法中，精准化建模存在较大困难、计算精度难以保障，计算量大、评估周期长，不能满足及时评估的需求；

9、4.理论评估方法

10、目前尚没有合理的理论计算评估方法。

11、因此，亟需建立一种系统的评价指标体系，形成更具普遍适用性的评估方法，实现海洋桩基冲刷灾害的精准、快速评估。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足之处，本发明提出了一种基于分级体系的海洋桩基冲刷灾害评估方法，包括以下过程：

2、s1，获取多组海洋桩基冲刷前和冲刷后的承载力、累积变形和固有频率的历史数据，构建三组相应的子目标参数承载力参数h、累积变形参数y和固有频率参数f，用于计算目标参数；并获取子目标参数对应的冲刷参数、土体参数、桩基参数和荷载参数作为指标参数，四项指标参数对应相应获取的子指标参数；

3、s2，基于子目标参数和对应的子指标参数构建三组分析模型，所述分析模型为深度学习模型或构建的多元方程组；使用获取的多组子目标参数和对应的子指标参数对模型进行训练或者对多元方程组的系数进行求解，获得成熟分析模型；

4、s3，获取某一待评估工程桩基的子指标参数，输入到s2中获取的成熟分析模型中，得到待评估工程桩基的子目标参数的结果；

5、s4，获取待评估工程桩基的初始冲刷前安全系数，并结合s3中得到的子目标参数，计算得到子目标参数的安全系数的集合；

6、s5，基于安全系数与危险等级的关系，得到待评估工程桩基的最终危险等级。

7、优选的，所述冲刷参数对应的子指标参数包括冲刷深度和冲刷角度；所述土体参数对应的子指标参数包括砂土的相对密度和黏土的不排水抗剪强度；所述桩基参数对应的子指标参数包括桩基直径、桩基长度；所述荷载参数对应的子指标参数包括竖向荷载、水平荷载和弯矩荷载。

8、优选的，所述承载力参数h、累积变形参数y和固有频率参数f采用无量纲的比值形式表示，用于模型训练或求解的对应的子指标参数包括；

9、所述承载力参数 h为冲刷后承载力与冲刷前承载力的比值，分析模型公式为：

10、；

11、其中为承载力参数h与对应子指标参数的计算函数；

12、所述累积变形参数y为冲刷后累积变形与冲刷前累积变形的比值，分析模型公式为：

13、；

14、其中为累积变形参数y与对应子指标参数的计算函数；

15、所述固有频率参数f为冲刷后固有频率与冲刷前固有频率的比值，分析模型公式为：

16、；

17、其中为固有频率参数f与对应子指标参数的计算函数。

18、优选的，根据土体类型、冲刷坑的类型，分析模型分为以下4种情况：

19、对于砂土中的整体冲刷情况，需要剔除子指标参数中的冲刷角度、黏土的不排水抗剪强度；

20、对于砂土中的局部冲刷情况，需要剔除子指标参数中的黏土的不排水抗剪强度；

21、对于黏土中的整体冲刷情况，需要剔除子指标参数中的冲刷角度、砂土的相对密度；

22、对于黏土中的局部冲刷情况，需要剔除子指标参数中的砂土的相对密度。

23、优选的，基于子目标参数和对应的子指标参数构建的三组分析模型为构建的多元方程组：

24、其中承载力参数h的计算方程为：

25、；

26、为待求解的常系数，使用多组历史数据进行求解，为土体的有效单位重度、为大气压强；

27、其中累积变形参数y的计算方程为：

28、；

29、 、为待求解的常系数，使用多组历史数据进行求解；

30、其中固有频率参数f的计算方程为：

31、；

32、 、为待求解的常系数，使用多组历史数据进行求解；

33、在上述三个计算方程中，根据土体类型、冲刷坑的类型，计算方程的常系数都分为以下4种情况：

34、对于砂土中的整体冲刷情况，需要剔除子指标参数中的冲刷角度、黏土的不排水抗剪强度，则存在、，、，、；

35、对于砂土中的局部冲刷情况，需要剔除子指标参数中的黏土的不排水抗剪强度，则存在，，；

36、对于黏土中的整体冲刷情况，需要剔除子指标参数中的冲刷角度、砂土的相对密度，则存在、，、，、；

37、对于黏土中的局部冲刷情况，需要剔除子指标参数中的砂土的相对密度，则存在，，。

38、优选的，所述s4的具体过程为：

39、基于海洋桩基的初始设计资料，获取三个子目标参数的冲刷前安全系数；具体包括桩基冲刷前承载力安全系数、桩基冲刷前变形安全系数、桩基冲刷前固有频率安全系数；

40、基于三个子目标参数的冲刷前安全系数、待评估工程桩基的子目标参数的具体数值，得到评估工程的子目标冲刷后安全系数，具体包括：

41、桩基冲刷后承载力的安全系数，；

42、桩基冲刷后变形的安全系数；

43、桩基冲刷后固有频率的安全系数，；

44、汇总海洋桩基冲刷后的三个子目标安全系数，得到海洋桩基冲刷后安全系数集合。

45、优选的，所述s5的具体过程为：

46、基于海洋桩基冲刷后安全系数集合，得到海洋桩基冲刷灾害危险等级集合；其中，为桩基冲刷后承载力危险等级，为桩基冲刷后累积变形危险等级，为桩基冲刷后固有频率危险等级；

47、所述海洋桩基冲刷灾害危险等级集合中三个子目标危险等级（）的分级评价标准具体包括：

48、当桩基冲刷后的某子目标安全系数时，其中；那么桩基冲刷后的此子目标危险等级为ⅳ；

49、当桩基冲刷后的某子目标安全系数时，那么桩基冲刷后的此子目标危险等级为ⅲ；

50、当桩基冲刷后的某子目标安全系数时，那么桩基冲刷后的此子目标危险等级为ⅱ；

51、当桩基冲刷后的某子目标安全系数时，那么桩基冲刷后的此子目标危险等级为ⅰ；

52、以海洋桩基冲刷灾害危险等级集合中的最大危险等级，作为冲刷灾害的最终等级，并根据最终危险等级判断治理时机。

53、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

54、1.本发明的评价指标更全面，综合了冲刷参数、土体参数、桩基参数、荷载参数四类指标，考虑十余种子指标的共同影响，形成多因素、系统、全面的评价指标体系；

55、2.考虑土体类型、冲刷类型的差异，建立了不同情况下的子目标层与子指标层的分析模型，得到了无量纲的比值形式的冲刷后承载力、冲刷后累积变形、冲刷后固有频率。充分考虑了子指标的多样性，避免了仅考虑某一类参数的误差。子目标是无量纲的形式，重点关注冲刷前后的比值，而非冲刷后的绝对值，巧妙规避了不同工程的差异性，增强了分析模型的普适性；

56、3.引入海洋桩基初始设计资料中的参数（冲刷前的安全系数），建立了子目标层与目标层的分析模型，得到了海洋桩基冲刷后安全系数集合。冲刷前的初始安全系数易获取，避免了繁琐计算。引入冲刷前安全系数，是计算冲刷后安全系数的关键；

57、4.考虑海洋桩基冲刷灾害的复杂性，基于承载力、循环累积变形、固有频率的综合分析，实现了海洋桩基冲刷灾害分级评估。而现有技术仅是以某一子指标做为标准，不全面，不安全；

58、5.现阶段缺少冲刷后灾害分级评估方法。理论、数值、试验等方法进行冲刷灾害评估，周期长、成本高，单一数据误差大。