水下埋设管线受邻近施工振动影响的安全监测评估方法
【专利摘要】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。
【专利说明】性，不能直接接触以及安装监测装置。特别含定，过近的钻孔埋设监测仪器同样有可能:海工程中邻近水下埋设管线在施工振动下兰状况，即为本领域技术人员所研究的方向
种近海工程施工振动对邻近水下埋设管线5线在施工振动下的振动响应的监测体系，
友术方案:
向的安全监测评估方法，所述邻近施工为近1测点数量；
'牛建立土体-混凝土管线的局部精细化模台损伤速度，具体如下`段边界施加冲击速度，计算冲击速度变化过匕现损伤，此时的冲击速度即为管线的起始
位，在预定振动监测位置，进行水下钻孔并
I监测的振动数据，结合管线的起始损伤速安全，具体如下:
宠度记为\，根据监测的振动数据所得振动本公式为:
式的管线安全状态的相对值的最小值:
氏态，用以评估近海工程施工振动对邻近水丑现损伤；否则表明管线处于安全状态。定位。
[0035]作为本发明的进一步优化方案，步骤4中是通过动态信号采集分析系统实时采集监测的振动数据，所述动态信号采集分析系统包括振动传感器、数据采集仪、计算机处理单元；所述振动传感器通过数据传输线与数据采集仪相连；所述数据采集仪通过数据总线与计算机处理单元相连。
[0036]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，提出近海工程施工振动对邻近水下埋设管线安全影响的有效监测方法，并用安全相对值代替绝对值进行评价，把已经监测得到的数据评价结果和采用局部精细化模型的评价结果相结合，实现邻近水下埋设管线安全状态的动态监测评价，对施工振动的安全控制有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1是本发明的监测点平面布置图。
[0038]图2是振动传感器示意图。
[0039]图3是土体-混凝土管模型的横断面示意图。
[0040]图4是振动传感器钻孔埋设示意图。
[0041]图5是动态信号采集分析系统示意图。
[0042]其中:1-施工振动位置；2?6-振动监测点；7_邻近水下埋设管线；8_振动传感器；9_数据线接口 ；10_数据传输线；11_混凝土管线；12_数据采集仪；13_数据总线；14-计算机处理单元。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
[0044]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，包括以下步骤:
[0045]步骤1:确定监测路径、监测点数量及位置；
[0046]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；
[0047]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；
[0048]步骤4: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计算管线安全状态的评估值，评估管线安全。
[0049]如图1所示的监测点平面布置图，为避免监测仪器埋设时对埋设管线7造成损伤，振动监测点布置在振动位置I及埋设管线7之间的土体中。实际监测工作中，沿施工振动位置距邻近水下埋设管线最近的直线确定测线布置监测点，监测振动在土体中传播过程中的衰减，分析邻近水下埋设管线最大的振动响应，如图1中监测点2、监测点3和监测点4 ；同时，沿平行于水下埋设管线方向确定测线布置监测点，监测管线不同位置的振动响应，分析不同位置振动响应的振动速度差及振动位移差，如图1中监测点4、监测点5和监测点6。并根据施工振动位置的深度及管线的埋设调整实际振动监测点的深度。
[0050]振动传感器8通过数据线接口 9与数据传输线10连接，其所测振动的三个方向构成正交系并满足右手法则:x方向指在水平面内与施工振动位置与该振动监测点的连线方向同向；Y方向为在水平面内与施工振动位置与该振动监测点的连线方向垂直；z方向为竖直向上,如图2所示。
[0051]混凝土管线11埋设在土体中，其埋深及模型相关尺寸由实际工程资料确定。土体-混凝土管线的局部精细化模型所采用的本构模型综合Iubliner等人提出的塑性损伤模型以及Iee和fenves提出的适合循环荷载作用下的混凝土塑性损伤模型，将损伤指标引入混凝土模型，对混凝土的弹性刚度矩阵加以折减，以模拟混凝土的卸荷刚度随损伤增加而降低的特点；将非关联硬化引入混凝土塑性本构模型中，更好的模拟混凝土的受压弹塑性行为；引入刚度退化指标，人为控制裂缝闭合前后的行为，模拟反复荷载下混凝土的反应。同时针对混凝土管线11接缝处的薄弱面，建立了接缝刚度双直线模型模拟接缝处薄弱面的振动响应。
[0052]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:
【权利要求】
1.一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:
2.根据权利要求1所述的水下埋设管线受邻近施工振动影响的安全监测评估方法，其特征在于:步骤I中所述监测点位置是布置在施工振动位置距离埋设管线之间的土体中，沿振动位置距埋设管线最近的直线和埋设管线两个方向，同时根据振动深度和管线的埋设确定监测点的深度。
3.根据权利要求1或2任一项所述的水下埋设管线受邻近施工振动影响的安全监测评估方法，其特征在于:每个监测点监测三个方向的振动速度，分别是:(1)水平面内施工振动位置与该振动监测点的连线方向；(2)水平面内施工振动位置与该振动监测点的连线的垂直方向；(3)水平面竖直向上方向；并且上述(1) (2) (3)所述三个方向构成正交系、满足右手法则。
4.根据权利要求1所述的水下埋设管线受邻近施工振动影响的安全监测评估方法，其特征在于:步骤2中所述权重因子ω。= 1，Cot = O。
5.根据权利要求1所述的水下埋设管线受邻近施工振动影响的安全监测评估方法，其特征在于:步骤2中所述对土体-混凝土管线的局部精细化模型施加的冲击速度随时间线性增大，并于0.1s时到达最大。
6.根据权利要求1所述的水下埋设管线受邻近施工振动影响的安全监测评估方法，其特征在于:步骤3中所述海上施工船舶是通过GPS进行水上定位。
7.根据权利要求1所述的水下埋设管线受邻近施工振动影响的安全监测评估方法，其特征在于:步骤4中是通过动态信号采集分析系统实时采集监测的振动数据，所述动态信号采集分析系统包括振动传感器、数据采集仪、计算机处理单元；所述振动传感器通过数据传输线与数据采集仪相连；所述数据采集仪通过数据总线与计算机处理单元相连。
【文档编号】E02D1/00GK103835278SQ201310703471
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】苏静波, 诸裕良, 张栋, 张龙, 朱瑞虎, 朱义欢, 马志国 申请人:河海大学