(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111381589.0 (22)申请日 2021.11.22 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113806852 A (43)申请公布日 2021.12.17 (73)专利权人 中交天津 港湾工程研究院有限公 司 地址 300222 天津市河西区大沽南路10 02 号 专利权人 中交第一 航务工程局有限公司 　 天津港湾工程质量检测中心有限 公司 (72)发明人 刘文彬　李树奇　寇晓强　陈智军　 王雪奎　刘和文　(74)专利代理 机构 天津创智睿诚知识产权代理 有限公司 12 251 代理人 王海滨 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 106644733 A,2017.0 5.10 CN 112734081 A,2021.04.3 0 CN 109724864 A,2019.0 5.07 US 2008069684 A1,20 08.03.20 US 20151325 39 A1,2015.0 5.14 审查员 刘杰 (54)发明名称 一种深水薄壁钢圆筒稳定性预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种深水薄壁钢圆筒稳定性 预测方法， 首先根据海床地质条件参数、 钢圆筒 条件参数建立钢圆筒仿真分析模 型， 建立海床地 质条件参数、 钢圆筒条件参数与极限荷载间的函 数关系； 然后采集波浪循环荷载作用下钢圆筒周 期性位移对海床土体产生的动态应力数据， 通过 室内试验得到同等动态应力水平下海床土体弱 化范围及弱化强度的试验数据， 建立其与波浪循 环荷载的相关函数； 然后根据海床 土体弱化范围 及弱化强度试验 数据， 计算出对应的弱化后海床 土体的承 载力， 并反演计算出等效的海床地质条 件参数， 再计算出与之对应的极限荷载衰减系 数； 最后结合极限荷载衰减系数和所得函数关 系， 即可获得考虑了波浪循环荷载作用下钢圆筒 极限荷载的预测模型。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 113806852 B 2022.02.22 CN 113806852 B 1.一种深水薄壁钢圆筒稳定性预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 根据海床地质条件参数、 钢圆筒条件参数利用有限元分析软件建立钢圆筒仿真 分析模型； 步骤2： 利用仿真分析模型， 分析不同海床地质条件参数、 钢圆筒条件参数下对应的钢 圆筒失稳时的极限荷载， 建立海床地质条件参数、 钢圆筒条件参数与极限荷载间的函数关 系； 步骤3： 采集不同波浪循环荷载作用下， 钢圆筒周期性位移对海床土体产生的动态应力 的大小及动态应力 分布区域数据， 然后采用静态三轴剪切试验和动态三轴剪切试验， 得到 同等动态应力大小及动态应力分布下海床土体弱化范围A及弱化 强度 η 的试验数据， 然后建 立海床土体弱化范围A及弱化强度 η与波浪循环荷载的函数关系； 步骤4： 根据步骤3中得到的海床土体弱化范围A及弱化强度η试验数据， 运用室内模型 试验方法， 计算出对应的弱化后海床土体的承载力， 再计算出弱化后等效的海床地质条件 参数； 然后结合步骤2已建立的海床地质条件参数、 钢圆筒 条件参数与极限荷载间的函数关 系， 计算出与弱化后等效的海床地质条件参数对应的极限荷载大小， 再计算出极限荷载衰 减系数 ε， 然后建立极限荷载衰减系数 ε与海床土体弱化范围A及弱化强度 η 的函数关系； 步骤5： 将步骤2至步骤4所得函数相结合， 获得结合了波浪循环荷载作用下钢圆筒失稳 极限荷载的预测模型。 2.根据权利要求1所述的深水薄壁钢圆筒稳定性预测方法， 其特征在于： 海床地质条件 参数包括： 土体重度、 土体粘聚力和土体内摩擦角。 3.根据权利要求1所述的深水薄壁钢圆筒稳定性预测方法， 其特征在于： 钢圆筒条件参 数具体包括： 钢圆筒外径、 钢圆筒壁厚、 钢圆筒高度、 钢圆筒埋设深度和钢圆筒内部填料类 型。 4.根据权利要求1所述的深水薄壁钢圆筒稳定性预测方法， 其特征在于： 波浪循环荷载 包括以下参数： 水深、 波浪波长、 不同波浪力。 5.根据权利要求1所述的深水薄壁钢圆筒稳定性预测方法， 其特征在于， 步骤2包括以 下步骤： S2.1： 在仿真分析模型中改变海床地质条件 参数、 钢圆筒条件参数中的单个参数 x1的数 值， 然后计算给定荷载作用高度H下对应的极限荷载大小P的变化， 并进 行数据相关性分析， 获得在给定荷载作用高度下对应的代 表该单个参数 x1影响程度的无量纲化影响系数β1； S2.2： 重复步骤S2.1， 获得给定荷载作用高度H下代表海床地质条件参数、 钢圆筒条件 参数中剩余 参数(x2，x3，x4，x5……)影响程度的无量纲化影响系数( β2， β3， β4， β5……)； S2.3： 根据步骤S2.1和S2.2的结果， 建立基于各个参数( x1，x2，x3，x4，x5……)预测极限 荷载大小P的函数关系式： P~ f(H， β1， β2， β3， β4， β5……)。 6.根据权利要求1所述的深水薄壁钢圆筒稳定性预测方法， 其特征在于： 步骤3 中， 依据 钢圆筒周期性位移对海床土体产生的动态应力的大小及动态应力分布区域数据， 对工程区 域地基土体进 行原位取土， 将原状土样运至实验室后分别进 行静态三轴剪切和动态三轴剪 切试验， 通过静态三轴剪切试验， 获得土样的静态抗剪强度， 通过动态三轴剪切试验， 获得 土样的动态抗剪强度， 将动态抗剪强度与静抗剪强度相除， 得 取土点位土样的弱化强度 η。 7.根据权利要求6所述的深水薄壁钢圆筒稳定性预测方法， 其特征在于： 步骤3 中， 原位权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113806852 B 2取土采用薄壁取土器， 每个取土点位至少取两个邻近原状土样， 一个原状土样用于土体静 态三轴剪切试验， 另一个原状土样用于 土体动态三轴剪切试验。 8.根据权利要求1所述的深水薄壁钢圆筒稳定性预测方法， 其特征在于： 步骤4中， ε等 于弱化后等效的海床地质条件参数对应的极限荷载大小除以不受波浪循环荷载作用下海 床土体的初始海床地质条件参数 下对应的极限荷载 大小。 9.根据权利要求1所述的深水薄壁钢圆筒稳定性预测方法， 其特征在于： 步骤4中， 计算 出的弱化后等效的海床地质条件参数包括： 弱化后土体重度 W弱、 弱化后土体粘聚力 c弱和弱 化后土体内摩擦角 ϕ弱， 计算方法如下： 根据汉森地基承载力计算公式： p=c×Nc×Sc×dc×ic+q×Nq×Sq×iq+0.5×W×D×Nr×Sr×ir， 其中Sc、 Sq、 Sr为结构物基 础的形状修正系数， dc为结构物基础 埋深修正系数， ic、 iq、 ir为结构物荷载倾斜修正系数， q 为钢圆筒 结构总重量， D为钢圆筒直径， 这9个参数在 海床土体弱化前后无变化， 因此海床土 体弱化前后承载力的比值 ，p原为弱化前海床 土体承载力， p弱为弱化后海床土体承载力， G1代表Sc×dc×ic， G2代表q×Sq×iq， G3代表0.5 ×D×Sr×ir，G1、 G2、 G3 在海床土体弱化前后不变； Nc、 Nq、 Nr为与土体内摩擦 角 ϕ相关的修正系数 ， ， ， ； 假设弱化后海床承载力 p弱为原承载力 p原的k倍， 则需保证 ， 其中， 先计算 ， 因为 中仅含ϕ弱一个未知数， 通过计 算 获得弱化后的土体内摩擦角 ϕ弱； 其次计算 和 ， 由于ϕ弱已知后， Nc弱和Nr弱也已知， 因此， 求出 c弱和W弱。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113806852 B 3