(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210886058.5 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 (72)发明人 吕祥锋　曹立厅　 (74)专利代理 机构 北京金智普华知识产权代理 有限公司 1 1401 专利代理师 岳野 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种管线渗漏致塌模拟仿真预警方法和系 统 (57)摘要 本发明涉及一种管线渗漏致塌模拟仿真预 警方法和系统， 首先收集实际工况模拟仿真数 据； 其次， 根据实际工况模拟仿真数据建立离散 元‑有限差分 ‑粒子流动静耦合仿真模型； 再次， 采用所述仿真模型进行管线渗漏致塌模拟仿真 试验， 得到模拟仿真实验 结果； 再次， 根据所述模 拟仿真试验结果得出极限判别值； 最后， 基于所 述极限判别值判断实际工况是否存在道路塌陷 风险。 本发 明的方法可基于实际工况参数定量表 征道路塌陷风险的目的， 且方法模拟要素全面、 参数获取方便、 模拟结果 准确。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 115146513 A 2022.10.04 CN 115146513 A 1.一种管线渗漏致塌模拟仿真预警方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： S1.收集实际工况模拟仿真数据； S2.根据实际工况模拟仿真数据建立离 散元‑有限差分 ‑粒子流动静耦合仿真模型； S3.采用所述仿真模型进行 管线渗漏致塌模拟仿真试验， 得到模拟仿真实验结果； S4.根据所述模拟仿真试验结果得 出极限判别值； S5.基于所述极限判别值判断实际工况 是否存在道路塌陷风险。 2.根据权利要求1所述的预警方法， 其特征在于， 所述步骤S1中通过现场调研或实测方 法收集实际工况模拟仿真数据， 所述模拟仿真数据包括建模参数和环境变量； 所述建模参数包括道路结构层和地层的厚度、 密度、 体积模量、 剪切模量、 内摩擦角、 内 聚力和单轴抗拉强度； 所述环境变量包括路面荷载和介质流体的流速 。 3.根据权利要求2所述的预警方法， 其特 征在于， 所述 步骤S2包括： S21.模拟所述道路结构层和地层的非连续特征、 模拟地下管线的近均质特征及模拟介 质流体的非稳态流动特 征； S22.确定仿真模型的边界条件、 过渡域及信息链接方式和过渡域宽度； S23.根据所述模拟仿真数据、 步骤S2 1和步骤S22建立所述离散元 ‑有限差分 ‑粒子流动 静耦合模型。 4.根据权利要求3所述的预警方法， 其特征在于， 所述仿真模型为1个顶面和底面、 4个 侧面组成的矩形空间域， 边界条件为顶面施加车辆荷载、 底面和4个侧面施加固定位移； 所 述过渡域包括道路结构层 ‑地层过渡域、 地层 ‑管线过渡域、 管线 ‑介质流体过渡域和地层 ‑ 介质流体过渡域。 5.根据权利要求3所述的预警方法， 其特征在于， 所述道路结构层 ‑地层过渡域信息链 接方式为道路结构层向地层单向传递； 所述地层‑管线过渡域信息链接方式为 地层和管线双向传递； 所述地层‑介质流体过渡域信息链接方式为介质流体向地层单向传递。 6.根据权利要求5所述的预警方法， 其特征在于， 所述介质流体向地层单向传递的信 息 为流体冲击荷载和冲击振动应力， 所述 流体冲击荷载的具体表达式如下： 上述公式 中， σa为流体冲击荷载， ρ0为介质流体密度， v为介质流体的流速； 所述冲击振动应力的具体表达式如下： 上述公式中， σb为冲击振动应力， ρ1为地层密度， V为地层体积， v0为波速， L2为地层中某 一点距渗漏口 的距离。 7.根据权利要求1所述的预警方法， 其特 征在于， 所述 步骤S3包括： S31:介质流体流速实验： 令路面荷载为定值(a+b)/2， 令介质流体流速的变化区间为 [c， d]， 以单位 流速为变化梯度模拟介质流体流速变化对道路塌陷的影响；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115146513 A 2S32:路面荷 载实验： 令介质流体流速为定值(c+d)/2， 令路面荷 载的变化区间为[a， b]， 以单位路面荷载为变化梯度模拟路面荷载变化对道路塌陷的影响； 其中， a和b分别为路面荷载的最小值和最大值， c和d分别为介质流体流速的最小值和 最大值， a、 b、 c和d均通过步骤S1 获取。 8.根据权利要求3所述的预警方法， 其特征在于， 所述步骤S4中极限判别值包括第一极 限判别值和第二极限判别值； 所述步骤S4包括： S41:若步骤S31和步骤S32 实验过程 中均发生道路塌陷， 则输出的第一极限判别值为步 骤S31发生道路塌陷时介质流体流速的临界值， 第二极限判别值为步骤S 32发生道路塌陷时 路面荷载的临界值； S42:若步骤S31和步骤S32 实验过程 中均未发生道路塌陷， 则输出的第一极限判别值和 第二极限判别值均为 ‑1； S43:若步骤S31发生道路塌陷且步骤S32未发生道路塌陷， 输出的第一极限判别值为步 骤S31中发生道路塌陷时介质流体流速的临界值， 第二极限判别值 为‑1； S44:若步骤S31未发生道路塌陷且步骤S32发生道路塌陷， 输出的第一极 限判别值为 ‑ 1， 第二极限判别值 为步骤S32发生道路塌陷时路面荷载的临界值。 9.根据权利要求8所述的预警方法， 其特 征在于， 所述 步骤S5包括： 若第一极限判别值和第二极限判别值均为 ‑1， 判定该实际工况不存在道路塌陷风险； 若第一极限判别值或第 二极限判别值为其它值的情况下， 则判定实际工况存在道路塌 陷风险。 10.一种管线渗漏致塌模拟仿真预警系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 采集模块， 用于采集实际工况中模拟仿真数据； 模型构建模块， 用于根据模拟仿真数据构建离 散元‑有限差分 ‑粒子流动静耦合模型； 模拟仿真模块， 用于采用所述仿真模型进行管线渗漏致塌模拟仿真试验， 得到模拟仿 真实验结果； 结果输出模块， 用于根据模拟仿真试验结果输出极限判别值； 塌陷预警模块， 用于根据极限判别值判断实际工况 是否存在道路塌陷风险。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115146513 A 3