(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 202210541043.5 (22)申请日 2022.05.17 (71)申请人 中山大学 地址 510275 广东省广州市海珠区新港西 路135号 (72)发明人 陈炜昀　黄林冲　马建军　梁禹　 党文刚　杨宏伟　 (74)专利代理 机构 广东合方知识产权代理有限 公司 44561 专利代理师 许建成 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 海底沉管隧道基槽边坡回淤稳定性分析方 法及系统 (57)摘要 本发明涉及一种海底沉管隧道基槽边坡回 淤稳定性 分析方法及系统， 该方法包括步骤： S1， 设置波流场数值参数以构造波浪， 获取作用在沉 管隧道基槽内外的海床表面的动水压力； S2， 设 置回淤层和基槽海床的岩土分析参数， 构建基槽 附近海床岩 土模型， 并将动水压力施加在海床岩 土模型上； S3， 基于 所述基槽附近海床岩土模型， 对海床及边坡 上部回淤层采用强度折减法， 并获 得最危险时刻的安全系数FOS清淤前； S4， 设置不同 数值的清 淤坡率， 对步骤S2中回淤层的岩土分析 参数进行相应修改， 对海床及边坡 上部回淤层采 用强度折减法， 并获得最危险时刻的安全系数 FOS清 淤后。 本发明可以定量评价海洋环境下回淤和 清淤对基 槽边坡稳定性的影响。 权利要求书4页 说明书8页 附图7页 CN 114841092 A 2022.08.02 CN 114841092 A 1.一种海底沉管隧道基槽边坡回淤稳定性分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1， 设置波流场数值参数以构造波浪， 并进行流体动力分析， 以获取作用在沉管隧道基 槽内海床表面的动水压力和沉管隧道基槽 外海床表面的动水压力； S2， 设置回淤层和基槽海床的岩土分析参数， 构 建基槽附近海床岩土模型， 并将步骤S1 中计算得到的动水压力施加在海床 岩土模型 上； S3， 基于所述基槽附近海床岩土模型， 对海床及边坡上部回淤层采用强度折减法， 分别 分析不同时刻隧道基槽边坡以及边坡上回淤物在清淤之前的稳定性， 并获得最危险时刻的 安全系数 FOS清 淤 前； S4， 设置不同数值的清淤坡率， 对步骤S2中回淤层的岩土分析参数进行相应修改， 对海 床及边坡上部回淤层采用强度折减法， 分别分析不同时刻隧道基槽边坡以及边坡上回淤物 在清淤之后的稳定性， 并获得最 危险时刻的安全系数 FOS清 淤后。 2.根据权利要求1所述的一种海底沉管隧道基槽边坡回淤稳定性分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S1 中， 所述波流场数值参数包括水深、 波浪高度、 波浪周期、 流速、 基槽坡率、 基 槽底部宽度和基槽深度。 3.根据权利要求1所述的一种海底沉管隧道基槽边坡回淤稳定性分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S2包括： S2‑01： 采用莫尔 ‑库伦本构描述土体行为， 设置回淤层和基槽海床的岩土分析参数， 包 括海床宽度、 海床厚度、 土体参数、 回淤土层平均厚度； S2‑02： 通过饱和土的固结理论， 建立海床在沉管隧道基槽开挖后的应力重分布状态， 并将此作为海床初始状态； S2‑03： 提取步骤S1中计算得到的隧道基槽影响范围内的海床表面动水压力， 并将其按 照一定时间间隔， 分步施加在隧道基槽影响范围内的相应海床表面， 满足海水动水压力与 海床内孔隙水压力连续； S2‑04： 采用达西定律计算出多孔介质海床孔隙中的渗流压力， 并将此作 为步骤S3中分 析所需的海床内力。 4.根据权利要求3所述的一种海底沉管隧道基槽边坡回淤稳定性分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S3包括： S3‑01： 将步骤S2中渗流压力设置为海床内力， 并假设原海床边坡土体强度指标不变， 采用强度折减 法仅对边坡上部回淤层土体的抗剪强度指标进 行折减， 将海底边坡的特征点 位移或应变拐点作为判断边坡是否失稳的依据， 失稳时刻的安全系数即为该时刻的边坡安 全系数， 计算得到不同时刻隧道基槽边坡的一系列安全系数以及坡上回淤物的一系列安全 系数， 再将安全系数最小值作为整体稳定性指标 FOS1； S3‑02： 将步骤S2中渗流压力设置为海床内力， 并假设边坡上部回淤层土体强度指标不 变， 采用强度折减法仅对原海床边坡土体的抗剪强度指标进行折减， 计算得到不同时刻隧 道基槽边坡的一系列安全系数以及 坡上回淤物的一系列安全系数， 再将安全系数最小值作 为整体稳定系数 FOS2； S3‑03： 将步骤S2中渗流压力设置为海床内力， 并采用强度折减法同时对边坡上部回淤 层土体和原海床边坡土体的抗剪强度指标进 行折减， 计算得到不同时刻隧道基槽边坡的一 系列安全系数以及 坡上回淤物的一系列安全系数， 再将安全系数最小值作为整体稳定系数权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114841092 A 2FOS3； S3‑04： 取FOS1、 FOS2、 FOS3中的最小值作为清淤之前基槽边坡回淤稳定性的评价指标 FOS清 淤 前。 5.根据权利要求1所述的一种海底沉管隧道基槽边坡回淤稳定性分析方法， 其特征在 于， 所述步骤S4包括： S4‑01： 设置不同数值的清淤坡率， 并对S2步骤中回淤层的岩土分析参数进行相应修 改； S4‑02： 假设原海床边坡土体强度指标不变， 采用强度折减法仅对基槽上部回淤层土体 的抗剪强度指标进行折减， 将海底边坡的特征点位移或应变拐点作为判断边坡是否失稳的 依据， 失稳时刻的安全系 数即为该时刻的边坡安全系 数， 计算得到不同时刻隧道基槽边坡 的一系列安全系数以及 坡上回淤物的一系列安全系数， 再将安全系数最小值作为清淤之后 的整体稳定系数 FOS1’； S4‑03： 假设基槽上部回淤层土体强度指标不变， 采用强度折减法仅对原海床边坡土体 的抗剪强度指标进行折减， 计算得到不同时刻隧道基槽边坡的一系列安全系数以及 坡上回 淤物的一系列安全系数， 再将安全系数最小值作为清淤之后的整体稳定系数 FOS2’； S4‑04： 采用强度折减法同时对基槽上部回淤层土体和原海床边坡土体的抗剪强度指 标进行折减， 计算得到不同时刻隧道基槽边坡的一系列安全系数以及 坡上回淤物的一系列 安全系数， 再将安全系数最小值作为清淤之后的整体稳定系数 FOS3’； S4‑05： 取FOS1’、 FOS2’、 FOS3’中的最小值作为清淤之后基槽边坡回淤稳定性 的评价指 标FOS清 淤后。 6.根据权利要求5所述的一种海底沉管隧道基槽边坡回淤稳定性分析方法， 其特征在 于， 还包括步骤S5， 从不同清淤坡率下得到的不同FOS清淤后中， 找出一个满足规范要求的 FOS清 淤后， 并将其对应的清淤坡率作为 最优清淤坡率。 7.一种海底沉管隧道基槽边坡回淤稳定性分析系统， 其特 征在于， 包括： 波流场数值分析构建模块， 用于设置波流场数值参数以构造波浪， 并进行流体动力分 析， 以获取作用在沉管隧道基槽内海床表面的动水压力和沉管隧道基槽外海床表面的动水 压力； 海床岩土模型构建模块， 用于设置回淤层和基槽海床的岩土分析参数， 构建基槽附近 海床岩土模型， 并将步骤S1中计算得到的动水压力施加在海床 岩土模型 上； 清淤前稳定性分析模块， 用于基于所述基槽附近海床岩土模型， 对海床及边坡上部回 淤层采用强度折减法， 分别分析不同时刻隧道基槽边坡以及边坡上回淤物在清淤之前的稳 定性， 并获得最 危险时刻的安全系数 FOS清 淤 前； 清淤后稳定性分析模块， 用于设置不同数值的清淤坡率， 对步骤S2中回淤层的岩土分 析参数进行相应修改， 对海床及边坡上部回淤层采用强度折减法， 分别分析不同时刻隧道 基槽边坡以及边坡上回淤物在清淤之后的稳定性， 并获得最 危险时刻的安全系数 FOS清 淤后。 8.根据权利要求7所述的一种海底沉管隧道基槽边坡回淤稳定性分析系统， 其特征在 于， 所述海床 岩土模型构建模块包括： 参数设置子模块， 用于采用莫尔 ‑库伦本构描述土体行为， 设置回淤层和基槽海床的岩 土分析参数， 包括海床宽度、 海床厚度、 土体参数、 回淤土层平均厚度；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114841092 A 3