本發明涉及塌陷體積及位置預測，具體是一種管線漏損誘發的塌陷體積及位置預測系統及方法。

背景技術：

1、隨著我國城市的快速發展，地下建筑中包括水力管線在內的各類公用性建筑管道占比越來越大。而地下水力管線多因施工或腐蝕老化問題導致水管存在破損問題，發生滲漏后，會進一步引起土體沉降甚至塌陷。

2、在時間效應作用下，漏損產生的小孔洞會逐漸延伸、擴張，最終產生大的侵蝕空洞，吸水飽和后的土體會使得空洞拱頂土的自重增加，土體中的粗顆粒粘粒吸水后也會軟化，從而加快土顆粒的變形，最終形成大面積的土體塌陷。現有學者對漏損產生塌陷的監測、預警做了大量研究，但如何快速分析預測可能產生塌陷的空洞體積及塌陷位置還鮮有報道。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種管線漏損誘發的塌陷體積及位置預測系統及方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、一種管線漏損誘發的塌陷體積及位置預測系統，包括信息收集模塊、計算模塊、參數生成模塊、數值模擬模塊、尋優模塊、預測模塊；

4、所述信息收集模塊，其被配置為：根據已有管線漏損誘發的歷史塌陷案例，統計塌陷場地的現場土質信息、水力管線破損歷史信息；

5、所述計算模塊，其被配置為：根據收集的歷史相關信息，通過中國點式滲漏模型計算公式進行求解，計算出單位時間內的漏損量；再由塌陷地位置的地質資料確定土體的基本物理參數，結合計算所得的單位時間漏損量和推導的土體的塌陷量計算公式，計算因漏損產生的土體塌陷體積大小。

6、所述參數生成模塊，其被配置為：將實際工程案例中土體、水流的基本物理參數轉換為離散元軟件對應的數值模擬參數；

7、所述數值模擬模塊，其被配置為：使用流體計算軟件進行模擬管線漏損誘發塌陷這一事件，輸入實際案例中土體、水流的模擬參數信息，通過水壓的傳遞與顆粒的移動達到預期效果；

8、所述尋優模塊，其被配置為：不斷調整數值模擬模塊中的滲透率系數k，使數值模擬所得塌陷體積近似接近真實塌陷體積，從而確定經驗k值；

9、所述預測模塊，其被配置為：對后續需要預測的實際工程，輸入對應的土體、水流相關參數與經驗k值，對預設時間內漏損誘發的塌陷形狀及位置實現預測。

10、一種管線漏損誘發的塌陷體積及位置預測方法，包括以下步驟：

11、s1:收集已有塌陷事故記錄的塌陷現場信息；

12、s2:通過中國點式滲漏模型計算漏損量；由土體塌陷量計算公式計算塌陷體積；

13、s3:將實際案例中土體、水流的基本物理參數轉換為離散元軟件對應的數值模擬參數；

14、s4:使用流體軟件模擬管線漏損誘發塌陷這一事件的過程，得出塌陷體積量；

15、s5:不斷調整滲透率系數k進行尋優，使其近似接近真實塌陷體積，從而確定經驗k值；

16、s6:對后續需要預測的實際工程，輸入對應的土體、水流相關參數與經驗k值即可實現預測。

17、作為本發明進一步的方案：所述s2中土體塌陷體積的計算，需由收集到的土體基本物理屬性判斷土質類型，從而確定滲透系數取值，再結合土體流失方程與漏損量，得出預設時間內漏損產生塌陷的體積量；具體步驟如下:

18、s201：根據收集到的工程案例現場土體基本物理參數,判斷土質類型為粘性土、非粘性土中的哪一類；

19、s202：確定對應的內摩擦角取值范圍及土體在飽合之后的重度增加幅值,得出塌陷量計算公式中的滲透系數取值，塌陷量計算公式中滲透系數取值，由不同類型土體對應的抗剪強度計算公式求得，其中抗剪強度涉及到內摩擦角、土體在飽合之后的重度增加幅值；

20、s203：使用不同土質類型對應的塌陷量計算公式計算出實際塌陷的體積量；結合土體流失方程、漏損量，可推導出不同土體的塌陷量計算公式；其中，推導的非粘性土塌陷量計算公式為：

21、c＝ln(2.1+0.52ρ土qk1tcosθ)

22、所述推導的粘性土塌陷量計算公式為:

23、c＝0.52ρ土qk1tcosθ

24、上述兩式中：q表示滲流量，單位為m3/s、k1表示土體滲透系數、t表示滲流時間，θ表示管道破損口與水平面的夾角、ρ土表示土顆粒密度。

25、與現有技術相比，本發明的有益效果是：通過收集已有塌陷事故記錄的相關信息計算漏損量，結合不同土體的塌陷量公式計算產生塌陷的體積。用流體計算軟件進行模擬，通過不斷調整滲透率系數k值，得到真實塌陷體積的近似值，實現k值的尋優。得到經驗k值后對后續需要進行預測的實際工程，輸入工程當地對應的土體、水流轉換后的相關模擬參數，再輸入經驗k值即可實現可能產生塌陷的體積及位置的預測。

26、采用本發明提供的管線漏損誘發的塌陷體積及位置預測系統，可以實現對可能產生的塌陷體積及位置的準確定位，能為主動實現管線漏蝕產生塌陷的準確防控提供必要前提條件。

技術特征：

1.一種管線漏損誘發的塌陷體積及位置預測系統，其特征在于：包括信息收集模塊、計算模塊、參數生成模塊、數值模擬模塊、尋優模塊、預測模塊；

2.一種管線漏損誘發的塌陷體積及位置預測方法，其特征在于：

3.根據權利要求2所述的一種管線漏損誘發的塌陷體積及位置預測方法，其特征在于：所述s2中土體塌陷體積的計算，需由收集到的土體基本物理屬性判斷土質類型，從而確定滲透系數取值，再結合土體流失方程與漏損量，得出預設時間內漏損產生塌陷的體積量；具體步驟如下：

技術總結
本發明涉及塌陷體積及位置預測技術領域，具體是一種管線漏損誘發的塌陷體積及位置預測系統及方法，該系統包括信息收集模塊、計算模塊、參數生成模塊、數值模擬模塊、尋優模塊、預測模塊。應用本發明，可為主動實現管線漏蝕產生塌陷的準確防控提供必要前提條件。

技術研發人員：劉偉,陳洪凱,呂守明,張鋒,王曉紅,王遠鵬,宋國棟,姚家恒,崔開榮,劉業凱,潘合斌
受保護的技術使用者：山東匯友市政園林集團有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28