【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地质灾害与电力设施耦合，特别是一种涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法及系统。
技术介绍
1、塌陷引起的地表变形均只能通过桩基础传递至上部杆塔，形成了“地质体-基础-杆塔”的耦合作用体系。“地质体-基础-杆塔”耦合作用机理较为复杂，具体表现在上部“杆塔”的变形为典型的线性变化，而下部“地质体”为非线性变化问题，两者通过“基础”这一关键纽带链接。采动引起的岩层移动从地下传递至地表进而通过塔基传递至杆塔结构，使得铁塔与地表移动变形不一致。这也就是说，无论地质体如何沉降、沉降位移有多大，最终产生的结果均作用于桩基础，从而影响杆塔。
2、不均匀沉降是杆塔破坏的主要原因。地面塌陷作用下输电铁杆塔最容易发生破坏的部位集中在塔腿以及主材与斜材相交的部位，其次为底部塔腿横隔附近，且发生屈服和失稳破坏的杆件也以塔腿主材和交叉斜材为主，其余杆件全截面屈服和失稳破坏现象，因此在后续的日常检测时，需重点关注这一脆弱区域。
技术实现思路
1、鉴于上述耦合作用体系中存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术所要解决的问题在于如何提供一种可以提高地面塌陷区域输电系统的安全性和可靠性的方法。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
4、第一方面，本专利技术实施例提供了一种涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其包括，通过现场调查和监测，收集地面塌陷区域内输电杆塔的破坏情况，确定主要的破坏模式；建立输电杆塔与基础及地质体的
5、作为本专利技术所述涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法的一种优选方案，其中：杆塔基础之间的相对变形包括基础之间相对位移0m、单基础沉降、双基础沉降、三基础沉降、水平位移加单基础沉降、水平位移加双基础沉降以及水平位移加三基础沉降。
6、作为本专利技术所述涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法的一种优选方案，其中：所述建立输电杆塔与基础及地质体的耦合模型包括，根据地质体的非线性变形特点，采用非线性土体模型，应力-应变关系为：
7、
8、其中，ei是刚度系数，rf是强度衰减系数，c1,...,cn为修正项的系数；使用连接单元模拟基础与土体的接触，建立杆塔本体的线性有限元模型：杆塔简化为由线性梁单元和节点组成，通过共节点将基础单元与杆塔单元耦合，基础单元与土体单元耦合，形成整体计算模型：
9、
10、其中，λ(x)和μ(x)是体的非线性参数函数，和分别表示位移场的梯度和拉普拉斯，代表土体的变形，kni和ksi分别是第i个接触单元的正常和剪切刚度，δ(x-xi)是狄拉克函数，表示基础底面与土体顶面的连接，为指数衰减函数，x和xi分别表示空间中的任意点和接触单元的位置。
11、作为本专利技术所述涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法的一种优选方案，其中：所述模拟实现不同的地面塌陷变形模式情况下的耦合模型，并分析各变形模式对杆塔结构稳定性的影响包括以下步骤：根据不同的地面沉降模式，施加竖向位移载荷、水平位移载荷或同时施加两者；运行有限元程序，得到变形响应；分析不同沉降模式对杆塔结构的影响，是否出现承载力衰减或稳定性丧失。
12、作为本专利技术所述涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法的一种优选方案，其中：所述运行有限元程序，得到变形响应包括：设置迭代步数k＝0，初始化位移向量u(k)和初始猜测的解u(0)，初始化收敛容限tol和最大迭代次数maxiter；计算结构刚度矩阵k(k)和内力向量f(k)，其中(k)表示第k步的值：
13、k(k)δu(k)＝-f(k)
14、其中，δu(k)为增量位移；更新位移：
15、u(k+1)＝u(k)+δu(k)
16、并计算新的结构刚度矩阵k(k+1)和内力向量f(k+1)；若||r(k+1)||＜tol，则满足收敛条件，否则，则不满足收敛条件；其中，r(k+1)为残差向量，若满足收敛条件，则算法结束；否则，则继续迭代。
17、作为本专利技术所述涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法的一种优选方案，其中：所述建立输电杆塔结构与地面塌陷参数之间的关系表达式，确定杆塔破坏的极限沉降值或位移值，提供输电系统的运行与维护标准包括以下步骤：建立杆塔响应与地面沉降量的经验关系式；多次计算确定杆塔发生不同程度损伤的临界沉降值；提出地面沉降的允许值或警戒值，为系统运行提供依据。
18、作为本专利技术所述涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法的一种优选方案，其中：所述建立杆塔响应与地面沉降量的经验关系式包括以下步骤：使用非线性拟合方法对数据进行拟合，通过拟合过程，确定最优的经验系数a和b；计算杆塔倾斜角θ与地表沉降量s的关系曲线：
19、θ＝a's+b'+cx+ε
20、其中，θ为杆塔倾斜角度，s为地表沉降量，a'和b'为原始的经验系数，c为修正项的系数，通过拟合考虑修正项得到，x为修正项的影响因素，ε为误差项。
21、第二方面，本专利技术为进一步解决耦合作用体系中存在的问题，实施例提供了涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的系统，其包括：数据采集模块，用于通过现场调查和监测，收集地面塌陷区域内输电杆塔的破坏情况，确定主要的破坏模式；模型建立模块，用于建立输电杆塔与基础及地质体的耦合模型；计算模拟模块，用于模拟实现不同的地面塌陷变形模式情况下的耦合模型，并分析各变形模式对杆塔结构稳定性的影响；结构分析模块，用于通过有限元数值模拟方法，确定不同变形模式下杆塔结构各部件的应力和变形响应，预测杆塔的易损部位；结构优化模块，用于提出输电杆塔的结构优化和补强措施，并通过模型计算验证其有效性；结果验证模块，用于在实际地面塌陷区置入试验杆塔，装设应变计和倾斜计，监测地面变形过程中杆塔的实际响应，校准和验证耦合作用模型的准确性；评估预测模块，用于建立输电杆塔结构与地面塌陷参数之间的关系表达式，确定杆塔破坏的极限沉降值或位移值，提供输电系统的运行与维护标准。
22、第三方面，本专利技术实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法的任一步骤。
23、第四方面，本专利技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其特征在于：杆塔基础之间的相对变形包括基础之间相对位移0m、单基础沉降、双基础沉降、三基础沉降、水平位移加单基础沉降、水平位移加双基础沉降以及水平位移加三基础沉降。
3.如权利要求1所述的涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其特征在于：所述建立输电杆塔与基础及地质体的耦合模型包括，
4.如权利要求3所述的涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其特征在于：所述模拟实现不同的地面塌陷变形模式情况下的耦合模型，并分析各变形模式对杆塔结构稳定性的影响包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其特征在于：所述运行有限元程序，得到变形响应包括：
6.如权利要求5所述的涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其特征在于：所述建立输电杆塔结构与地面塌陷参数之间的关系表达式，确定杆塔破坏的极限沉降值或位移值，提供输电系统的运行与维护标准包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其特征在于：杆塔基础之间的相对变形包括基础之间相对位移0m、单基础沉降、双基础沉降、三基础沉降、水平位移加单基础沉降、水平位移加双基础沉降以及水平位移加三基础沉降。
3.如权利要求1所述的涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其特征在于：所述建立输电杆塔与基础及地质体的耦合模型包括，
4.如权利要求3所述的涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其特征在于：所述模拟实现不同的地面塌陷变形模式情况下的耦合模型，并分析各变形模式对杆塔结构稳定性的影响包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作用模型的方法，其特征在于：所述运行有限元程序，得到变形响应包括：
6.如权利要求5所述的涉及地面塌陷与输电杆塔耦合作...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘卓娅，邓松，欧阳广泽，范强，杨涛，余昌皓，吴建蓉，黄军凯，张迅，文屹，吕黔苏，曹雷，肖书舟，罗鑫，颜康，张啟黎，丁江桥，赵超，代吉玉蕾，张洋，陈佳胜，曾蓉，陈晨，赵圆圆，袁娴枚，叶华洋，吕乾勇，毛先胤，王冕，曾晶，曾癸森，郑友卓，刘忻，王融融，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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