[发明专利]多年冻土区管道地基土融沉等级可拓云评价方法及系统

说明书

本发明属于于冻土区管道地基土评价技术领域，公开了一种多年冻土区管道地基土融沉等级可拓云评价方法及系统，该方法具体包括：步骤一：确定试样融沉性概况；步骤二：确定评价标准；步骤三：根据可拓云综合评价模型判别融沉等级；步骤四：对评价结果分析。本发明以中俄原油管道沿线冻土为研究对象，采用熵值理论‑可拓云模型以含水率、孔隙比、体积含冰量及超塑含水率作为评价指标，构建冻土区管道地基土融沉等级评价模型，并将评价结果与聚类分级、规范分级结果进行比较，验证熵值‑可拓云模型的适用性和可行性，为多年冻土区管道地基土融沉等级判别提供参考依据。

技术领域

本发明属于冻土区管道地基土评价技术领域，涉及一种多年冻土区管道地基土融沉等级可拓云评价方法及系统。

背景技术

全球气候变暖多年冻土退化加剧，冻土融化下沉严重威胁管道设计、运营，为了准确评价管基土融沉风险等级，以含水率、孔隙比、含冰量、超塑含水率等影响融沉因素通过熵值法对各指标进行客观赋权，采用可拓云模型对多年冻土区管基土融沉等级进行评价，目前比较常用的评价方法主要以k-means聚类、灰色理论、模糊综合评判、神经网络^[20]等为主。由于影响融沉性质的指标因素较多，这些因素之间又存在一定程度的模糊性和随机性，采用上述评价方法都无法得到准确的评价结果。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

现行规范对多年冻土区管基土评价指标单一、界限含水率过大，k-means评价融沉等级界限相对模糊，而熵值可拓云模型能够避免融沉指标界限模糊和影响因素间不确定性，使评价结果更符合实际情况。研究结果能够为多年冻土区管道设计、运营时融沉病害的防护提供科学依据与理论参考。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多年冻土区管道地基土融沉等级可拓云评价方法及系统。

本发明是这样实现的，一种多年冻土区管道地基土融沉等级可拓云评价方法包括：

步骤一：确定试样融沉性；对试样按照融沉系数和超塑含水率进行融沉等级的判别；

步骤二：确定评价标准；将冻土融沉等级划分为多个等级，选则含水率、孔隙比、含冰量以及超塑含水率作为评价指标；

步骤三：根据可拓云综合评价模型判别融沉等级；通过确定云参数、隶属度以及各指标的权重对地基土融沉等级的判定；构建可拓云矩阵和综合可拓云评价矩阵，将每个待评价样本按相同确定度进行累加并根据最大确定度原则计算出待评价样本的融沉等级；

步骤四：对评价结果分析。

进一步，所述步骤一具体包括：根据规范对试样按照融沉系数和超塑含水率进行融沉等级的判别，若出现很多试样的融沉系数符合规范判别标准，但超塑含水率却不在规范分级界限范围内，判别结果存在很大的隐患，则根据含水率、孔隙比、含冰量和超塑含水率对试样的融沉等级进行k-means聚类分析，随机选择5个聚类中心运并计算各样本与初始聚类中心间的欧氏距离，根据最小距离重新划分新的簇，令新簇质心作为新的聚类中心，重复以上步骤直到聚类结束。

进一步，所述步骤二具体包括：

将冻土融沉等级划分为Ⅰ级(不融沉)、Ⅱ级(弱融沉)、Ⅲ级(融沉)、Ⅳ(强融沉)、Ⅴ(融陷)五个等级，初选含水率、孔隙比、含冰量以及超塑含水率作为评价指标；

所述含水率是影响粉质黏土融沉的重要因素之一，由于管道油温持续作用将影响地基土的冻结状态，进而影响地基土的含水率；

所述孔隙比的大小对原状粉质黏土中冰晶的含量具有显著影响，受管道油温的影响，孔隙冰的融化势必会引起土体的体积变形量，同时在一定程度上影响二次地基土的融沉，将孔隙比与含水率、含冰量、超塑含水率一同作为融沉等级的判别指标，能够判别结果更全面；

所述含冰量受管道油温的影响，且与含水率、孔隙比等因素具有一定的关联性；