(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 202210706200.3 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 国振　芮圣洁　王立忠　李玲玲　 张皓杰　徐航　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 万尾甜　韩介梅 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 考虑锚泊线动力触底效应的海床沟槽三维 形态预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑锚泊线动力触底效 应的海床沟槽三维形态预测方法， 该方法为： 步 骤1)通过模拟土中段和水中段锚泊线的受力， 获 得锚泊线在一个循环内扫过的土体范围， 经多次 循环后得到稳定的锚泊线形态和受力状态； 步骤 2)基于稳定的锚泊线形态， 计算获得锚泊线横向 位移最大点和最深点， 并将这两个点返回到步骤 1)中再次计算， 通过反复迭代可获得最终的稳定 沟槽轮廓。 本发明方法考虑了锚泊线横向运动， 用于现场沟槽轮廓描述， 也可用于工程三维沟槽 轮廓的详细描述， 可以为现场沟槽灾害防治提供 重要依据。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 115130292 A 2022.09.30 CN 115130292 A 1.一种考虑锚泊线动力触底效应的海床沟槽三维形态预测方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 1)： a.根据锚泊半径、 水深、 锚眼深度、 锚泊线参数和土体性质， 计算得到初始锚泊线形 态和张力； 预张锚泊线， 以达 到初始要求的锚泊线形态和张力； b.设定导缆孔的循环运动路径， 模拟浮式结构物 的运动， 从而得到土中段和水中段锚 泊线的受力状态以及锚泊线引起扰动的土体区域范围； c.步骤b经若干次循环后， 锚泊线引起的扰动土体区域范围变得稳定， 从而得到稳定的 锚泊线形态和受力状态； 2)： a.根据步骤1)得到的稳定锚泊线形态， 计算沟槽的最深点和 横向位移最大点， 用于 描述沟槽轮廓； b.根据步骤a 中的计算结果判断是否结束预测： 将步骤a的计算结果返回步骤1中继续进行计算； 若经若干次循环后获得稳定的沟槽轮 廓， 则直接 输出步骤a的计算结果； 否则返回步骤1)中进行继续计算。 2.根据权利要求1所述的考虑锚泊线动力触底效应的海床沟槽三维形态预测方法， 其 特征在于， 所述的步骤1)中， 锚泊线形态和受力状态具体为： 建立一个直角坐标系OXYZ和两个局部坐标系Pxyz和Puvw； 在直角坐标系中， 海床平面设置 为OXY平面， 原点O位于土体中锚眼在 海床面上的投影点； Y轴为由吸力锚轴线和锚眼确定的 平面OYZ和 海床面OXY的交线， Z轴垂直于海床面OXY方向竖直向上， X轴垂直于OYZ平面表示 锚泊线的横向运动方向； 将整根锚泊线进 行划分， 获得各个分段单元， 并在每个分段单元上 建立局部坐标系Pxyz， Pxyz的原点在P点， 其坐标轴方向与OXYZ相同， P点位于锚泊线分段单元 的中心点； Puvw为一个建立在 锚泊线分段单元的局部坐标系， 该坐标系以锚泊 线形态分为三 个分量： 切线、 法线和副法线(u、 v、 w)； 两个局部坐标系之间的关系可表示 为： 式中， β ＝β(l)和 θ ＝θ(l)是锚泊线仰角和方位角， l是指锚泊线单 元长度； 将u定义为点P处锚泊线的方向， x、 y和z方向的锚泊线单 元投影长度可表示 为： 三维动态条件下， 锚泊线单 元的受力状态的控制方程表示如下： M(X,Y,Z,a)+C(X,Y,Z,v)+K(X,Y,Z)＝F(X,Y,Z,v,t) (3) 式中， M(X,Y,Z,a)为惯性力、 C(X,Y,Z,v)为阻尼力、 K(X,Y,Z)为弹性力和F(X,Y,Z,v,t) 为外力， X、 Y和Z表 示整体坐标系中锚泊 线单元的坐标， a是单元的加速度， v为单元的速度， t 是时间； 外力包括三个方向的流体作用力(Fn,Fb,Fτ)、 三个方向的土体抗力(Qn,Qb,Qτ)以及锚泊 线在水和海床中的单位重度(Ww,Ws)； 采用莫里森方程计算作用在锚泊线上的流体作用力：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115130292 A 2其中， ρw是水的密度， deff是锚链的有效直径； dl是锚泊段单元长度， V0是由锚泊线排除 的水量， vn,vb和vτ分别是锚泊线和海水在法向、 副法向和切向的相对速度， Cdn和Cdτ分别是 法向和切向抗力系数； 作用在锚泊线上的土体抗力分解 为法向分量 Qn、 副法向分量 Qb和轴向分量 Qτ， 表示为： Qτ＝Eτdbfdl (5c) 式中， db为锚链名义直径， En和Eτ分别为法向、 轴向等效宽度 参数； q为总法向抗力， 根据 方向可分解为法 向和副法 向分量， dw和dv分别是法 向和副法线方向上的位移， f是锚泊线的 轴向抗力； q和f通过以下表达式计算： q＝Ncsu (6a) f＝α su (6b) 式中， su是土体的不 排水抗剪强度； Nc是土层深度z的函数， 表示 为 在动态条件下， 应考虑土体应变率效应， 即土的抗剪强度随剪切应变率的增加而提高 的现象； 应变 率的影响通 过参数Rf来表征， Rf是一定剪切应变率下的土体强度与参考应变 率 下的土体强度之间的关系， 法向、 副法向和轴向上的参数Rf表示为： 其中， β 是应变率参数， 介于0.034 ‑0.140之间； 参考剪切应变率 和 是三个方向上的剪切应 变率， 定义 为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115130292 A 3