CN119475651A 一种桩基埋管设计优化方法、介质及系统 （中建安装集团有限公司）

号佳匹配,并进行聚类分析,确定该区域的土壤变标,采用博弈模型求解,得到最优的桩基埋管设2S10、获取待置入桩基区域的采用实际挖掘得到的纵向土壤结构数据建立所述待置入的序列载荷的土壤变形量作为待置入桩基区域的土壤的0载荷到指定最大载荷及其中间多个不同载荷值，所述壤的序列载荷的土壤变形量通过实交换能力与土壤变形量变更最小引入博弈模型作为优化目标,在满足两者约束的条件下,最大化和土壤变形量最小化作为两个目标函数,建立多目标优化模型,采用博弈论的方法参数数据时,利用多通道地震勘探仪设备,在待置入桩基区域的地表或孔井中进行震源激9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述3令，所述程序指令运行时，用于执行权利要求1_8任一项所述的一种桩基埋管设计优化方4[0002]地源热泵系统利用地下土壤或地下水作为热源,通过埋设的地埋管或桩基管网,[0003]土壤变形会直接影响地埋管或桩基管网的几何形泵系统的设计过程中,如何合理预测和控制土壤变形,对提高系统的可靠性和使用寿命至[0006]3.试验验证法:通过现场试验或实验室土柱试验,直接测试不同土壤条件[0007]总的来说,上述地源热泵设计方法在考虑土壤变形因素方面均存在一定局限性:要么忽略了土壤变形的影响,要么需要大量实测参数支撑,难以兼顾设计的便捷性和可靠S10、获取待置入桩基区域的采用实际挖掘得到的纵向土壤结构数据建立所述待5土壤的序列载荷的土壤变形量作为待置入桩基区域的土壤的序列载荷是：将地源热泵系统的热交换能力最大化和土壤变形量最小化作为两个目标函数,建立多目标优化模型,采用博弈论的方法在满足两个目标函数约束的前提下,求解得到纳什均衡所述步骤S20包括:利用地震勘探等方法获取待置入桩基区域的土壤振动参数数所述步骤S30包括:将步骤S20获得的土壤振动参数数据与步骤S10构建的地质模型进行空间配准和数据融合,利用地理信息系统等技术实现两者的耦合,得到各振动参数6所述步骤S40包括:将步骤S30中获得的融合参数组成参数矩阵,采用主成分分析等特征提取算法对参数矩阵进行降维处理,提取出综合反映土壤振动特性的主要特征参相应的融合特征参数以及在不同荷载作用下的土壤变形量数据,将步骤S40提取的融合特征参数与典型土壤数据库进行匹配,找出与待置入桩基区域土壤特征最为相似的几种典型所述步骤S70包括:根据待置入桩基的尺寸参数,以及地源热泵系统的设计需求,土壤热物性、地下温度场分布等的传热模型,通过数值模拟分析计算地源热泵系统的热交所述步骤S80包括:根据步骤S60中预测的桩基及建筑物服役过程中的土壤变形情况,建立土壤变形量随时间的变化模型,将该模型与步骤S70中的地源热泵设计模型耦合,通过数值模拟分析土壤变形对热交换性能的影所述步骤S90包括:将地源热泵系统的热交换能力最大化和土壤变形量最小化作为两个目标函数,建立多目标优化模型,采用博弈论的方法在满足两个目标函数约束的前[0018]可选的，所述获取待置入桩基区域的实可选的，所述将土壤振动参数数据与地质模型进行空间配准和数据融合时,采用可选的，所述采用主成分分析等特征提取算法对参数矩阵进行降维处理时,通过对协方差矩阵特征值分解,提取出主成分特征值和特征向量,作为综合反映土壤振动特性7可选的，所述初步确定桩基埋管或盘管的布置方案时,在满足地源热泵系统设计可选的，所述建立土壤变形量随时间的变化模型时,考虑土壤的非线性、时变特性,采用本构模型如Mohr_Coulomb模型等描述土体本构关系,并结合有限元法进行数值模格插值等地质统计学方法构建三维地质模型时,需要结合地质专家的经验知识,对模型参数如变异函数等进行合理设置和优化。可选的,所述利用多通道地震勘探仪等设备获取土地理信息系统实现土壤振动参数数据与地质模型的空间配准和数据融合时,需要对两类数所述采用主成分分析等特征提取算法降维处理参数矩阵时,需要根据特征值大小选取主成土壤数据库中,每种土壤类型的荷载_变形特性数据是通过开展标准土柱试验等实验室试最高的几种典型土壤进行聚类分析时,可以根据实际问题的需要选择合适的聚类算法,如体变形时,需要根据实际工程情况合理设置边界条件和施加荷载,并对计算结果进行必要采集待置入桩基区域内的土壤热导率、体积比热容等参数,并根据实际地质条件设置合理下水位变化等因素对土体变形的影响,并采用Mohr_Coulomb、Cam_Clay等适当的本构模型8本发明采用实测的土壤纵向结构、振动参数等数据,通过地质统计学和数据融合技术,构建了更加贴近实际的三维地质模型和土壤振动特性参数场。相比于传统的单一地质参数描述,该方法能够更全面地反映待置入桩基区域的土壤特征,为后续的土壤变形预壤类型的数据库,记录了不同荷载作用下的土壤变形特性。然后通过将待置入区域的振动变形关系。这种方法充分利用了已有的实验数据,能够更精准地描述待置入区域的土壤变本发明进一步建立了地源热泵系统的传热模型和土壤变形演化模型,并将二者耦本发明提出的桩基埋管设计优化方法,能够更准确地预测和控制土壤变形对地源[0026]综上所述,本发明提出的桩基埋管设计优化方法,充分利用了实测的地质和土壤振动数据,通过多学科交叉的建模与分析手段,实现了地源热泵系统设计与土壤变形控制9S10、获取待置入桩基区域的采用实际挖掘得到的纵向土壤结构数据建立所述待中心的土壤的序列载荷的土壤变形量作为待置入桩基区域的土壤的序列载荷的土壤变形[0032]2)基于获得的土壤纵向结构数据,采用地质统计学的方法,构建待置入桩基区域[0033]3)在构建地质模型的过程中,需要设置合理的边界条件和初始条件,确保模型能[0035]2)通过对地震波在不同土层中的传播特性分[0036]3)上述土壤振动参数数据能够反映该[0038]2)利用地理信息系统(GIS)等空间分析技术,实现土壤振动参数数据与地质模型[0042]3)所提取的主要特征参数,能够在低维空间1)预先建立一个包含多种典型土壤类型的数据库,每种土壤类型都有相应的融合[0045]3)对匹配度最高的几种典型土壤进行聚[0048]3)通过上述分析,可以得到桩基及建筑物在整个使用期内的土壤变形量,为后续1)根据步骤S60中预测的桩基及建筑物服役过程中的土壤变形情况,建立土壤[0053]2)将上述土壤变形模型与步骤S70中的地源热泵设计模型耦合,分析地源热泵[0054]3)通过数值模拟,预测土壤变形对地源热泵系统热交换能力的影响程度,为后续1)将地源热泵系统的热交换能力最大化和土壤变形量最小化作为两个目标函数,[0056]2)采用博弈论的方法,在满足两个目标函数约束的前提下,求解得到桩基埋管设[0057]3)所得到的最优设计方案,能够在保证地源热泵系统热交换性能的同时,最大限地质统计学方法构建待置入桩基区域的三维[0059]具体来说,设待置入桩基区域的三维坐标系为(x,y,z),第i个土层的厚度为h;=h;(x,y,z)Ti=Ti(x,y,z)ci=ci(x,y,z)为了构建三维地质模型,需要对上述分布函数进行空间插值和内插。常用的地质Z(x,y,z)=-1dz(xk,yx,zx)通过对变异函数的建模和参数标定,可以得到最优插值权重AX,从而完成对地最终得到待置入桩基区域的完整地质模型。在模型构建过程中,还需要设置合理的边界条其中,K为土层的体积模量,G为土层的剪切模量,p土层在动载作用下表现出的非线性应变_应力关系,可通过本构模型如Ramberg_e=+a("地震波在不同土层界面处的反射系数,反映了土层的不连续性。界面反射系数可[0066]通过对地震波在不同土层中的传播特性进行分数。这些参数能够综合反映待置入桩基区域土壤的动力学特性,为后续的土壤变形分析提[0068]具体来说,设待置入桩基区域的三维坐标系为(x,y,z),第i个土层u=ui(x,y,z)p;=p:(x,y,z)Ri=R3(x,y,z)p:组成一个参数矩阵X:下:3)按照特征值大小排序,选取前m个特征向量U=[u1,uy,…,umY=XU通过上述PCA过程,可以从原始的6维参数空间中提取出个主成分,作为综合反映土壤振动特性的关键特征参数。这些主成分特征不仅能够降低数据维度,而且也蕴含预先建立一个包含多种典型土壤类型的数据库,每种土壤类型都有相应的融合特中的特征参数进行匹配,找出与待置入桩基区域土壤特征最为相其中,j*表示匹配度最高的典型土壤编号。[0076]对匹配度最高的几种典型土壤进行聚法:[0077]通过上述匹配和聚类分析,可以得到与待置入桩获取待置入桩基及其关联建筑物的实际荷载情况,包括永久荷载、变动荷载P=B十R,十R1)根据步骤S10和S30获得的地质模型,构建多层土体有限元模型,各土层的[0080]2)在土体模型中,嵌入待置入的桩基及其关联建筑物的结构单元,并施加实际荷[0084]将上述设计参数代入地源热泵系统1)土壤热导率是影响地源热泵热交换性能的关键参数,可以通过实测或经程,可以得到地下温度场随时间和空间的分布，其中X,Y,Z表示土壤中点的坐标，T(x,y,z,t)表示土壤中x,y,z坐标点处t时刻的温度场。根据桩基埋管或盘管的几何尺寸,可以计算出换热面积Ae,再结合地下温度场Q=hcAe(Tg-TF)[0087]通过对上述传热模型进行参数优化与分析,可以确定e(t)=e+a(1-e-b')其中,EO为初始变形量,a和b为与土壤性质相关的参数,可通过拟合实测数据获[0089]将上述土壤变形模型与步骤S70中的地源热泵设计模型耦合,分析地源热泵系1)地下温度场T(x,y,z,t,e)随着土壤变形的增大,换热面积Ae和对流换热系数hc都会发生变化,导致[0091]通过数值模拟求解上述耦合模型,可以预测土壤将地源热泵系统的热交换能力最大化和土壤变形量最小化作为两个目标函数,建[0093]为求解上述多目标优化问题,可以采用其中,V和VZ分别代表地源热泵系统设计方和土壤变形控制方的效用函数,λ为[0095]通过求解上述博弈模型的纳什均衡解,可以得到桩基埋管设计的最优方案,包括s和管径d等参数。该最优设计能够在保证地源热权重系数;i:第i个土层;j:第j种典型土在待置入桩基区域内,首先采用钻探等方式获取土壤的纵向结构参数,包括土层行空间插值和内插,构建出该区域的三维地质模型。该地质模型能够较为真实地反映待置了将这些振动参数与前述地质模型进行融合,本发明采用地理信息系统的空间配准和数据将上述融合后的土壤参数矩阵,利用主成分分析(PCA)等特征提取算法进行降维振动特性的关键特征参数。这些主成分特征不仅能够有效地表征土壤振动状态,而且维度本发明预先建立了一个包含多种典型土壤类型的数据库,每种土壤类型都有相应的融合特征参数,以及在不同荷载作用下的土壤变形量