CN112948944A - 一般连续地表位移作用下管道应变计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种一般连续地表位移作用下管道应变计算方法，该方法包括：获取目标管道对应的地表位移监测数据，并根据所述地表位移监测数据确定地表位移函数；获取所述目标管道的参数信息，并确定所述目标管道对应的土弹簧强度；基于有限元模型，根据所述地表位移函数、所述目标管道的参数信息、所述目标管道对应的土弹簧强度，得到所述目标管道对应的当前应变值；根据所述当前应变值确定所述目标管道对应的运行状态，实现目标管道的运行状态的准确确定，确保目标管道安全运行。
Description
技术领域
本发明实施例涉及管道技术领域，尤其涉及一种一般连续地表位移作用下管道应变计算方法。
背景技术
地质灾害根据土壤位移形式可以分为地表位移突变型地质灾害、地表位移连续型地质灾害。在通过管道输送油气过程中，以连续型采空、部分滑坡为主的连续地表位移，即地表位移连续型地质灾害会使管道发生变形，对管道安全运行带来严重威胁。为了保证运输安全，需要评估地表位移连续型地质灾害对管道的安全状态的影响，即确定管道当前的运行状态。
目前，在确定管道的运行状态时，基于理论分析对地表位移进行预测，以确定地表位移函数，并利用有限元模型和该地表位移函数确定管道的运行状态，即确定管道当前是否处于安全运行状态。
然而，由于是采用理论分析预测得到地表位移函数，导致地表位移函数确定的准确率较低，从而导致确定的管道的运行状态的准确率较低。
发明内容
本发明实施例提供一种一般连续地表位移作用下管道应变计算方法，以解决现有技术中运行状态的准确率较低的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供一种一般连续地表位移作用下管道应变计算方法，包括：
获取目标管道对应的地表位移监测数据，并根据所述地表位移监测数据确定地表位移函数；
获取所述目标管道的参数信息，并确定所述目标管道对应的土弹簧强度；
基于有限元模型，根据所述地表位移函数、所述目标管道的参数信息和所述目标管道对应的土弹簧强度，得到所述目标管道对应的当前应变值；
根据所述当前应变值确定所述目标管道对应的运行状态。
在一种可能的设计中，所述根据所述当前应变值确定所述目标管道对应的运行状态，包括：
获取所述目标管道对应的极限拉伸应变值和所述目标管道对应的极限压缩应变值；
若所述当前应变值小于或等于所述极限拉伸应变值，且大于或等于所述极限压缩应变值，则确定所述目标管道对应的运行状态为正常运行；
若所述当前应变值大于所述极限拉伸应变值，或小于所述极限压缩应变值，则确定所述目标管道对应的运行状态为异常运行。
在一种可能的设计中，所述根据所述地表位移监测数据确定地表位移函数，包括：
基于预设三次样条差值算法，根据所述地表位移监测数据确定所述地表位移函数。
在一种可能的设计中，所述基于有限元模型，根据所述地表位移函数、所述目标管道的参数信息、所述目标管道对应的土弹簧强度，得到所述目标管道对应的当前应变值，包括：
对所述地表位移函数进行离散化，以得到多个目标地表位移点信息；
将所述目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和所述土弹簧强度分别输入至所述有限元模型以使所述有限元模型根据所述目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和所述土弹簧强度进行有限元分析，以获得所述目标管道对应的当前应变值。
在一种可能的设计中，所述方法还包括：
获取所述目标管道环焊缝的欠缺类型；
若所述目标管道环焊缝的欠缺类型为表面缺欠类型，则按照第一预设极限拉伸应变公式确定所述极限拉伸应变值；
若所述目标管道环焊缝的欠缺类型为深埋缺欠类型，则按照第二预设极限拉伸应变公式确定所述极限拉伸应变值。
在一种可能的设计中，所述方法还包括：
获取目标管道对应的应力应变曲线的类型；
若所述应力应变曲线的类型为屈服平台类型，则按照第一预设极限压缩应变公式确定所述极限压缩应变值；
若所述应力应变曲线的类型为圆拱类型时，则按照第二预设极限压缩应变公式确定所述极限压缩应变值。
第二方面，本发明实施例提供一种一般连续地表位移作用下管道应变计算设备，包括：
信息获取模块，用于获取目标管道对应的地表位移监测数据，并根据所述地表位移监测数据确定地表位移函数；
所述信息获取模块，还用于获取所述目标管道的参数信息，并确定所述目标管道对应的土弹簧强度；
处理模块，用于基于有限元模型，根据所述地表位移函数、所述目标管道的参数信息、所述目标管道对应的土弹簧强度，得到所述目标管道对应的当前应变值；
所述处理模块，还用于根据所述当前应变值确定所述目标管道对应的运行状态。
在一种可能的设计中，所述处理模块还用于：
获取所述目标管道对应的极限拉伸应变值和所述目标管道对应的极限压缩应变值；
若所述当前应变值小于或等于所述极限拉伸应变值，且大于或等于所述极限压缩应变值，则确定所述目标管道对应的运行状态为正常运行；
若所述当前应变值大于所述极限拉伸应变值，或小于所述极限压缩应变值，则确定所述目标管道对应的运行状态为异常运行。
在一种可能的设计中，所述信息获取模块还用于：
基于预设三次样条差值算法，根据所述地表位移监测数据确定所述地表位移函数。
在一种可能的设计中，所述处理模块还用于：
对所述地表位移函数对应的地表位移曲线进行离散化，以得到多个目标地表位移点信息；
将所述目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和所述土弹簧强度分别输入至所述有限元模型以使所述有限元模型根据所述目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和所述土弹簧强度进行有限元分析，以获得所述目标管道对应的当前应变值。
在一种可能的设计中，所述处理模块还用于：
获取所述目标管道环焊缝的欠缺类型；
若所述目标管道环焊缝的欠缺类型为表面缺欠类型，则按照第一预设极限拉伸应变公式确定所述极限拉伸应变值；
若所述目标管道环焊缝的欠缺类型为深埋缺欠类型，则按照第二预设极限拉伸应变公式确定所述极限拉伸应变值。
在一种可能的设计中，所述处理模块还用于：
获取目标管道对应的应力应变曲线的类型；
若所述应力应变曲线的类型为屈服平台类型，则按照第一预设极限压缩应变公式确定所述极限压缩应变值；
若所述应力应变曲线的类型为圆拱类型时，则按照第二预设极限压缩应变公式确定所述极限压缩应变值。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法。
第五方面，本发明实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法。
本发明提供一种一般连续地表位移作用下管道应变计算方法，通过根据获取到的目标管道对应的地表位移监测数据，即根据采集到的目标管道所在地表的土壤的真实位移数据，确定与实际地表相匹配的地表位移函数，即得到真实的位移载荷，实现地表位移函数，即位移载荷的准确确定，并获取目标管道的参数信息、土弹簧参数，利用有限元模型、地表位移函数、目标管道的参数信息、土弹簧参数通过有限元计算确定目标管道对应的当前应变值，即确定目标管道当前应变情况，从而根据该当前应变情况确定确定目标管道的安全运行状况，即确定目标管道的运行状态，实现目标管道的运行状态的准确确定，保证确定的目标管道的运行状态的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法的场景示意图；
图2为本发明实施例提供的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法的流程示意图一；
图3为本发明实施例提供的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法的流程示意图二；
图4为本发明实施例提供的一般连续地表位移作用下管道应变计算设备的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
地质灾害能直接导致埋地管道产生较大的变形，引发管体破裂，从而造成管道内油气介质泄漏、管线停输。地质灾害根据土壤位移形式可以分为地表位移突变型地质灾害和地表位移连续型地质灾害。为了保证运输安全，需要评估地表位移连续型地质灾害对管道的安全状态的影响，即确定管道当前的运行状态。
目前，在确定管道的运行状态时，基于理论分析对地表位移进行预测，以确定地表位移函数，从而确定位移载荷，例如，连续性采空，关于采空沉陷的位移量主要是根据基于实测资料的经验方法、影响函数法、概率积分法等方法确定地表位移量；又例如侧向土壤扩展地质灾害，地表位移函数的确定主要是根据O’Rourke M J假设公式。在确定位移载荷后，将其作为位移边界条件输入至有限元模型中，以得到管道的应变分布情况，即得到管道的应变值，从而根据管道的应变值确定管道的运行状态。然而，由于是采用理论分析预测得到地表位移函数，导致位移载荷确定的准确率较低，从而导致确定的管道的运行状态的准确率较低。
因此，针对上述问题，本发明的技术构思是利用位移连续型地质灾害的地表位移监测数据，得到整条管道上方土壤位移量分布情况，即利用管道所在的地表的实际地表位移监测数据确定地表位移函数，从而确定出位移载荷，该位移载荷与实际土壤的位移载荷相符，保证确定的位移载荷的准确度。并针对地表位移连续型地质灾害，确定一种统一的管道应变计算方式，以实现管道应变的准确计算，从而实现管道的运行状态的准确确定。
下面以具体地示例对本公开的技术方案以及本公开的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的示例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些示例中不再赘述。下面将结合附图，对本公开的示例进行描述。
图1为本发明实施例提供的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法的场景示意图，如图1所示，电子设备101获取监测装置102采集的目标管道所在地表的地表位移监测数据，并利用该地表位移监测数据确定位移载荷，以供利用该位移载荷确定目标管道的运行状态，即确定目标管道是否在安全运行。
可选的，电子设备101可以是电脑、服务器等具有数据处理能力的设备。
可选的，监测装置102为土壤检测装置，其可以监测土壤的位移情况。进一步的，当监测装置102包括通信模块时，可以直接将其采集到的地表位移监测数据发送至电子设备101；当监测装置102包括通信模块时，可以将其采集到的地表位移监测数据保存至其内部的存储卡内，以由相关人员将存储卡内的地表位移监测数据导出至电子设备101。
图2为本发明实施例提供的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法的流程示意图一，本实施例的执行主体可以为图1所示的电子设备。如图2所示，该方法包括：
S201、获取目标管道对应的地表位移监测数据，并根据地表位移监测数据确定地表位移函数。
在本实施例中，获取由相关监测装置采集的该管道，即目标管道对应的土壤位移数据，即地表位移监测数据，并利用地表位移监测数据得到地表位移函数，以利用地表位移函数确定目标管道所在地表的土壤的位移载荷。
其中，地表位移监测数据包括土壤位移值，例如，横向位移值。
其中，目标管道对应的地表位移监测数据为目标管道穿越的地表区域内的地表位移监测数据。
S202、获取目标管道的参数信息，并确定目标管道对应的土弹簧强度。
在本实施例中，由于需要利用有限元方法，即有限元模型模拟管道在连续地表位移作用下的受力状态，从而确定出管道的应变值，因此，还需要获取目标管道的参数信息、土弹簧强度等信息，以使有限元模型可以利用该信息确定出管道的应变值。
可选的，参数信息包括管径、壁厚、弹性模量以及屈服应力、运行温度和运行压力。
其中，目标管道对应的土弹簧强度为描述目标管道与上方土壤相互作用关系的的土弹簧参数，即土弹簧刚度。
可选的，目标管道对应的应力应变曲线在目标管道出厂时，即在生产得到目标管道时，便可以确定，其是通过Ramberg-Osgood方程拟合得到的，其中，Ramberg-Osgood方程如下：
式中：ε为应变值，σ为应力值，MPa；E为弹性模量，取2.1×105MPa；σ0为屈服应力，α和N为Ramberg-Osgood的参数，N为非线性项的硬化参数，α为屈服偏移量；σs为管道屈服强度。
可选的，土弹簧刚度包括轴向土弹簧强度和水平方向侧向土弹簧强度。
其中，根据
确定轴向土弹簧强度。
其中，tu为轴向土弹簧强度，D为目标管道的管道直径、c为回填土的特征粘结强度、H为管道中心线的埋深，即管道埋深，即目标管道上方的覆盖土层厚度，γ为土壤的有效重量，fr为与管道土层界面相关的系数，φ为土壤的内摩擦角；
其中，根据以下公式确定水平方向侧向土弹簧强度，该公式为：
其中，C0～C4为与内摩擦角有关系数取值，与摩擦角有关，其是预设值。
在本实施例中，相关人员通过查找相关地质资料，确定目标管道穿越的地表区域的相关参数，即确定计算轴向、侧向土弹簧强度的参数，例如，土壤的有效重量，并将其输入至电子设备，以使电子设备确定土弹簧强度。
S203、基于有限元模型，根据地表位移函数、目标管道的参数信息、目标管道对应的土弹簧强度，得到目标管道对应的当前应变值。
在本实施例中，利用地表位移函数、目标管道的参数、土弹簧强度，通过有限元模型模拟目标管道在连续地表位移作用下的受力状态，并分析目标管道的整体应变情况，从而得到目标管道对应的当前应变值。
S204、根据当前应变值确定目标管道对应的运行状态。
在本实施例中，在确定目标管道在连续地表位移作用下的应变情况时，即在确定目标管道整体的当前应变值，基于该当前应变值确定目标管道对应的运行状态，即确定目标管道是否安全运行，实现管道的安全状态的评估。
在本实施例中，利用位移连续型地质灾害的地表位移监测数据，得到整条管道上方土壤位移量分布情况，即利用实际的土壤位移情况确定目标管道所在地表的地表位移函数，实现地表位移函数的准确确定，解决由于通过理论分析确定地表位移，导致预计的地表位移准确性不高的问题。
从上述描述可知，根据获取到的目标管道对应的地表位移监测数据，即根据采集到的目标管道所在地表的土壤的真实位移数据，确定与实际地表相匹配的地表位移函数，以得到真实的位移载荷，实现地表位移函数，即位移载荷的准确确定，并获取目标管道的参数信息、土弹簧强度，利用有限元模型、地表位移函数、目标管道的参数信息和土弹簧强度确定目标管道对应的当前应变值，即确定目标管道当前应变情况，从而根据该当前应变情况确定确定目标管道的安全运行状况，即确定目标管道的运行状态，实现目标管道的运行状态的准确确定，保证确定的目标管道的运行状态的准确度。
图3为本发明实施例提供的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法的流程示意图二，本实施例图2实施例的基础上，在根据目标管道对应的当前应变值确定目标管道的运行状态时，可以根据目标管道对应的极限压缩应变值和极限拉伸应变值进行确定，下面将结合一个具体实施例对此过程进行描述。如图3所示，该方法包括：
S301、获取目标管道对应的地表位移监测数据，并根据地表位移监测数据确定地表位移函数。
在本实施例中，在得到目标管道对应的地表位移监测数据后，基于预设三次样条差值算法，根据所述地表位移监测数据确定所述地表位移函数，即将地表位移监测数据进行三次样条插值，以得到地表位移函数。
S302、获取目标管道的参数信息以及目标管道对应的应力应变曲线，并确定目标管道对应的土弹簧强度。
S303、基于有限元模型，根据地表位移函数、目标管道的参数信息、目标管道对应的土弹簧强度，得到目标管道对应的当前应变值。
在本实施例中，对地表位移函数曲线进行离散化，以得到多个目标位移曲线点信息。将目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和土弹簧强度分别输入至有限元模型以使有限元模型根据目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和土弹簧强度进行有限元分析，以获得目标管道对应的当前应变值。
具体的，在得到地表位移函数后，需要从地表位移函数对应的地表位移曲线上选取数量为第一预设数量的坐标点，即多个位移曲线点，即按照预设间隔(例如，0.1m)，对地表位移函数对应的地表位移曲线进行离散化，以得到多个离散的坐标点，即位移曲线坐标点。从得到的多个离散的位移曲线坐标点中选取数量为第一预设数量的位移曲线坐标点，并将选取的位移曲线坐标点作为目标地表位移点，将目标地表位移点对应的坐标值确定为目标地表位移点信息。
其中，地表位移函数对应的地表位移曲线为根据地表位移函数绘制得到的曲线。
将离散化的目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和土弹簧强度分别输入至有限元模型，以使有限元模型利用目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和土弹簧参数进行有限元分析，即模拟目标管道的受力情况，并在模拟受力情况时，为消除边界影响并提高计算速度，分析管段两端各设置1100m管道，单元类型设置为梁单元，将距离分析段(左右各1000m)的管道，管道单元的长度取1m；分析段左右各100m管道单元的长度取0.2m，分析管段管道单元长度设置为0.1m。在提高计算速度的基础上，可以确定出目标管道的整体应变情况，即得到目标管道对应的当前应变值，并输出该当前应变值，以使电子设备可以成功获得目标管道对应的当前应变值。
其中，第一预设数量可以根据实际情况进行设置。
其中，对曲线进行离散化的过程为现有过程，在此，不对其进行赘述。
S304、获取目标管道对应的极限拉伸应变值和目标管道对应的极限压缩应变值。
在本实施例中，在确定目标管道对应的当前应变值后，获取该目标管道对应的极限拉伸应变值，以及极限压缩应变值。
其中，极限拉伸应变值表示目标管道所能承受的最大拉应变，即目标管道处于拉伸状态时，其所能承受的最大拉应变。极限压缩应变值表示目标管道所能承受的最大压应变，即目标管道在处于压缩状态时，其最大压应变。
在本实施例中，可选的，在确定目标管道对应的极限拉伸应变值时，根据目标管道环焊缝的欠缺类型进行确定，其具体过程包括：获取目标管道环焊缝的欠缺类型，即目标管道环焊缝的缺陷类型。若目标管道环焊缝的欠缺类型，即目标管道的类型为表面缺欠类型，则按照第一预设极限拉伸应变公式确定极限拉伸应变值。若目标管道环焊缝的欠缺类型，即目标管道的类型为深埋缺欠类型，则按照第二预设极限拉伸应变公式确定极限拉伸应变值。
具体的，当目标管道的环焊缝缺欠类型为表面缺欠类型时，则按照第一预设极限拉伸应变公式计算目标管道对应的极限拉伸应变值；当目标管道环焊缝的欠缺类型为深埋缺陷时，则按照第二预设极限拉伸应变公式计算目标管道对应的极限拉伸应变值。
可选的，第一预设极限拉伸应变公式为：
其中，
为极限拉伸应变，％；δT为表面韧性,0.1≤δT≤0.3，mm；λT为屈强比，0.7≤λT≤0.9；ad为表面缺陷的高度，mm，或内埋缺陷高度的一半(缺陷高度等于2ad)；cd为缺陷长度的一半(mm)；ξ为缺陷长度与壁厚比率，2cd/δ，1≤ξ≤10；η为缺陷高度与壁厚比率，ad/δ(表面缺陷时)或2ad/δ(深埋缺陷时)，η≤0.5。
可选的，第二预设极限拉伸应变公式为：
其中，ψ为缺陷深度与壁厚的比率，dd/δ；δ为管道壁厚(mm)，δ≤D/32。
在本实施例中，可选的，在确定目标管道对应的极限压缩应变值时，可以根据目标管道对应的应力应变曲线的类型进行确定，其具体过程为：获取目标管道对应的应力应变曲线的类型。若应力应变曲线的类型为屈服平台类型，则按照第一预设极限压缩应变公式确定极限压缩应变值。若应力应变曲线的类型为圆拱类型时，则按照第二预设极限压缩应变公式确定极限压缩应变值。
具体的，当应力应变曲线的类型为屈服平台类型时，表明应力应变曲线上存在屈服曲线段，则按照极限压缩应变公式和第一预设极限压缩应变公式计算目标管道对应的极限压缩应变值；当应力应变曲线的类型为圆拱类型时，表明应力应变曲线上不存在屈服平台，而存在圆拱型曲线段，则按照极限压缩应变公式和第二预设极限压缩应变公式计算目标管道对应的极限压缩应变值。
可选的，管段的极限压缩应变公式为：
第一预设极限压缩应变公式为：
其中，
为极限压缩应变值；εu为目标管道的均匀延伸率；εr为极限压缩应变的计算值；εL为屈服平台结束时的应变值；。
可选的，第二预设极限压缩应变公式包括以下公式：
FLD＝1
εr＝FDP·FYT·FGI·FNF
当fp＜fpc时，
当fp≥fpc时，
当fn＞0时，
当fn＜0时，
FNF＝1
其中，fp为目标管道对应的内部压力系数，0≤fp≤0.80；fpc为临界承压系数；P为管内压力；D为目标管道的直径，即外径；δ为目标管道的管道壁厚；σy目标管道的纵向屈服强度，0.70≤σy/σu≤0.96；σu为目标管道的纵向拉伸强度；hg为目标管道对应的表面波浪缺陷波峰至谷底的高度；σa为目标管道的圆截面上的纵向应力，σa/σy≤0.40。fn为轴向应力与屈服强度的比率；FLD为极限压缩应变的调整系数；FDP为内压调整系数；FYT为应变强化调整系数；FGI为几何尺寸调整系数；FNF为轴向力调整系数。
可选的，当无法获得目标管道对应的纵向拉伸强度σu时，可以根据目标管道的材质确定，例如目标管道为钢管，则将钢管的规定最小抗拉强度确定为目标管道对应的纵向拉伸强度。同理，当无法获得目标管道的纵向屈服强度σy时，可以根据目标管道的材质确定，例如目标管道为钢管，则将钢管的规定最小屈服强度确定为目标管道对应的纵向屈服强度。
当无法测得目标管道对应的表面波浪缺陷波峰至谷底的高度时，可取0.13％D和8％δ的二者中的较大值，并将其作为目标管道对应的表面波浪缺陷波峰至谷底的高度。当无法通过应力分析获得获得目标管道的圆截面上的纵向应力σa时，可设置为0。
可选的，目标管道环焊缝的欠缺类型以及应力应变曲线可以是电子设备检测确定的，也可以由相关人员直接输入的。
可以理解，在按照上述公式计算目标管道对应的极限拉伸应变值和极限压缩应变值时，用户可以直接将计算所需的参数输入至电子设备，以供电子设备进行计算。
另外，可选的，在确定目标管道对应的极限拉伸应变值和极限压缩应变值时，可以将用户输入的目标管道对应的最大应变值确定为极限拉伸应变值，将用户输入的目标管道对应的最小应变值确定为极限压缩应变值。
S305、若当前应变值小于或等于极限拉伸应变值，且大于或等于极限压缩应变值，则确定目标管道对应的运行状态为正常运行。
在本实施例中，将目标管道的当前应变值分别与目标管道对应的极限拉伸应变值和极限压缩应变值进行比较，当该当前应变值小于或等于极限拉伸应变值，且大于或等于极限压缩应变值时，即当该当前应变值处于极限压缩应变值到极限拉伸应变值这个范围内时，表明目标管道的当前应变值是正常的，即目标管道当前的应变情况是正常的，则确定目标管道对应的运行状态为正常运行，即目标管道在安全运行。
S306、若当前应变值大于极限拉伸应变值，或小于极限压缩应变值，则确定目标管道对应的运行状态为异常运行。
在本实施例中，当目标管道对应的当前应变值大于极限拉伸应变值，或小于极限压缩应变值，即当该当前应变值未处于极限压缩应变值到极限拉伸应变值这个范围内时，表明目标管道的当前应变值是异常的，即目标管道当前的应变情况是异常的，则确定目标管道对应的运行状态为异常运行，即目标管道未在安全运行，因此，需要相关人员对其进行检修，以保证其运输能源的安全性。
在本实施例中，针对实际监测位移数据，即土壤位移数据数量少、无规律的特点，采用三次样条插值方法将地表位移监测数据插值成为一条连续的曲线，以方便规律化取点，即确定目标地表位移点信息。
在本实施例中，根据目标管道环焊缝的欠缺类型，即目标管道环焊缝类型确定目标管道对应的极限拉伸应变值和极限压缩应变值。
在本实施例中，针对地表位移形式为连续型的地质灾害，即针对以连续型采空、部分滑坡为主的连续地表位移作用下埋地长输管道，通过有限元模型模拟管道变形情况，能够实现管道整体应变情况的监测，得到的应变结果与实际情况之间误差小，可以准确地准确出管道的应变值，从而可以确定管道是否在安全运行，进而在确定管道未在安全运行时，可以及时对其进行检修，避免出现由于管体破裂导致管道内油气介质泄漏、管线停输等问题。
在本实施例中，采用有限元软件模拟管道变化情况，能够实现管道整体应变情况的监测，得到的应变结果与实际情况之间误差小，实用性强，以计算机为辅助手段符合科技发展潮流，其准确的监测结果可以大幅管道运行的安全性。
下面通过一个具体的应用实例，即以X65钢制管道穿越走滑断层的公式拟合过程为例，对确定管道的运行状态的流程进行描述，其具体包括：
(1)管道参数：X65管材管道外径D为813mm，壁厚δ为16mm，埋深H为1.7m，运行内压，即管内压力P为4MPa；弹性模量207GPa，屈服强度459MPa；Ramberg-Osgood模型中参数n＝19.9，α＝1.288。表1为地表位移监测数据，由于几乎不产生横向位移，Z方向位移值均为0m。
表1某管段位移数据
回填土类型：松砂；管道与土壤接触面的类型：熔结环氧粉末；土壤类型：回填土为中密砂土；土壤容重γ：22kN/m3；摩擦角φ：35°；侧向土压系数K0：0.5。由土壤参数得到土弹簧参数如下：
表2土弹簧参数表
(2)将地表位移监测数据，即土壤位移数据进行三次样条插值得到地表位移函数，部分公式如下所示：
(3)通过公式计算得到管道极限拉伸应变、极限压缩应变分别为1.34％、-1.25％，参考管道通过活动断层是容许应变相关规定，拉伸应变承载系数取0.9，压缩应变承载系数取0.6，因此管道许用拉伸应变为1.2％，许用压缩应变为-0.75％。
(4)建立有限元模型，得到管道最大应变为0.0433％，最小应变为-0.059％，处于安全范围，即确定管道的运行状态为正常运行。
图4为本发明实施例提供的一般连续地表位移作用下管道应变计算设备的结构示意图，如图4所示，该一般连续地表位移作用下管道应变计算设备400包括：信息获取模块401和处理模块402。
其中，信息获取模块401，用于获取目标管道对应的地表位移监测数据，并根据地表位移监测数据确定地表位移函数。
信息获取模块401，还用于获取目标管道的参数信息，并确定目标管道对应的土弹簧强度。
处理模块402，用于基于有限元模型，根据地表位移函数、目标管道的参数信息、目标管道对应的土弹簧强度，得到目标管道对应的当前应变值。
处理模块402，还用于根据当前应变值确定目标管道对应的运行状态。
在一种可能的设计中，处理模块402还用于：
获取目标管道对应的极限拉伸应变值和目标管道对应的极限压缩应变值。
若当前应变值小于或等于极限拉伸应变值，且大于或等于极限压缩应变值，则确定目标管道对应的运行状态为正常运行。
若当前应变值大于极限拉伸应变值，或小于极限压缩应变值，则确定目标管道对应的运行状态为异常运行。
在一种可能的设计中，信息获取模块401还用于：
基于预设三次样条差值算法，根据地表位移监测数据确定地表位移函数。
在一种可能的设计中，处理模块402还用于：
对地表位移函数对应的地表位移曲线进行离散化，以得到多个目标地表位移点信息。
将目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和土弹簧强度分别输入至有限元模型以使有限元模型根据目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和土弹簧强度进行有限元分析，以获得目标管道对应的当前应变值。
在一种可能的设计中，处理模块402还用于：
获取目标管道环焊缝的欠缺类型。
若目标管道环焊缝的欠缺类型为表面缺欠类型，则按照第一预设极限拉伸应变公式确定极限拉伸应变值。
若目标管道环焊缝的欠缺类型为深埋缺欠类型，则按照第二预设极限拉伸应变公式确定极限拉伸应变值。
在一种可能的设计中，处理模块402还用于：
获取目标管道对应的应力应变曲线的类型。
若应力应变曲线的类型为屈服平台类型，则按照第一预设极限压缩应变公式确定极限压缩应变值。
若应力应变曲线的类型为圆拱类型时，则按照第二预设极限压缩应变公式确定极限压缩应变值。
本发明实施例提供的一般连续地表位移作用下管道应变计算设备，可以实现上述实施例的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图5为本发明实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。如图5所示，本实施例的电子设备500包括：处理器501以及存储器502；
其中，存储器502，用于存储计算机执行指令；
处理器501，用于执行存储器存储的计算机执行指令，以实现上述实施例中接收设备所执行的各个步骤。具体可以参见前述方法实施例中的相关描述。
可选地，存储器502既可以是独立的，也可以跟处理器501集成在一起。
当存储器502独立设置时，该电子设备还包括总线503，用于连接所述存储器502和处理器501。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上所述的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述模块成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能模块的形式实现的集成的模块，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。
应理解，上述处理器可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器，还可以为U盘、移动硬盘、只读存储器、磁盘或光盘等。
总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。
上述存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，简称：ASIC)中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于电子设备或主控设备中。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种一般连续地表位移作用下管道应变计算方法，其特征在于，包括：
获取目标管道对应的地表位移监测数据，并根据所述地表位移监测数据确定地表位移函数；
获取所述目标管道的参数信息，并确定所述目标管道对应的土弹簧强度；
基于有限元模型，根据所述地表位移函数、所述目标管道的参数信息、所述目标管道对应的土弹簧强度，得到所述目标管道对应的当前应变值；
根据所述当前应变值确定所述目标管道对应的运行状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前应变值确定所述目标管道对应的运行状态，包括：
获取所述目标管道对应的极限拉伸应变值和所述目标管道对应的极限压缩应变值；
若所述当前应变值小于或等于所述极限拉伸应变值，且大于或等于所述极限压缩应变值，则确定所述目标管道对应的运行状态为正常运行；
若所述当前应变值大于所述极限拉伸应变值，或小于所述极限压缩应变值，则确定所述目标管道对应的运行状态为异常运行。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述地表位移监测数据确定地表位移函数，包括：
基于预设三次样条差值算法，根据所述地表位移监测数据确定所述地表位移函数。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述基于有限元模型，根据所述地表位移函数、所述目标管道的参数信息、所述目标管道对应的土弹簧强度，得到所述目标管道对应的当前应变值，包括：
对所述地表位移函数对应的地表位移曲线进行离散化，以得到多个目标地表位移点信息；
将所述目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和所述土弹簧强度分别输入至所述有限元模型以使所述有限元模型根据所述目标地表位移点信息、目标管道的参数信息和所述土弹簧强度进行有限元分析，以获得所述目标管道对应的当前应变值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述目标管道环焊缝的欠缺类型；
若所述目标管道环焊缝的欠缺类型为表面缺欠类型，则按照第一预设极限拉伸应变公式确定所述极限拉伸应变值；
若所述目标管道环焊缝的欠缺类型为深埋缺欠类型，则按照第二预设极限拉伸应变公式确定所述极限拉伸应变值。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取目标管道对应的应力应变曲线的类型；
若所述应力应变曲线的类型为屈服平台类型，则按照第一预设极限压缩应变公式确定所述极限压缩应变值；
若所述应力应变曲线的类型为圆拱类型时，则按照第二预设极限压缩应变公式确定所述极限压缩应变值。
7.一种一般连续地表位移作用下管道应变计算设备，其特征在于，包括：
信息获取模块，用于获取目标管道对应的地表位移监测数据，并根据所述地表位移监测数据确定地表位移函数；
所述信息获取模块，还用于获取所述目标管道的参数信息，并确定所述目标管道对应的土弹簧强度；
处理模块，用于基于有限元模型，根据所述地表位移函数、所述目标管道的参数信息和所述目标管道对应的土弹簧强度，得到所述目标管道对应的当前应变值；
所述处理模块，还用于根据所述当前应变值确定所述目标管道对应的运行状态。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至6任一项所述的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如权利要求1至6任一项所述的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的一般连续地表位移作用下管道应变计算方法。
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