(19)中华 人民共和国 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 202111638493.8 (22)申请日 2021.12.2 9 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 武汉大学 (72)发明人 杜文琪　赵荣恒　李典庆　曹子君　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 代理人 罗敏清 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 113/14(2020.01)G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 基于蒙特卡洛模拟的城市供水管网地震损 伤评估方法 (57)摘要 本发明提供一种基于蒙特卡洛模拟的城市 供水管网地震损伤评估方法， 包括以下步骤： 1、 将研究区域网格化； 2、 生成由不同网格尺 寸离散 化的研究区域所对应的空间相关的峰值地面速 度分布图； 3、 评估每个峰值地面速度分布图上管 网中每条管道的地震破坏概率； 4、 使用蒙特卡洛 方法模拟管网在每个峰值地面速度分布 图上的 破坏情景； 5、 统计破坏指标， 分析确定推荐网格 尺寸； 6、 计算适用于待评估管网的推荐网格尺 寸， 并生成研究区域在推荐网格尺 寸下的峰值地 面速度分布图； 7、 使用蒙特卡洛模拟管网的地震 损伤状态， 统计分析管网损伤指标。 本发明可用 于任意尺度城市供水管网地震损伤的可靠高效 评估， 显著提升 计算效率。 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 CN 114329974 A 2022.04.12 CN 114329974 A 1.一种基于蒙特卡洛模拟的城市供水管网地震损伤评估方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤1， 使用不同的网格尺寸将研究区域网格化； 步骤2， 利用地震动预测方程和空间相关模型， 生成由不同网格尺寸离散化的研究区域 所对应的空间相关的峰值 地面速度分布图； 步骤3， 利用管道地震易损性函数， 评估每个峰值地面速度分布图上管网中每条管道的 地震破坏概 率； 步骤4， 使用蒙特卡洛方法模拟管网在每 个峰值地面速度分布图上的破坏 情景； 步骤5， 统计每个破坏情景下的破坏指标， 分析确定推荐网格尺寸， 并将其转化为推荐 比率； 其中， 推荐网格尺寸的面积与研究区域的面积的比值 为推荐比率； 步骤6， 使用推荐比率和管网覆盖面积计算适用于待评估管网的推荐网格尺寸， 并生成 研究区域在推荐网格尺寸下的峰值 地面速度分布图； 步骤7， 根据峰值地面速度分布图和管道易损性函数， 使用蒙特卡洛模拟管网的地震损 伤状态， 并统计分析 管网损伤指标。 2.如权利要求1中所述基于蒙特卡洛模拟 的城市供水管网地震损伤评估方法， 其特征 在于： 步骤2中， 生产的空间相关的峰值 地面速度分布图， 具体如下： 对于一个地震事 件i， 在站点j的峰值 地面速度按下式计算： 式中， Yij是峰值地面速度自然对数下 的估计值； 是峰值地面速度自然对数下 的估计 中值； ηi是地震事 件间的残差； εij是地震事 件内的残差； 其中， 对于同一个地震来说， 事件间的残差ηi是一个固定值； 而峰值地面速度中值的估 算的计算公式为： 式中， fmag为震级项； fdis为站点到震源的距离项； fflt为断层类型项； fhng为地震上盘项； fsite为浅层场地反应项； fsed为沉积土层项； 以上六个分项通过地震事件的参数并根据相应 的公式计算得到 。 3.如权利要求2中所述基于蒙特卡洛模拟 的城市供水管网地震损伤评估方法， 其特征 在于： 事件内的残差服从均值为0的正态分布， 求得事件内残差的不同站点之间的相关矩 阵， 即产生空间相关的事 件内残差， 归一 化事件内残差的空间相关矩阵的计算公式为： 式中， R为相关矩 阵； VS30为地表30m土层内的平均剪切波速； P0和K是系数矩 阵； 为 VS30的相关范围， km； h为站点间的距离； 根据相关矩阵R， 利用正态分布产生空间相关分布的事件间残差， 进而由公式(1)得到 空间相关 分布的峰值 地面速度。 4.如权利要求1中所述基于蒙特卡洛模拟 的城市供水管网地震损伤评估方法， 其特征 在于： 步骤3中包括以下子步骤：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114329974 A 23.1计算管道对应的峰值 地面速度的分配， 具体方法为： (1)确定影响网格， 影响网格为管道穿越的网格； (2)根据距离加权计算管道对应的峰值 地面速度， 计算公式为： 式中， Li为影响网格i的中心点到管道质心点的距离， m； xi和yi为影响网格i中心点的坐 标； xc和yc为管道质心点的坐标； wi为影响网格i对应的峰值地面速度在管道峰值地面速度 分配中的权重； gsmin为最小的网格尺寸， m； PGVp为管道分配的峰值地面速度， cm/s； PGVi为影 响网格i的峰值 地面速度， cm/s； 3.2管道破坏概 率的估算， 管道地震易损性公式计算管道的维修 率： RR＝0.00242×k1×(PGV)；          (7) 式中， RR为管道维修率， 处/km； k1为修正系数， 考虑管材、 接头类型、 土壤条件和管径等 因素的影响； K1为管道对应的峰值 地面速度； 假设管道的地震破坏服从泊松分布， 则有 P(x＝0)＝e‑RR×L；          (9) Pdmg＝1‑e‑RR×L；           (10) 式中， k为一条管道上发生破损点的数目， 处； λ为管道发生破损点的均值， 处； e为自然 对数的底数； R R为管道维修 率， 处/km； L 为管道的长度， km； Pdmg为管道破坏的概 率； 根据以上 方法计算每 个峰值地面速度分布图上的每一条 管道的破坏概 率。 5.如权利要求1中所述基于蒙特卡洛模拟 的城市供水管网地震损伤评估方法， 其特征 在于： 步骤4的具体方法如下： 假设管网中由N条管道， 则对应有N个破坏概率； 随机生成N个 [0， 1]之间的随机数， 并将其分别与对应的N个破坏概率比较； 如果相应的随机数大于破坏 概率， 则认 为该管道没有破坏； 反之， 则认为该管道破坏； 完成所有 管道的比较之后， 即获得 管网中破坏的管道数目及其在管网中的位置， 得到某幅峰值地面速度分布图对应的管网破 坏情景。 6.如权利要求5中所述基于蒙特卡洛模拟 的城市供水管网地震损伤评估方法， 其特征 在于： 进行 大量蒙特卡洛模拟以获得 稳定的管网地震破坏 情况。 7.如权利要求1中所述基于蒙特卡洛模拟 的城市供水管网地震损伤评估方法， 其特征 在于： 步骤5中， 统计每次模拟的破坏情景下发生破坏的管道数目， 即破损管道数， 并计算所 有分布图、 所有蒙特卡洛模拟对应的破损管道数的均值、 标准差或变异系数， 作为评估管网 地震损伤程度的指标； 然后， 绘制破损管道数均值随网格尺寸变化趋势图、 破损管道数标准差随网格尺寸变权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114329974 A 3