一种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法技术

本发明专利技术提供一种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法


[0001]本专利技术属于隧道结构健康诊断领域，具体涉及一种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法
。

技术介绍

[0002]公路
、
铁路
、
地铁等领域隧道数量以及总里程增速逐年递增，隧道形式的多样性，地形的复杂程度，也导致隧道养护遇到诸多困难
。
受设计
、
施工
、
环境
、
运营和维护等因素的影响，隧道衬砌结构不可避免地产生结构病害
。
其中衬砌开裂是最为常见的病害形式，隧道衬砌出现裂缝会引发衬砌结构耐久性问题，进而影响隧道功能的正常使用，造成结构安全危害，严重影响行车安全，致使隧道封闭甚至坍塌
。
[0003]通常造成隧道裂缝病害的原因并不唯一，它是多因素作用下的系统性的病害，堪称衬砌结构的“疑难杂症”，在诊断和预测上存在诸多难点
。
诊断是指对于诱发衬砌裂缝继续发展或劣化的因素做出重要性评价和排序；预测是指在结合多源因素的前提下对于未来的衬砌裂缝病害的损伤程度发展做出判断
。
现有的多数诊断方法仅考虑单一因素，没有全面地考虑影响隧道衬砌病害的多种关键影响因素，对于病害的诊断受到极大的限制，因此也无法进一步针对现场实际情况提出准确的隧道衬砌病害预测方法
。
[0004]造成隧道衬砌开裂的影响因素众多，不确定性和主观性较大，养护与维修若想要及时且能有针对性，亟需一种对各类影响因素重要性大小进行诊断的方法，有效估计不同因素在所造成的风险中所占的比重，真正做到探明病因，找到病灶，而不是单纯依靠人工主观判断；若从单一的指标和因素去判断结构的安全性，会出现判断结果较片面无法反映一些潜在不利因素的问题从而进一步加大隧道的安全风险，需要一种可以融合多方面多来源数据的衬砌裂缝诊断与预测方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法，实现隧道衬砌裂缝的诊断与预测
。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法，包括以下步骤：
[0008]S1
建立递阶结构的隧道衬砌裂缝损伤程度综合评价体系；
[0009]S2
基于裂缝损伤综合评价体系和影响因素向量建立隧道衬砌裂缝损伤累积模型；
[0010]S3
建立基于蒙特卡洛马尔科夫链方法的参数迭代估计模型，得到参数估计结果；
[0011]S4
基于损伤累积模型和参数估计结果得到隧道衬砌裂缝病害诊断与预测模型，对隧道衬砌裂缝病害进行诊断和预测
。
[0012]进一步的，所述综合评价体系包括：指标层，准则层，目标层；所述指标层包括：裂缝长度
、
裂缝宽度
、
裂缝深度
、
裂缝数量；所述准则层包括：裂缝几何形态
、
裂缝密度状况；所述目标层包括隧道衬砌裂缝损伤综合评价值
。
[0013]进一步的，所述得到裂缝损伤综合评价值的方法具体为：
[0014]基于层次分析
‑
可变模糊理论方法，结合工程经验与实际的隧道衬砌裂缝检测方法得到的多源数据，选择包括几何形态和裂缝密度的准则层以及衬砌裂缝长度
、
裂缝宽度
、
裂缝深度指标层指标，建立递阶结构的隧道衬砌裂缝损伤综合评价体系，通过计算权重和隶属度，计算衬砌区段的裂缝损伤综合评价值
。
[0015]进一步的，所述裂缝损伤综合评价值包括：健康
、
亚健康
、
病害
、
病危四种损伤等级
。
[0016]进一步的，所述
S2
具体为：基于传统的比例风险模型和生存分析方法，考虑各种潜在影响因素的影响，建立关于裂缝损伤综合评价值和影响因素向量的数学关系，即损伤累积模型
。
[0017]进一步的，所述损伤累积模型为：
[0018][0019]式中，
D
为裂缝损伤综合评价值，
α
、
β
为威布尔分布中的尺度参数和形状参数，
X
＝
(x0,x1,x2,...,x
k
)
T
为协变量向量，有
k+1
个变量，
A
，
B
为协变量的系数向量，与之对应分别有
k+1
个系数
。
[0020]进一步的，所述
S3
具体为：
[0021]结合工程案例的检测数据，初步筛选出影响隧道衬砌裂缝病害的潜在影响因素，然后对多种潜在影响因素数值进行统计，对该隧道所有区段样本进行单变量因素分析，考察裂缝病害严重程度与各潜在影响因素之间的显著性关系，在此基础上再进行数据归一化预处理；以裂缝损伤综合评价值作为因变量，以包括时间在内的多源影响因素作为自变量，反向求解各变量的参数分布情况
。
[0022]本专利技术的技术效果：
[0023]本专利技术提供的种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法一方面可以通过对裂缝病害影响因素的权重进行排序，以实现裂缝病害的病因诊断；另一方面对在不同变量组合的条件下损伤随时间变化的发展进行预测，计算裂缝病害在未来的发展情况和风险
。
附图说明
[0024]附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所专利技术的实施例进行说明
。
在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分
。
这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例
。
[0025]图1示出了本专利技术的方法整体流程示意图；
[0026]图2示出了本专利技术的衬砌裂缝损伤综合评价值的贝叶斯网络示意图
。
具体实施方式
[0027]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合
。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请
。
[0028]本专利技术提供了一种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法，具体包括以下步骤：
[0029](1)
首先建立呈金字塔形的衬砌裂缝损伤指标评价体系层次结构：第一层是目标层，该体系只有一个目标对象，即衬砌裂缝损伤综合评价结果，用
A
表示；第二层设置为准则层，由直接体现衬砌裂缝开展情况的特征组成，包括几何形态和密度状况两个方面，分别用
B1和
B2表示，两者集合为准则层因素集；第三层是指标层，由与准则层特征有关的因素组成：几何形态包括裂缝的长宽深，用
C1、C2、C3表示；密度状况仅裂缝数量一项指标，用
C4表示
。
[0030]在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
建立递阶结构的隧道衬砌裂缝损伤程度综合评价体系；
S2
基于裂缝损伤程度综合评价体系和影响因素向量建立隧道衬砌裂缝损伤累积模型；
S3
建立基于蒙特卡洛马尔科夫链方法的参数迭代估计模型，得到参数估计结果；
S4
基于损伤累积模型和参数估计结果得到隧道衬砌裂缝病害诊断与预测模型，对隧道衬砌裂缝病害进行诊断和预测
。2.
根据权利要求1所述的一种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法，其特征在于，所述综合评价体系包括：指标层，准则层，目标层；所述指标层包括：裂缝长度
、
裂缝宽度
、
裂缝深度
、
裂缝数量；所述准则层包括：裂缝几何形态
、
裂缝密度状况；所述目标层包括隧道衬砌裂缝损伤综合评价值
。3.
根据权利要求1所述的一种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法，其特征在于，所述得到裂缝损伤综合评价值的方法具体为：基于层次分析
‑
可变模糊理论方法，结合工程经验与实际的隧道衬砌裂缝检测方法得到的多源数据，选择包括几何形态和裂缝密度的准则层以及衬砌裂缝长度
、
裂缝宽度
、
裂缝深度指标层指标，建立递阶结构的隧道衬砌裂缝损伤综合评价体系，通过计算权重和隶属度，计算衬砌区段的裂缝损伤综合评价值
。4.
根据权利要求3所述的一种隧道衬砌裂缝诊断与预测方法，其特征在于，所述裂缝损伤综合评价值包括：健...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷卫东，吴秉臻，陈旭霖，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：