【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道结构安全评估领域，具体涉及一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法。
技术介绍
1、随着国民经济的进一步发展，隧道交通设施建设飞速发展，铁路桥梁、隧道占比逐渐增大。然而随着时间的推移，铁路隧道在几十年甚至上百年的运营周期里，隧道的结构安全将会受到外界环境条件和其它不确定因素的影响，使隧道产生各种各样的病害，结构的耐久性不断下降，直至影响其使用的安全性和功能性；因此，如何综合、全面的评价运营期间铁路隧道的安全显得十分必要。
2、目前关于隧道安全综合评价方法主要有以下几种：①层次分析法：层次分析法是将需要解决的问题分为层次，将其进行计算和比较，从而得到相对重要程度；缺点是其主观性强，需要进行一致性检验。②模糊综合评价法：模糊综合评价法建立于模糊数学的基础上，通过模糊算子作用于各因素权重向量和隶属度矩阵得出安全评估向量，是一种对于多因素多层次复杂问题进行判断比较好的方法，缺点是隶属函数的确定具有主观性，权重确定具有主观性。③专家会议法：专家会议法是通过专家的经验进行判断的一种方法，专业性强，针对问题研究对象的要求较小，缺点是主观随意性较强，分析问题不能量化，模糊信息较多。④贝叶斯算法：贝叶斯算法是对多个传感器数据进行融合从而有效获得先验概率，多传感器融合，具有系统性，缺点是传感器进行数据信息采集必须相互独立。⑤神经网络方法：神经网络方法依靠以往经验数据对问题精选预测评价，其学习能力强，缺点是数据库要庞大，很难处理模糊信息。⑥线性回归算法：线性回归算法是解决几个变量之间相互伴随关系，其训练速度和预测速度较
3、综上，现有的评估方法主要存在以下问题：定性的评估方法，要依靠评估人员的知识、经验、观察、了解和变化的规律，具有很强的主观意识，评估的准确度不高；量化的评估方法，依据统计与检测数据、类似体系数据，采用科学的方法建立数学模型，对其进行量化评估，但必须有足够的数据支持。模糊综合评判是一种定性和定量相结合的评估方法，可以弥补二者的不足。
4、基于此，提供一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法具有重要意义。
技术实现思路
1、针对现有技术中的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，对隧道安全进行全面评估，可以实时获取隧道的安全状况，并对监测结果进行反馈，该评价能全面反映各因素的影响，与工程实际相吻合，评估结论清晰准确。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案得以实现的。
3、一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，包括以下步骤：
4、s1.构建隧道结构稳定性安全评价指标体系，包括目标层、准则层和指标层；所述目标层为铁路隧道结构稳定性，所述准则层包括工程地质条件、结构体缺陷、结构受力和其它因素；
5、s2.根据现有的安全等级划分方法、相关规范以及隧道受力和变形控制标准确定评价指标的分级标准；
6、s3.基于层次分析法，获取准则层和指标层中各单项评价指标的权重，对其进行一致性检验；
7、s4.根据划分的等级，利用高斯分布型和梯形分布型模式，建立各个影响因素的隶属函数；
8、s5.将现场监测值带入隶属函数得出各影响因素的模糊关系矩阵，通过二级模糊综合评价方法对指标体系进行等级评价，获得评价等级。
9、本专利技术中，步骤s1中，所述指标层包括岩石质量指标、渗漏水、围岩完整度、断层破碎带、围岩强度特征、地应力系数、衬砌厚度缺陷部位、衬砌有效厚度比、混凝土强度、衬砌钢筋缺陷部位、弯矩、轴力、施工设计水平、地震设防烈度、使用年限。
10、本专利技术中，步骤s2中，所述铁路隧道结构稳定性的分级标准如下：等级ⅰ：结构安全，没有损坏或很小的裂纹；等级ⅱ：结构基本安全，结构有断裂或小裂纹，应该加强监控；等级ⅲ：建筑物的安全隐患很大，且有大量的裂纹，必须进行修复；等级ⅳ：该工程的结构失稳，结构有较大的损坏，需要进行维修。
11、本专利技术中，步骤s3中，准则层各项评价指标的权重如下：工程地质条件、结构体缺陷、结构受力、其它因素的权重之比wa＝(0.086036，0.23945，0.521513，0.152997)t；
12、指标层各项评价指标的权重如下：
13、工程地质条件中，岩石质量指标、渗漏水、围岩完整度、断层破碎带、围岩强度特征、地应力系数的权重之比wb＝(0.1468，0.0811，0.0811，0.2671，0.1468，0.2671)t；
14、结构体缺陷中，衬砌厚度缺陷部位、衬砌有效厚度比、混凝土强度、衬砌钢筋缺陷部位的权重之比wc＝(0.17697，0.56649，0.07099，0.18554)t；
15、结构受力中，弯矩、轴力的权重之比wd＝(0.83333，0.16666)t；
16、其它因素中，施工设计水平、地震设防烈度、使用年限的权重之比we＝(0.2，0.4，0.07099，0.4)t。
17、本专利技术中，步骤s3中基于层次分析法和“1-9标度法”获取准则层和指标层中各单项评价指标的权重的具体方法如下：
18、s31.构造判断矩阵：利用1-9比例标度法，分别对每一层次评价指标的相对重要性进行定性描述，并用准确的数字进行量化表示；假定因素i与因素j比较的标度为cij，则因素j与因素i比较的标度为1/cij，从而得到判断矩阵c：
19、
20、s32.对矩阵c每个列向量进行归一化，然后按行求和，再进行归一化得到各评价指标的权重w：
21、对矩阵c每个列向量进行归一化的公式为：
22、
23、对按行求和的公式为：
24、
25、对进行归一化的公式为：
26、
27、s33.对权重的合理性进行一致性检验：
28、
29、
30、
31、式中，ri为随机平均一致性指标，ci为一致性指标，λmax为矩阵c的最大特征根，w为对应特征向量；cr<0.1时，判定矩阵符合“满意一致性”的条件，cr>0.1时，需要对判定矩阵进行相应调整。
32、本专利技术中，步骤s4中，高斯分布会发生偏小型、偏大型和中间型三种分布形式，三种分布函数如下：
33、①偏小型函数为：
34、②偏大型函数为：
35、③中间型函数为：
36、梯形分布会发生偏小型、偏大型和中间型三种分布形式，三种分布函数如下：
37、①偏小型函数为：
38、②偏大型函数为：
39、③中间型函数为：
40、本专利技术中，步骤s5中，基于二级模糊综合评判获得的评价等级，依据最大隶属度原则，确定铁路隧道的安全状况等级。
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1.一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，其特征在于，步骤S1中，所述指标层包括岩石质量指标、渗漏水、围岩完整度、断层破碎带、围岩强度特征、地应力系数、衬砌厚度缺陷部位、衬砌有效厚度比、混凝土强度、衬砌钢筋缺陷部位、弯矩、轴力、施工设计水平、地震设防烈度、使用年限。
3.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，其特征在于，步骤S2中，所述铁路隧道结构稳定性的分级标准如下：等级Ⅰ：结构安全，没有损坏或很小的裂纹；等级Ⅱ：结构基本安全，结构有断裂或小裂纹，应该加强监控；等级Ⅲ：建筑物的安全隐患很大，且有大量的裂纹，必须进行修复；等级Ⅳ：该工程的结构失稳，结构有较大的损坏，需要进行维修。
4.根据权利要求2所述的一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，其特征在于，步骤S3中，准则层各项评价指标的权重如下：工程地质条件、结构体缺陷、结构受力、其它因素的权重之比Wa＝(0.086036，0.23945，0.521513，0.1
5.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，其特征在于，步骤S3中基于层次分析法和“1-9标度法”获取准则层和指标层中各单项评价指标的权重的具体方法如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，其特征在于，步骤S4中，基于二级模糊综合评判获得的评价等级，依据最大隶属度原则，确定铁路隧道的安全状况等级。
7.根据权利要求2所述的一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，其特征在于，所述弯矩包括围岩受压区弯矩和围岩受拉区弯矩，所述轴力包括围岩受压区轴力和围岩受拉区轴力。
...【技术特征摘要】
1.一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，其特征在于，步骤s1中，所述指标层包括岩石质量指标、渗漏水、围岩完整度、断层破碎带、围岩强度特征、地应力系数、衬砌厚度缺陷部位、衬砌有效厚度比、混凝土强度、衬砌钢筋缺陷部位、弯矩、轴力、施工设计水平、地震设防烈度、使用年限。
3.根据权利要求1所述的一种基于模糊理论的铁路隧道结构安全评估方法，其特征在于，步骤s2中，所述铁路隧道结构稳定性的分级标准如下：等级ⅰ：结构安全，没有损坏或很小的裂纹；等级ⅱ：结构基本安全，结构有断裂或小裂纹，应该加强监控；等级ⅲ：建筑物的安全隐患很大，且有大量的裂纹，必须进行修复；等级ⅳ：该工程的结构失稳，结构有较大的损坏，需要进行维修。
4.根据权利要求2所述的一种基于模糊...
【专利技术属性】
技术研发人员：李艳凤，王凤池，赵吉鹤，杨福刚，李志，刘健，侯雯峪，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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