山嶺隧道與地下工程健康評價理論研究及應用.pdf

1、隨著我國交通基礎設施建設事業(yè)和城市規(guī)模擴大化的快速發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界上隧道和地下工程最多、最復雜、今后發(fā)展最快的國家。但是，我國的隧道與地下工程養(yǎng)護技術(shù)起步較晚，營運隧道的健康狀態(tài)不容樂觀。對于這類混凝土支護結(jié)構(gòu)的健康診斷目前還是主要依據(jù)監(jiān)測資料建立監(jiān)控模型等方法進行，雖然在實際工作中采用統(tǒng)計模型、確定性模型和混合型模型等取得了一定的成就，但是多數(shù)都是針對單個測點的數(shù)據(jù)進行處理，并且對于結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)的評價多以定性的描述或靜態(tài)的評價

2、結(jié)果作為判斷依據(jù)，系統(tǒng)性和全面性存在不足，對于該類建筑物日常維護與修繕的正確指導帶來困難。本文結(jié)合工程實例，從隧道營運狀態(tài)的健康指標全面性出發(fā)，提出了能夠基本正確反映隧道健康狀態(tài)的定量與定性相結(jié)合，最終以定量結(jié)果加以評價的指標體系，給出了相應指標的判定標準和權(quán)重，引入動態(tài)模糊評價理論，建立了隧道與地下工程健康狀態(tài)動態(tài)評價模型，最后通過室內(nèi)相似模型試驗的方法，驗證并修正了部分健康診斷指標判據(jù)，結(jié)合工程實例證明了本文提出的評價系統(tǒng)和評價模型

3、的正確性。本文主要取得的成果如下：
　　1.從隧道與地下工程健康綜合診斷的具體特點出發(fā)，結(jié)合實際工程需要，在制定診斷指標體系中診斷指標的原則基礎上，對于隧道與地下工程的支護與營運狀態(tài)下的各種破損形態(tài)和影響因素進行了充分的分析，最終遴選并確定了支護結(jié)構(gòu)裂縫、滲漏水、支護結(jié)構(gòu)材料劣化、支護結(jié)構(gòu)背后空洞、支護結(jié)構(gòu)變異和支護結(jié)構(gòu)起層、剝落共六個診斷指標以及各自的診斷子指標系統(tǒng)，構(gòu)成了較為完備的隧道與地下工程健康診斷指標系統(tǒng)。
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4、.結(jié)合各層診斷指標和最終診斷目標，從相應規(guī)范、已有方法、實踐經(jīng)驗、醫(yī)學上對健康的劃分等多方面因素考慮出發(fā)，對隧道與地下工程綜合診斷結(jié)構(gòu)體系中的健康評價集進行了設計，將隧道與地下工程的營運狀況共分為健康、亞健康、病害和病危四個等級。
　　3.在實際工程實踐中，各種定性或定量的判定指標標準都有其相對性，一般將判定標準與實際工程監(jiān)測和檢測的實際情況綜合利用來加以判別。本文結(jié)合國內(nèi)外工程實踐經(jīng)驗和規(guī)范等，給出了相應評判指標體系的判定標準。

5、
　　4.本文提出了隧道與地下工程“健康值”的概念，使不同層次及各層不同指標的評價具有統(tǒng)一的含義。較為深入的研究了定量和定性診斷指標進行初始數(shù)據(jù)標準化的方法，基本解決了由于隧道與地下工程綜合診斷結(jié)構(gòu)體系中的診斷指標在表述方法、取值范圍、度量方法和度量單位之間各不相同造成的同層診斷指標之間相互比較困難的問題。
　　5.根據(jù)隧道與地下工程健康狀態(tài)診斷指標體系中診斷指標權(quán)重的特點，通過對已有權(quán)重方法的對比研究，采用乘積標度法確定了

6、指標層指標的標度權(quán)重，并綜合運用乘積標度法和模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡的方法分別確定了六個準則層的標度權(quán)重。同時基于最優(yōu)化原則，采用融合權(quán)重的方法最終確定了準則層的標度權(quán)重，有效避免了單一權(quán)重賦值方法的人為性誤差，為后面的評判奠定了基礎。
　　6.針對一般模糊綜合評價時把評價指標作為常量進行評價，而很少考慮評價對象的特征值隨時間而變化的情況的特點，提出了隧道與地下工程動態(tài)模糊綜合評價法。提出了可變模糊集理論、相對差異函數(shù)模型、模糊可變評價模

7、型。構(gòu)造了動態(tài)模糊綜合評價法中的隸屬函數(shù)，并結(jié)合實際物理意義，構(gòu)造了吸引(為主)矩陣、范圍域矩陣和點值矩陣。
　　7.結(jié)合重慶市”八一”和“向陽”隧道工程實例，研究了動態(tài)模糊綜合評價方法在隧道與地下工程支護結(jié)構(gòu)健康綜合診斷中的應用，實現(xiàn)了對隧道與地下工程支護結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的動態(tài)量化綜合評價，結(jié)果表明，計算結(jié)果對于評判隧道與地下工程支護結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)更具穩(wěn)定性，有利于該類工程的合理判斷與分期、分批治理研究。
　　8.采用室內(nèi)相似

8、模型試驗，結(jié)合實際工程實例，分別研究了隧道支護結(jié)構(gòu)襯砌減薄、拱頂支護襯砌背后空洞與相關(guān)組合狀態(tài)下，在豎直應力作用下圍巖與支護結(jié)構(gòu)破壞規(guī)律與極限承載能力，得出了隧道支護結(jié)構(gòu)在相應的結(jié)構(gòu)狀態(tài)下健康狀態(tài)的階段判據(jù)。判據(jù)承載力曲線呈現(xiàn)明顯的“S”型或反“S”型，可以劃分為承載力緩慢褪化階段、快速褪化階段和褪化完成階段，相對應的階段可以劃分為隧道結(jié)構(gòu)的健康等級與級別，為隧道支護結(jié)構(gòu)的健康判斷提供了判斷依據(jù)與方法。結(jié)果表明，采用試驗方法得到的結(jié)構(gòu)健