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基于粗糙集和灰色模糊理论的公路隧道结构病害评价方法及应用研究

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 运营隧道结构健康综合评价的研究现状

1.2.1 隧道病害检测方法研究现状

1.2.2 隧道病害成因分析研究现状

1.2.3 隧道结构健康评价方法研究现状

1.3 主要研究内容和技术路线

第2章 运营隧道健康等级划分与评价指标体系

2.1运营隧道健康等级划分

2.1.1 三级划分法

2.1.2 四级划分法

2.1.3 五级划分法

2.1.4 十级划分法

2.2运营隧道健康综合评价指标体系

2.2.1 综合评价指标遴选原则

2.2.2 运营隧道健康状态综合评价指标的选取

2.2.3 隧道结构健康状态综合评价指标体系

2.3本章小结

第3章 评价指标体系健康分级标准

3.1衬砌裂缝健康分级标准

3.1.1 衬砌裂缝长度和宽度的健康分级标准

3.1.2 衬砌裂缝深度的健康分级标准

3.2运营隧道渗漏水的健康分级标准

3.2.1 渗漏水状态的健康分级标准

3.2.2 渗漏水PH值的健康分级标准

3.2.3 渗漏水冻害的健康分级标准

3.3运营隧道衬砌材质劣化的健康分级标准

3.3.1 衬砌强度的健康分级标准

3.3.2 衬砌厚度的健康分级标准

3.3.3 钢筋腐蚀的健康分级标准

3.4运营隧道衬砌背后空洞的健康分级标准

3.5运营隧道衬砌净空变形的健康分级标准

3.5.1 衬砌变形量的健康分级标准

3.5.2 衬砌变形速率的健康分级标准

3.6运营隧道衬砌起层剥落的健康分级标准

3.6.1 衬砌掉落可能性的健康分级标准

3.6.2 衬砌剥落区域直径与深度的健康分级标准

3.7本章小结

第4章 指标权重与隶属度矩阵的确定

4.1隶属度计算的基本原理

4.1.1 模糊性与模糊概念的定义

4.1.2 相对隶属度与相对隶属函数的定义

4.2常用的隶属度函数

4.3基于柯西分布求解隶属度评价矩阵

4.4指标权重因子的常用计算方法

4.4.1 层次分析法

4.4.2 熵值法

4.5 粗糙集法求解权重向量

4.5.1 粗糙集理论相关概念

4.5.2 粗糙集法计算权重的步骤

4.6 本章小结

第5章 灰色-模糊综合评价模型的建立

5.1 模糊综合评价模型

5.1.1 一级模糊综合评价

5.1.2 多级模糊综合评价

5.2 灰色关联分析

5.3 基于灰色-模糊模型的隧道结构健康度综合评价

5.3.1 确定因素集

5.3.2 建立评价集

5.3.3 构建模糊关系矩阵

5.3.4 构建灰色关联的隶属度矩阵

5.3.5 灰色-模糊评价

5.3.6 评价结果处理

5.3.7 极端工况条件下的健康评价

5.4隧道结构健康度评价实例

5.4.1 在柯西分布函数下求模糊综合矩阵(隶属度矩阵)

5.4.2 计算基于灰色关联度的改进隶属度矩阵

5.4.3 一级灰色-模糊综合评价

5.4.4 二级灰色-模糊综合评价

5.5本章小结

结论与展望

结论

展望

致 谢

参考文献

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摘要

我国是目前拥有隧道量最多,在建隧道速度最快的国家。随着“一带一路”政策的实施,隧道工程的大规模建设在可预期的未来将会继续持续。隧道工程由于其运营时间长,所处环境较为恶劣,故大规模发展隧道工程带来的隧道结构病害问题也尤为严重。如何判断隧道结构的健康状况并进行相应的修复成为隧道运营期间最重要的工作。 当前行业内并没有标准的隧道结构健康度评价方法,多数方法仍借助经验以及定性分析给出评价结果。本文重点研究基于粗糙集和灰色-模糊理论的隧道结构健康状况评价模型,定量给出运营隧道健康评价值,以供隧道维修部门参考。本文主要内容如下: (1)分析了国内外关于运营隧道健康等级划分的几种主流标准以及适用环境,最终选用《公路隧道养护技术规范》中的规定,将运营隧道结构健康状况等级划分为四级,从而构建了综合评价模型中的评价集V; (2)依据多级模糊综合评价的指标选取原则,构建综合评价模型中的因素集U。为此,本文确定了六项主要隧道病害指标。这些指标包括:衬砌裂缝、渗漏水、衬砌材质劣化、衬砌背后空洞、衬砌净空变形、衬砌起层剥落。为了进一步细化评价程度,本文为每一个上述指标确定了具体的子指标。本文引入粗糙集理论的概念,基于正域约简的方法计算了各指标的客观权重,基于此确立了客观的隧道健康评价指标体系; (3)参考国内外相关标准,对每一个子指标给出四级健康度划分标准,从而将综合评价指标体系四级化,与评价集V中的总健康度逐级对应。利用柯西分布给出每个子指标的健康度隶属函数,构造出模糊综合评价矩阵; (4)阐述灰色理论相关内容,利用灰色关联系数法改造模糊综合评价矩阵,计算灰色关联度替代模糊矩阵中的隶属度,将指标层之间的横向相关性白化处理,构建灰色-模糊综合评价矩阵,借助粗糙集理论得到的多级权重分配向量,计算得到运营隧道健康状态向量,单值化后确定其健康分级结果。本文将该灰色-模糊综合评价模型应用于工程实例中,验证了模型的可行性。

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