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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1、国内图书分类号：U25密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文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年级2015级姓名石峰申请学位级别工学硕士专业桥梁与隧道工程指导老师漆泰岳教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U25U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisResearchoftheevaluationmethodandpracticalapplicationforhighwaytunnelstructure

2、diseasebasedonroughsetandgreyfuzzytheoryGrade:2015Candidate:ShiFengAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:BridgeandTunnelEngineeringSupervisor:Prof.QiTaiyueMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页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

3、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

4、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

5、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。关键词：公路隧道结构健康；灰色关联系数法；多级模糊评价；粗糙集理论；正域约简西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractThroughoutt

6、heworld,Chinahasthelargestquantityoftunnelsandthefastestspeedoftunnelconstruction.WiththepromotionoftheBeltandRoadInitiative,tunnelengineeringhasgraduallybecomeabridgeconnectingourcountryandtheworld.However,becauseofthelongoperatingtimeandthebadoperatingenvironment,

7、tunnelstructurediseaseshavebeenwidelycausedduringthemassdevelomentoftunnelengineering.Ithasbecomeareallyimportantmatterthathowtoaccuratelyjudgethehealthyconditionoftunnelstructureandthenrepairthedeseasesintime.Inpresent,thereisnostandardabouttunnelstructurehealthyev

8、aluationintheindustry,mostoftheevaluationsolutionsarestillbasedonexperienceandqualitativeanalysis.ThisthesisfocusesonbuildingtheGrey-fuzzy