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水下盾构隧道健康状态时序模糊聚类分析

水下盾构隧道健康状态时序模糊聚类分析

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作者：周发南京大学

学位级别：硕士

当前隧道健康状态评价的方法和理论滞后于隧道工程和隧道健康监测的发展进程。本文讨论并完善了隧道运营期健康状态的定义并扩展其内涵,提出基于模糊理论和时间序列分析的隧道实时、整体健康状态的时序模糊聚类分析模型,以及基于隧道结... 详细信息

当前隧道健康状态评价的方法和理论滞后于隧道工程和隧道健康监测的发展进程。本文讨论并完善了隧道运营期健康状态的定义并扩展其内涵,提出基于模糊理论和时间序列分析的隧道实时、整体健康状态的时序模糊聚类分析模型,以及基于隧道结构性能分析的隧道异常诊断策略。本文以南京长江隧道盾构段为工程实例,应用该模型分析运营期隧道整体实时健康状态的动态变化规律。在建立隧道健康状态的理论基础和分析模型及其工程实例应用的过程中,得到以下结论:(1)定义隧道运营期结构健康状态,其内涵包括实时健康状态和整体健康状态两方面,并以模糊理论为基础给出该定义的数学意义。该定义以连续值逻辑为基础,能够更加精确、符合实际地描述隧道结构状态的发展与变化过程,实现对隧道的精细化健康状态评价。(2)结合模糊聚类方法和扩展的高维滑动时间窗模型,建立隧道的实时、整体健康状态评价模型(FC-STW)。通过评价域反模糊特性测试以及实时评价测试,证明该模型能够同时满足实时数据处理与多指标综合分析,因此能够与现阶段隧道健康监测系统相匹配,弥补了二者发展不均衡的现状。(3)基于隧道健康状态评价模型,提出以隧道结构性能分析为基础的隧道异常诊断策略。本文定义了两类隧道异常数据:随机异常和状态异常,并设计点异常测试和集异常测试,证明本文提出的异常诊断策略的可行性和有效性。该策略以异常状态诊断为目的,将信息分析与数据挖掘方法引入隧道结构健康分析中,为隧道病害诊断提供了新的研究方向。(4)以南京长江隧道盾构段为工程实例,应用FC-STW模型分析隧道在运营期间随时间的健康状态变化规律。南京长江隧道运营期健康状态的实时动态特征曲线表明:运营期内隧道处于动态变化之中,自运营开始呈台阶式趋于稳定,并受环境地质条件的作用呈现季节性波动变化规律,为隧道结构养护和维修提供了有价值的信息。

关键词：隧道健康状态隧道实时状态评价隧道整体状态评价水下盾构隧道模糊聚类分析时间序列分析隧道异常状态诊断

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