在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法及系统与流程

技术特征：
1.一种在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取在役隧道上的混凝土在被硫酸盐腐蚀过程中，所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列；基于所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列，构建以混凝土过去的相对动弹模量或质量损失的时间序列为输入量，以混凝土将来的相对动弹模量或质量损失的时间序列为输出的arima模型；基于所述arima模型对所述混凝土将来的相对动弹模量或质量损失的时间序列进行预测，并根据预测的将来的相对动弹模量或质量损失对在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤进行预测。2.根据权利要求1所述的在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法，其特征在于，获取在役隧道上的混凝土在被硫酸盐腐蚀过程中，所述混凝土的相对动弹模量的时间序列，包括以下步骤：现场取芯制备的混凝土试件，该混凝土试件已受到长时间的硫酸盐侵蚀，并保留其内部的环境因素的影响；将制备好的混凝土试件放入与所述实际工作环境一致的硫酸盐溶液中，采用干湿循环的方式对混凝土试件进行加速硫酸盐腐蚀；以预设的采用周期对加速硫酸盐腐蚀过程中的所述混凝土试件进行多次超声波无损检测采样：对所述混凝土试件的每一次超声波无损检测采样时，均采集所述混凝土试件多个不同方向的纵波波速，并采用三维层次分析法对每次采样的混凝土试件的多个不同方向的纵波波速进行分析，得到每次采样的混凝土试件的综合纵波波速，并根据每次采样的混凝土试件的综合纵波波速与混凝土试件未被硫酸盐腐蚀时的综合初始纵波波速计算每次采样的混凝土试件的相对动弹模量；按时间顺序对每次采样的混凝土试件的相对动弹模量进行排序，得到所述混凝土试件的相对动弹模量的时间序列。3.根据权利要求2所述的在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法，其特征在于，采用三维层次分析法对本次采样的多个不同方向纵波波速进行分析，得到本次采样的混凝土试件的综合纵波波速，通过以下公式实现：其中，v1'、v2'、v3'、v4'和v5'分别为本次采集的从混凝土试件侧面四个方向以及轴向方向采集的纵波波速，单位为m/s；v0′
为本次采集的混凝土试件的综合纵波波速，单位为m/s；w1、w2、w3、w4和w5为本次采集的从混凝土试件侧面四个方向以及轴向方向采集的纵波波速的权重。4.根据权利要求3所述的在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法，其特征在于，根据本次采样的混凝土试件的综合纵波波速与混凝土试件未被硫酸盐腐蚀时的初始综合纵波波速计算本次采样的混凝土试件的相对动弹模量，通过以下公式实现：
其中，e
rd
为t时刻采集的混凝土试件的相对动弹模量；v0，v
t
分别为混凝土试件未被硫酸盐腐蚀时的初始综合纵波波速和t时刻采集的混凝土试件的综合纵波波速。5.根据权利要求1所述的在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法，其特征在于，获取在役隧道上的混凝土在被硫酸盐腐蚀过程时，所述混凝土的质量损失的时间序列，包括以下步骤：现场取芯制备的混凝土试件，该混凝土试件已受到长时间的硫酸盐侵蚀，并保留其内部的环境因素的影响；将制备好的混凝土试件放入与所述实际工作环境一致的硫酸盐溶液中，采用干湿循环的方式对混凝土试件进行加速硫酸盐腐蚀；以预设的采用周期对加速硫酸盐腐蚀过程中的所述混凝土试件的质量进行多次采样，并在每一次采集到所述混凝土试件的质量参数后，按以下公式计算本次采集的混凝土试件的质量损失：式中，δw
t
为t时刻采集的混凝土的质量损失率，w0、w
t
分别为混凝土试件未被硫酸盐腐蚀时的质量和t时刻采集的混凝土试件的质量，单位为克；按时间顺序对每次采样的混凝土试件的质量损失进行排序，得到所述混凝土试件的质量损失的时间序列。6.根据权利要求5所述的在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法，其特征在于，基于所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列，构建以混凝土过去的相对动弹模量或质量损失的时间序列为输入量，以混凝土将来的相对动弹模量或质量损失的时间序列为输出的arima模型；包括以下步骤：用自相关函数和偏自相关函数检测所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列是否为平稳时间序列，若不是平稳时间序列，对所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列进行差分处理，得到所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的平稳时间序列；使用所述相对动弹模量或质量损失的平稳时间序列拟合arima模型，并使用赤池信息准则和贝叶斯信息准则的最小准则法对所述arima模型的自回归项的阶数以及移动平均项的阶数进行定阶；使用qq-plot检验和dubin-watson检验对定阶后的所述arima模型进行残差检验，若定阶后的所述arima模型的估计值的残差序列为白噪声序列，则定阶后的所述arima模型为构建好的arima模型。7.根据权利要求6所述的在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法，其特征在于，所述自相关函数为：所述偏自相关函数为：
式中，t表示时刻，y
t
为所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列中t时刻的相对动弹模量或质量损失值，k表示滞后时间，滞后k自相关是指间隔k个时间段的观测数据之间的相关性，在pacf函数表达式中取k＝2。8.根据权利要求6所述的在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法，其特征在于，所述赤池信息准则公式为：所述贝叶斯信息准则公式为：式中，为似然函数，k为模型参数总数，n为测试次数，在aic和bic设置中，较低的值代表最佳模型，具有较高的似然值。9.根据权利要求6所述的在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法，其特征在于，得到构建好的arima模型后，还包括以下步骤；使用构建好的arima模型进行预测，并计算预测的所述混凝土的相对动弹模量或质量损失与实际的所述混凝土的相对动弹模量或质量损失之间的平均绝对误差、平均绝对百分比误差、均方误差和均方根误差，并根据计算的平均绝对误差、平均绝对百分比误差、均方误差和均方根误差对所述构建好的arima模型进行评价。10.一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现上述权利要求1至9任一方法的步骤。

技术总结
本发明公开了在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方法及系统，通过获取在役隧道上的混凝土在被硫酸盐腐蚀过程中，所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列；基于所述混凝土的相对动弹模量或质量损失的时间序列，构建以混凝土过去的相对动弹模量或质量损失的时间序列为输入量，以混凝土将来的相对动弹模量或质量损失的时间序列为输出的ARIMA模型；基于所述ARIMA模型对所述混凝土将来的相对动弹模量或质量损失的时间序列进行预测，并根据预测的将来的相对动弹模量或质量损失对在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤进行预测。相比现有技术，本发明能准确预测出隧道混凝土损伤发展趋势。展趋势。展趋势。


技术研发人员：刘敦文 唐宇 陈皓斐 曹坤鹏 龚纯 张万茂 卢国兴 胡恒
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2021.11.10
技术公布日：2022/2/8