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隧道支护体结构健康监测技术研究

作　者: 林强
导　师: 周伟；王元庆
学　校: 长安大学
专　业: 交通运输规划与管理
关键词: 隧道支护体健康监测探地雷达图像处理
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 141次
引　用: 1次
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内容摘要

为了保障施工期隧道施工安全,超前或及时识别隧道施工过程中的相关风险,以便在施工管理中及时采取技术或管理手段,隧道健康监测(Tunnel Health Monitoring)技术正逐渐成为隧道施工、隧道安全管理领域的研究热点。论文在分析隧道健康监测需求基础上,构建了隧道健康监测系统,发现实施隧道健康监测系统难点主要集中在支护体结构物中钢结构检测与隧道成洞后稳定性监测。随后,论文基于探地雷达技术,提出了更清晰识别混凝土构件内钢结构的无损监测方法；基于EEMD-小波包结合分析技术,建立了钢结构损害检测方法；集成激光-通讯-计算机技术,建立了隧道成洞后稳定性实时监测技术。提出的支护体监测技术,均进行了算例验证。论文主要创新点有：(1)针对隧道施工期安全的的重要性,提出了应用多种信号与化学成分检测的隧道施工健康监测系统,并对系统组成、功能、实现技术进行了设计。(2)提出一种改进的参数估计方法,基于探地雷达对隧道支护体的扫描数据,通过振动回波信号的处理,实现对支护体隐蔽钢构件等的无损检测,并通过波形处置对照,验证了方法的有效性。(3)提出了集成EEMD和小波包分析,进行隧道支护体内部钢构件损伤的成套方法。该方法基于应力波信号,对回波进行IMF分量分解和小波包能量分解计算,可以对结构体内钢结构等隐性材质的位置、损伤情况进行无损检测,算例表明方法可行的。(4)建立了基于图像边缘及轮廓提取技术、跟踪技术实现的隧道激光变形监测实时监控系统,该系统通过地质不良地段激光发射与接收装置、无线与有线信息传输技术和计算机分析技术的集成,可实现观测点激光光斑的实时识别和位移检测功能,高精度观测隧道变形实时发展情况,验证算例表明相对于传统系统精度提高明显。论文致力于最新信号技术与隧道工程实践的结合,符合我国和谐社会发展方向,在提高隧道施工期安全性和运营期安全性上具有实用价值。但由于时间和工程条件限制,这些新想法还需要结合工程实践,进一步完善。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 研究背景及研究意义  10-12
    1.1.1 提高交通安全性的新趋势及选题原因  10-11
    1.1.2 隧道施工期交通安全特点及利用新技术进行健康监测的必要性  11-12
  1.2 隧道健康监测技术的研究现状  12-15
    1.2.1 隧道支护技术的发展和研究现状  12-14
    1.2.2 隧道相关监测技术的国外研究现状  14
    1.2.3 隧道相关监测技术的国内研究现状  14-15
  1.3 目前隧道健康检测中存在的问题  15-17
  1.4 论文研究思路和方法  17-18
  1.5 研究内容及论文章节安排  18-19
第二章隧道施工健康监测系统及支护体结构健康监测系统设计  19-32
  2.1 隧道施工健康监测系统构建  19-23
    2.1.1 隧道施工健康监测系统构建思路  19-20
    2.1.2 隧道施工健康监测系统组成探讨  20-23
  2.2 隧道支护与围岩结构体系分析  23-25
  2.3 针对隧道支护体的健康监测技术分析  25-28
  2.4 支护体健康监测系统设计  28-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章基于探地雷达数据分析的支护体完整性检测  32-52
  3.1 概述  32
  3.2 探地雷达技术在支护体检测中的应用  32-34
  3.3 探地雷达检测及数据数据分析  34-42
  3.4 探地雷达数据的杂波抑制  42-44
  3.5 探地雷达成像方法及一种新的参数估计方法  44-47
  3.6 实测数据验证  47-51
  3.7 本章小结  51-52
第四章基于改进模式分解方法的支护体结构损伤监测  52-68
  4.1 概述  52-53
  4.2 EMD方法的两个基本概念  53-54
  4.3 EMD及EEMD方法  54-57
  4.4 小波及小波包变换方法  57-61
    4.4.1 小波及小波包的基本概念  57-59
    4.4.2 小波包分解频带能量  59-60
    4.4.3 EEMD-小波包分解健康检测方法  60-61
  4.5 应用实例-隧道结构健康模型损伤特征提取  61-67
    4.5.1 钢结构支护体的结构模型  61-62
    4.5.2 模态提取  62-65
    4.5.3 提取损伤特征  65-67
  4.6 本章小结  67-68
第五章基于激光位移检测技术的隧道支护体变形监测  68-85
  5.1 基于激光位移检测技术的隧道支护体变形监测原理  68-70
    5.1.1 隧道变形监测系统的组成构思  68-69
    5.1.2 隧道变形监测系统量测断面布置  69-70
  5.2 隧道支护体变形监测的图像识别算法  70-78
    5.2.1 CCD的线性成像模型  70-73
    5.2.2 CCD的非线性成像模型  73-74
    5.2.3 图像分割  74-77
    5.2.4 图像边缘及轮廓提取与跟踪  77-78
  5.3 隧道支护体变形监测系统图像处理技术  78-80
    5.3.1 镜头畸变标定  78-79
    5.3.2 激光光斑识别  79-80
  5.4 隧道支护变形监测应用举例  80-84
    5.4.1 试验概况  80
    5.4.2 测试数据分析  80-84
  5.5 本章小结  84-85
第六章结论与展望  85-87
  6.1 结论  85
  6.2 创新点  85-86
  6.3 研究展望  86-87
参考文献  87-96
附录  96-107
攻读博士学位期间发表的论文和参加的科研项目  107-108
致谢  108

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