【摘要】隸屬函數(shù)的構造與確定是公路隧道健康狀態(tài)綜合評價模型的核心。但是大部分的隸屬函數(shù)確定是靠經(jīng)驗的。本文分別選用柯西分布和嶺型分布進行函數(shù)構造。計算結(jié)果表明，不管是病害健康值、結(jié)構健康值，還是最后的隧道綜合健康值，其計算結(jié)果都是十分接近的，表明該兩種隸屬函數(shù)在隧道的健康狀態(tài)評估中是可行的。

【關鍵詞】公路隧道；健康評價；隸屬函數(shù)

前言

模糊分布法類似概率統(tǒng)計，根據(jù)實際情況，選定某些帶參數(shù)的函數(shù)表示某種類型的模糊概念的隸屬函數(shù)，然后再確定參數(shù)，該方法是目前使用較多的隸屬函數(shù)確定方法，本文采用模糊分布法確定隸屬函數(shù)。

1、柯西分布與嶺型分布

在評價系統(tǒng)中常用的分布類型主要有：單值型、三角與半三角分布、矩形與半矩形分布、梯形與半梯形分布、正態(tài)分布、柯西分布、嶺型分布等， 分別選用模糊分布中的柯西分布和嶺型分布進行隸屬函數(shù)的構造，由于柯西分部與嶺型分布的隸屬函數(shù)相對簡單，公式就不再在這里贅述，直接采用公式計算即可。

2、隧道病害因素評價矩陣

通過對某隧道的病害與結(jié)構狀態(tài)進行調(diào)查，將所調(diào)查的病害結(jié)果與結(jié)構狀態(tài)帶入相關的計算公式，再進行歸一化，最后可計算得出各種病害與結(jié)構狀態(tài)的評價矩陣。其中各個權重的計算過程未在這里贅述。

2.1柯西分布的計算結(jié)果

襯砌裂縫：Rb1= （0.324 0.194 0.208 0.274 0 ）

襯砌材質(zhì)劣化：Rb2= （0.463 0.185 0.199 0.144 0.008 ）

襯砌背后空洞與回填不足：Rb3= （0.460 0.146 0.169 0.225 0 ）

襯砌厚度不足：Rb4= （0.220 0.353 0.302 0.125 0 ）

襯砌變形、移動、沉降：Rb5= （0.561 0.186 0.186 0.067 0 ）

滲漏水：Rb6= （0.134 0.308 0.317 0.241 0 ）

洞門開裂、前傾、下沉：Rb7= （0.665 0.148 0.148 0.038 0.003 ）

襯砌表觀病害：Rb8= （0.411 0.199 0.228 0.162 0 ）

圍巖等級：Rb9=0.207

拱頂下沉位移：Rb10=0.179

拱頂二襯拉應力：Rb11=0.201

拱腳二襯拉應力：Rb12=0.225

錨桿拉應力：Rb13=0.200

將（Rb9 Rb10 Rb11 Rb12 Rb13）T歸一化得（0.205 0.177 0.199 0.222 0.198）T

2.2嶺型分布的計算結(jié)果

襯砌裂縫：R’b1= （0.135 0.333 0 0.266 0.266 ）

襯砌材質(zhì)劣化：R’b2= （0.144 0.144 0 0.138 0.574 ）

襯砌背后空洞與回填不足：R’b3= （0.500 0 0 0 0.500 ）

襯砌厚度不足：R’b4= （0.25 0.75 0 0 0 ）

襯砌變形、移動、沉降：R’b5= （0.575 0.425 0 0 0 ）

滲漏水：R’b6= （0.199 0.534 0 0.267 0 ）

洞門開裂、前傾、下沉：R’b7= （1 0 0 0 0 ）

襯砌表觀病害：R’b8= （0.5 0.212 0 0.288 0 ）

圍巖等級：R’b9=0.158 拱頂下沉位移：R’b10=0.276

拱頂二襯拉應力：R’b11=0.264 拱腳二襯拉應力：R’b12=0.182

錨桿拉應力：R’b13=0.182

將（R‘b9 R’b10 R‘b11 R’b12 R‘b13）T歸一化得（0.149 0.260 0.249 0.171 0.171）T

3、隧道結(jié)構健康狀態(tài)綜合評價

3.1柯西分布法確定隧道結(jié)構綜合評價結(jié)果

該段隧道的病害評價結(jié)果：

Ca=ωa× （RTb1 RTb2 RTb3 RTb4 RTb5 RTb6 RTb7 RTb8）

=（0.396 0.218 0.221 0.169 0.002 ）

該段隧道病害檢查健康值：

Fa==3.832

Cb=ωb（RTb9 RTb10RTb11RTb12RTb13）= （0.041 0.035 0.040 0.040 0.040）

該段隧道結(jié)構健康值：

Fb==2.965

則段該隧道的健康綜合值為：

F=0.6×Fa+0.4×Fb=3.485

3.2嶺型分布法確定隧道結(jié)構綜合評價

該段隧道的病害評價結(jié)果：

Ca’=ωa×（RTb1RTb2RTb3RTb4RTb5RTb6RTb7RTb8）

= （0.370 0.310 0 0.140 0.180 ）

該段隧道病害檢查健康值：

F’a==3.550

C’b=ωb（RTb9 RTb10 RTb11 RTb12 RTb13）

= （0.0298 0.052 0.0498 0.0342 0.0342 ）

該段隧道結(jié)構健康值：

F’b==3.045

則段該隧道的健康綜合值為：

F=0.6 F’a+0.4F’b=3.348

4、結(jié)束語

通過采用不同的分布來構造隸屬函數(shù)，計算某隧道的健康狀態(tài)綜合值，將各個計算結(jié)果分析如下表4—1：

表4—1

方法類型病害健康值結(jié)構健康值綜合健康值

柯西分布法3.8322.9653.485

嶺型分布法3.5503.0453.345

通過表4—1結(jié)果可得，兩種算法所得的隧道健康值是十分接近的，都表明該隧道的健康狀態(tài)等級為三級。不管是病害健康值、結(jié)構健康值，還是最后的隧道綜合健康值，計算結(jié)果都是十分接近的，表明該兩種隸屬函數(shù)在隧道的健康狀態(tài)評估中是可行的。

參考文獻

[1]羅鑫.公路隧道健康狀態(tài)診斷方法及系統(tǒng)的研究[D].[博士學位論文].同濟大學，2007

[2]褚方平，夏才初，郭銳.公路隧道襯砌病害等級的模糊綜合評價方法[J].西部交通科技2009，10：12～16

[3]謝季堅.模糊數(shù)學方法及其應用（第三版）[M].華中科技大學出版社，2005.

[4]袁力，姜琴.隸屬函數(shù)確定方法探討[J].鄖陽師范高等?？茖W校學報，2009

[5]楊家軍，楊莉.對隸屬函數(shù)確定方法的進一步探討[J].貴州工業(yè)大學學報（自然科學版），2004

[6]劉鵬舉.基于模糊數(shù)學與神經(jīng)網(wǎng)絡運營隧道結(jié)構安全性評估[D].[碩士學位論文].南昌航空大學，2011