(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111327059.8 (22)申请日 2021.11.10 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市麓山 南路932号 (72)发明人 刘敦文　唐宇　陈皓斐　曹坤鹏　 龚纯　张万茂　卢国兴　胡恒　 (74)专利代理 机构 长沙朕扬知识产权代理事务 所(普通合伙) 43213 代理人 邓宇 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 7/00(2006.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/10(2020.01) (54)发明名称 在役隧道衬砌结构硫酸盐腐蚀损伤预测方 法及系统 (57)摘要 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。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 114021467 A 2022.02.08 CN 114021467 A 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： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114021467 A 2其中， Erd为t时刻采集的混凝土 试件的相对动弹模量； V0， Vt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， ΔWt为t时刻采集的混凝土的质量损失率， W0、 Wt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： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114021467 A 3