上篇 隧道病害检测原理及方法 1
1 绪论 3
1.1 隧道衬砌裂缝检测技术研究现状及问题 4
1.1.1 隧道衬砌裂缝病害现状 4
1.1.2 隧道衬砌裂缝自动检测技术研究现状 9
1.1.3 隧道衬砌裂缝图像识别方法研究现状 18
1.1.4 隧道衬砌裂缝检测与图像识别研究存在的主要问题 20
1.1.5 隧道衬砌裂缝检测与识别技术的研究内容 22
1.2 隧道衬砌渗漏水检测技术研究现状及问题 23
1.2.1 隧道衬砌渗漏水病害现状 23
1.2.2 隧道衬砌渗漏水病害统计及成因 25
1.2.3 隧道衬砌渗漏水病害检测方法 30
1.2.4 隧道衬砌渗漏水检测技术研究中存在的主要问题 32
1.2.5 隧道衬砌渗漏水检测技术的研究内容 33
1.3 隧道衬砌空洞检测技术研究现状及问题 34
1.3.1 隧道衬砌空洞病害现状 34
1.3.2 隧道衬砌空洞探地雷达天线探测研究现状 36
1.3.3 隧道衬砌空洞雷达检测技术的研究内容 39
1.4 本章小结 39
参考文献 39
2 隧道衬砌裂缝检测技术 49
2.1 隧道衬砌裂缝机器视觉检测技术试验研究 50
2.1.1 概述 50
2.1.2 隧道衬砌裂缝机器视觉检测技术基本原理 51
2.1.3 隧道衬砌裂缝机器视觉检测技术性能指标 52
2.1.4 隧道衬砌裂缝机器视觉检测技术性能影响因素模型试验 53
2.1.5 小结 62
2.2 隧道衬砌裂缝机器视觉检测系统图像采集技术研究 63
2.2.1 概述 63
2.2.2 基于卷积滤波和梯度结构相似的隧道衬砌图像质量评价 63
2.2.3 基于亮度相似和对比度相似的隧道衬砌裂缝无监督检测 71
2.2.4 小结 78
2.3 隧道衬砌裂缝图像自动识别及特征提取研究 79
2.3.1 概述 79
2.3.2 隧道衬砌图像处理基本运算 81
2.3.3 基于图像局部网格特征的隧道衬砌裂缝自动识别 90
2.3.4 隧道衬砌裂缝特征参数计算 98
2.3.5 小结 99
2.4 本章小结 100
参考文献 100
3 隧道渗漏水检测技术 105
3.1 隧道渗漏水红外检测系统及辐射特征模拟试验研究 106
3.1.1 概述 106
3.1.2 隧道衬砌与围岩模拟试验 106
3.1.3 渗漏水模拟试验结果与分析 107
3.1.5 小结 111
3.2 隧道渗漏水及其隐患的红外辐射特征影响因素室内试验研究 111
3.2.1 概述 111
3.2.2 室内试验方案 112
3.2.3 隧道渗漏水红外辐射特征影响因素定量试验 115
3.2.4 渗漏水隐患红外辐射规律影响因素室内定量试验 127
3.2.5 渗漏水及其隐患的红外辐射特征传热学分析 136
3.2.6 小结 145
3.3 渗漏水红外辐射特征修正规律及热图像识别研究 146
3.3.1 概述 146
3.3.2 隧道渗漏水红外辐射特征影响因素关键指标 147
3.3.3 渗漏水红外热图像分割 153
3.3.4 小结 160
3.4 本章小结 161
参考文献 161
4 隧道空洞检测技术 165
4.1 概述 166
4.2 探地雷达电磁波用于检测空洞的原理简介 166
4.2.1 地下媒质中电磁波的传播特性 166
4.2.2 电磁波在分层媒质界面上的反射与透射 168
4.2.3 地下媒质中异常体对电磁波的散射 170
4.2.4 雷达方程与探测距离 171
4.2.5 探地雷达的分辨率 172
4.2.6 雷达天线的基本参数 173
4.3 VivaldiⅠ型天线的特性分析 176
4.3.1 天线的数值方法简介 176
4.3.2 Vivaldi Ⅰ型天线的辐射特性 177
4.3.3 地层特性对Vivaldi Ⅰ型天线辐射场的影响 181
4.3.4 天线高度对天线辐射场的影响 188
4.4 地下媒质中异常体对电磁波的散射研究 192
4.4.1 空洞对电磁波的散射 192
4.4.2 钢板对电磁波的散射 193
4.4.3 钢筋对电磁波的散射 194
4.4.4 多个异常体对电磁波的散射 196
4.5 对Vivaldi Ⅰ型天线的优化与改进技术研究 198
4.5.1 Vivaldi Ⅱ型天线（梳状天线） 198
4.5.2 Vivaldi Ⅲ型天线（电阻加载天线） 201
4.6 本章小结 209
参考文献 209
中篇 病害影响分析及健康评估 213
5 带裂缝隧道衬砌结构稳定性及安全评估研究 213
5.1 概述 214
5.2 隧道衬砌裂缝稳定性分析方法 214
5.2.1 隧道衬砌裂缝病害成因分析 214
5.2.2 裂缝力学模型及扩展类型 216
5.2.3 裂缝尖端附近的应力场和位移场 217
5.2.4 混凝土裂缝扩展的断裂准则 219
5.2.5 应力强度因子及计算方法 220
5.2.6 隧道衬砌裂缝病害计算模型 222
5.2.7 隧道衬砌裂缝稳定系数 222
5.2.8 裂缝稳定性分析方法 223
5.3 裂缝对隧道衬砌结构稳定性影响的数值分析 225
5.3.1 隧道衬砌结构有限元计算模型 225
5.3.2 数值计算参数及工况 226
5.3.3 隧道衬砌裂缝稳定性计算结果 227
5.3.4 计算结果讨论 238
5.4 渗水对隧道衬砌裂缝稳定性的影响分析 238
5.4.1 孔隙水对裂缝应力强度因子的影响 238
5.4.2 渗水对裂缝稳定性影响的分析方法 241
5.4.3 渗水对裂缝稳定性影响的计算结果 244
5.4.4 计算结果讨论 252
5.5 带裂缝隧道衬砌结构安全评估 252
5.5.1 隧道安全等级定性划分标准 252
5.5.2 隧道衬砌裂缝安全等级判定标准 254
5.5.3 隧道衬砌裂缝安全评估方法 255
5.5.4 隧道衬砌裂缝安全评估标准 258
5.5.5 评估方法应用实例 260
5.6 本章小结 263
参考文献 264
6 隧道衬砌渗漏水病害分析与风险评价研究 267
6.1 概述 268
6.2 岩石公路隧道渗漏水病害成因分析 268
6.2.1 成因研究思路 268
6.2.2 事故树分析法 269
6.2.3 隧道衬砌渗漏水病害的事故树分析 271
6.3 基于衬砌渗漏水的隧道渗流场分析 273
6.3.1 隧道衬砌外水压力 273
6.3.2 隧道渗流场有限差分模型 275
6.3.3 分离式隧道渗流场计算结果分析 277
6.3.4 连拱式隧道渗流场计算结果分析 282
6.3.5 隧道渗流场计算结果小结 287
6.4 岩石隧道渗漏水病害风险评价分析 288
6.4.1 隧道渗漏水风险评价指标 288
6.4.2 隧道渗漏水风险评价指标权重确定 291
6.4.3 隧道渗漏水结构风险评价模型 295
6.4.4 隧道渗漏水病害风险综合评价案例分析 301
6.5 本章小结 306
参考文献 306
7 隧道衬砌背后空洞对衬砌结构影响研究 309
7.1 概述 310
7.2 山岭隧道衬砌背后空洞影响数值计算模型 310
7.2.1 空洞大小影响分析 313
7.2.2 空洞深度影响分析 318
7.2.3 空洞位置影响分析 322
7.2.4 隧道断面形式影响分析 329
7.2.5 围岩级别影响分析 335
7.2.6 围岩水平侧压力系数影响分析 341
7.3 多个空洞同时存在对衬砌结构的影响 347
7.3.1 拱顶、拱腰同时存在空洞对隧道的影响 347
7.3.2 拱顶、拱脚同时存在空洞对隧道的影响 350
7.3.3 拱腰、拱脚同时存在空洞对隧道的影响 352
7.3.4 两侧拱腰同时存在空洞对隧道的影响 354
7.3.5 两侧拱脚同时存在空洞对隧道的影响 356
7.4 二次衬砌减薄对隧道的影响 358
7.4.1 衬砌减薄对二次结构内力的影响 359
7.4.2 衬砌减薄加拱顶空洞对二次衬砌结构内力的影响 361
7.4.3 落石冲击对二次衬砌的影响 364
7.5 衬砌及背后空洞影响指标的评估标准 368
7.6 本章小结 370
参考文献 371
8 山区公路隧道衬砌健康状态综合评估体系研究 373
8.1 概述 374
8.2 模糊理论概述 374
8.2.1 隧道健康状态的模糊综合评估原理 375
8.2.2 隧道健康状态模糊综合评估中的几个重要问题 375
8.3 评估指标及评估体系的建立 377
8.3.1 评估指标的选取原则 377
8.3.2 评估指标的选取 377
8.3.3 公路隧道衬砌健康状态评估指标体系的建立 384
8.4 公路隧道衬砌健康状态评估等级及标准 385
8.4.1 公路隧道衬砌健康状态总体等级的确定 385
8.4.2 衬砌裂缝的判定标准 389
8.4.3 渗漏水的判定标准 393
8.4.4 衬砌背后空洞的判定标准 396
8.4.5 衬砌材质劣化的判定标准 397
8.4.6 衬砌变形的判定标准 400
8.4.7 衬砌起层、剥落的判定标准 401
8.4.8 评估指标权重的确定 403
8.4.9 隶属函数的确定 410
8.5 公路隧道衬砌健康状态的模糊综合评估模型 412
8.5.1 确定评估区段 412
8.5.2 一级模糊综合评估 413
8.5.3 二级模糊综合评估 414
8.5.4 衬砌健康状态量化标准 414
8.6 程序实现 414
8.7 本章小结 418
参考文献 418
下篇 病害检测设备研发及工程应用 423
9 公路隧道病害检测集成设备及分析系统研发 423
9.1 公路隧道病害检测集成设备研发 424
9.1.1 隧道衬砌裂缝机器视觉检测设备选型 424
9.1.2 隧道渗漏水红外检测设备选型 434
9.1.3 隧道空洞新型雷达的研发及性能测试 437
9.1.4 隧道病害检测车检测系统集成 471
9.2 公路隧道病害分析系统研发 479
9.2.1 隧道衬砌裂缝病害图像采集软件研发 479
9.2.2 隧道衬砌裂缝识别系统研发 483
9.2.3 隧道红外图像识别系统研发 488
9.2.4 隧道空洞检测雷达数据采集和分析软件开发 497
9.3 本章小结 498
参考文献 499
10 隧道工程应用现场测试及结果分析 501
10.1 隧道现场概况 502
10.1.1 测试工作概况 502
10.1.2 隧道概况 502
10.2 CCD扫描检测衬砌裂缝试验 502
10.2.1 裂缝检测原理 502
10.2.2 检测设备 503
10.2.3 采集软件及镜头设置 504
10.2.4 测线布置与现场测试 505
10.3 红外摄像检测衬砌渗漏水试验 513
10.3.1 检测原理 513
10.3.2 检测设备及数据采集软件 513
10.3.3 测线布置与数据分析 514
10.4 探地雷达检测壁后缺陷试验 518
10.4.1 探地雷达检测原理 518
10.4.2 现场检测设备 519
10.4.3 数据采集软件 519
10.4.4 测线布置与数据解释 519
10.5 本章小结 522
附录 探地雷达图像 523
附录1.1 凉水沟一号隧道左幅探地雷达图像 524
附录1.2 凉水沟二号隧道左幅探地雷达图像 526
附录1.3 金竹坪隧道左幅探地雷达图像 529
附录1.4 河岩脚隧道左幅探地雷达图像 531
索引 534