[发明专利]基于数据驱动的酸性环境下地下结构寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种基于数据驱动的酸性环境下地下结构寿命预测方法，先根据酸性环境中地下建筑结构寿命的不同影响因素，建立多影响因素的寿命样本模拟数据库；确定遗传规划程序中需要优化的GP参数及目标函数形式，以给定的样本数据为驱动，采用Python编制哈里斯‑鹰算法对GP参数展开优化；输出HHO算法优化后的GP参数、目标函数及目标函数值。本发明可应用于酸性环境下地下结构的寿命的预测，对酸性环境下地下结构的修缮与加固具有指导意义，所建立的寿命预测模型具有合适的训练误差与较小的泛化误差，工程实用性高。

技术领域

本发明涉及地下结构腐蚀寿命预测，具体涉及一种基于数据驱动的酸性环境下地下结构寿命预测方法。

背景技术

在地下工程中，能对工程结构造成影响的酸性环境主要是硫酸盐环境。地下结构的内侧一般是暴露在不流通的空气中，而外侧直接与地层相接触；在我国的西南地区、沿海地区以及内陆盐湖地区的岩层中常常富含硫酸盐类侵蚀性物质。这种侵蚀环境对地下结构的钢筋混凝土构件会产生很大的破坏作用，常常导致混凝土强度降低、混凝土酥松并成层剥落，从而降低地下结构的整体服役寿命。

硫酸盐侵蚀是一个复杂的物理化学过程，主要受结构自身材料和外部环境因素的影响。就硫酸盐的来源而言，其侵蚀可分为内部侵蚀和外部侵蚀，内部侵蚀是由结构本身带有的硫酸盐引起的(如衬砌混凝土拌合时已经存在的)，外部侵蚀则是由环境中的硫酸盐引发。就硫酸盐腐蚀具体形式而言，侵蚀表现为两种形式：其一是溶出性侵蚀，即侵蚀介质与混凝土中的胶凝材料成分反应生成可溶性物质，在动水压力的作用下不断析出损失，造成侵蚀；其二是膨胀性侵蚀，即侵蚀介质与混凝土中的胶凝材料成分反应，生成不可溶盐类，盐类结晶导致混凝土体积膨胀甚至破坏。

硫酸盐侵蚀具有类似“膨胀剂”的破坏作用，其侵蚀破坏机理为：可溶性的硫酸根离子在孔隙通道内扩散，与水泥水化产物水化铝酸钙相结合产生钙矾石结晶；且伴随着水泥中的氢氧化钙逐渐溶解与二水石膏结晶的生成；此外还伴随水化硅酸钙的脱钙与硅化石膏的生成。上述生成的钙矾石和石膏等结晶均具有膨胀性。

目前关于酸性环境下、尤其是硫酸盐环境下地下结构寿命的预测模型建立方面的研究较少。有学者探究了硫酸盐对隧道的腐蚀机理，给出了隧道结构抗硫酸盐预测寿命关于时间的负指数幂形式的函数；也有学者比较和梳理了各种污染介质中的扩散模型及地下结构腐蚀劣化的典型室内试验结果，探讨了硫酸盐和氯离子双侵蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳耦合作用下的地下结构耐久寿命预测理论，建立了硫酸盐腐蚀预测寿命关于硫酸根浓度、水灰比、掺合料产量、抗折强度之间的函数模型。

目前国内外对地下结构寿命预测模型集中在结构混凝土的碳化与氯蚀方面，而对于酸性环境下，尤其是较高硫酸根浓度下的地下结构寿命预测没有系统的预测方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于数据驱动的酸性环境下地下结构寿命预测方法，解决现有缺少对酸性环境下地下结构寿命的方法的问题。

技术方案：本发明所述的基于数据驱动的酸性环境下地下结构寿命预测方法，包括以下步骤：

(1)依据地下建筑结构所处实际酸性环境条件选取地下结构寿命的主要影响因素，再根据酸性环境中地下建筑结构寿命的不同影响因素，建立多影响因素的模拟样本数据库，样本数据库按照需求分为训练样本集和测试样本集；

(2)根据智能遗传规划的基本原理，确定需要优化的GP参数及多因素预测模型函数的构成形式；

(3)基于Pvthon编制哈里斯-鹰优化遗传规划算法，以步骤(1)中的训练样本集的样本数据为驱动，采用HHO算法对步骤(2)中的GP参数进行优化；

(4)采用智能遗传规划算法根据优化的GP参数和多因素预测模型函数的构成形式输出多因素预测模型函数；

(5)将测试样本集输入到步骤(4)的多因素预测模型函数中验证模型预测的准确性。