1、項(xiàng)目名稱：城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化與感控基礎(chǔ)理論首席科學(xué)家：朱合華同濟(jì)大學(xué)起止年限：2011.11-2016.8依托部門：教育部上海市科委一、關(guān)鍵科學(xué)問題及研究內(nèi)容關(guān)鍵科學(xué)問題的提出隨著我國大量的城市軌道交通建成并投入使用，其結(jié)構(gòu)健康服役的重要性日漸突出。城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命為100年，在此期間由于結(jié)構(gòu)性能劣化、服役環(huán)境變化、低頻循環(huán)振動(dòng)等內(nèi)外因素共同作用下，城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，性能逐步退化，加之我國軌道交通建設(shè)速度迅猛，結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量難免存在一定程度的缺陷，且結(jié)構(gòu)損壞后不易或不可更換，給軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役狀態(tài)的判斷和預(yù)知控制帶來了極大困難，亟需開展系統(tǒng)的基

2、礎(chǔ)研究。城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)處于固液氣耦合作用的賦存環(huán)境下，加上軌道交通低頻周期動(dòng)載作用下的疲勞效應(yīng)、復(fù)雜滲流邊界與循環(huán)振動(dòng)荷載的累加效應(yīng)、臨近施工和運(yùn)營擾動(dòng)、結(jié)構(gòu)自身的初始損傷和缺陷等多種內(nèi)外因素共同作用下結(jié)構(gòu)性能不斷劣化，受力體系易出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，其演化過程高度非線性、性能演化機(jī)理難清，因而第一個(gè)科學(xué)問題是動(dòng)態(tài)時(shí)空環(huán)境效應(yīng)下的地下結(jié)構(gòu)性能演化機(jī)理，研究內(nèi)容為城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)材料施工期和服役期性能演化機(jī)理、初始損傷和缺陷狀態(tài)下結(jié)構(gòu)性能演變規(guī)律、結(jié)構(gòu)的病害形成機(jī)理。城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)為超長線狀地下結(jié)構(gòu)，在服役過程中受各種因素的影響逐漸出現(xiàn)病害，其結(jié)構(gòu)性能隨之不斷劣化，健康狀態(tài)極其難知。為滿

3、足結(jié)構(gòu)長期健康服役的需求，在揭示其受力與變形演化歷史及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，需要采用經(jīng)濟(jì)、高效的監(jiān)測方法，全覆蓋智能感知超長地下結(jié)構(gòu)性能，研究結(jié)構(gòu)在單一、多種病害組合狀態(tài)下的響應(yīng)機(jī)理，確定結(jié)構(gòu)性能對各種環(huán)境因素的敏感性與發(fā)展趨勢，達(dá)到定量化預(yù)知結(jié)構(gòu)未來力學(xué)行為及其服役性能的目的，因而第二個(gè)科學(xué)問題是超長線狀地下結(jié)構(gòu)的狀態(tài)智慧感知與評估理論，研究內(nèi)容為結(jié)構(gòu)狀態(tài)智慧感知、結(jié)構(gòu)服役性能評估指標(biāo)體系與標(biāo)準(zhǔn)、健康診斷理論、缺陷狀態(tài)下服役性能的預(yù)知、局部損傷結(jié)構(gòu)服役可靠度的退化機(jī)理與干預(yù)機(jī)制。在以上兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)服役特點(diǎn)，針對地下水賦存環(huán)境下的結(jié)構(gòu)性能所處的不同狀態(tài)開展結(jié)構(gòu)

4、智能自修復(fù)與自適應(yīng)加固理論研究，建立健康服役機(jī)制和保障體系，變被動(dòng)獲取結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)為主動(dòng)控制服役性能，以解決地下結(jié)構(gòu)損壞后極其難修的問題，因而第三個(gè)科學(xué)問題是地下水環(huán)境下的結(jié)構(gòu)自修復(fù)機(jī)制與自適應(yīng)控制理論，研究內(nèi)容為適合于城市軌道交通環(huán)境特點(diǎn)的地下結(jié)構(gòu)智能自修復(fù)基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)方法與服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的自適應(yīng)加固理論，結(jié)構(gòu)健康服役智能服務(wù)機(jī)制和數(shù)字化保障體系。關(guān)鍵科學(xué)問題的內(nèi)涵本項(xiàng)目以城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役為目標(biāo)，緊密圍繞城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能的演化、評估預(yù)知和控制三個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)問題，從多學(xué)科交叉的視角開展系統(tǒng)研究，揭示城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化機(jī)制，建立城市軌道交通地下

5、結(jié)構(gòu)性能評估預(yù)知與控制的系統(tǒng)科學(xué)理論。本項(xiàng)目擬解決的三個(gè)科學(xué)問題的內(nèi)涵具體如下：科學(xué)問題一：動(dòng)態(tài)時(shí)空環(huán)境效應(yīng)下的地下結(jié)構(gòu)性能演化機(jī)理城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)廣泛采用混凝土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式多樣，包括管片與螺栓連接的拼裝式結(jié)構(gòu)、預(yù)澆的沉管結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆的襯砌結(jié)構(gòu)等，在服役過程中長期處于復(fù)雜的物理化學(xué)力學(xué)條件下，各種內(nèi)外環(huán)境均會(huì)對城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)的材料性能和全壽命產(chǎn)生重要的影響，例如，在軌道交通低頻周期動(dòng)載作用下的疲勞效應(yīng)、復(fù)雜滲流邊界與循環(huán)振動(dòng)荷載的累加效應(yīng)、雜散電流的彌流、環(huán)境介質(zhì)中侵蝕性物質(zhì)在結(jié)構(gòu)中的遷移、結(jié)構(gòu)臨空面干濕交替邊界的擴(kuò)散、鄰近施工擾動(dòng)（開挖、打樁、降水、堆載等）、既有軌道交通等建（構(gòu)

6、）筑物的運(yùn)營擾動(dòng)。因此城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)時(shí)空環(huán)境效應(yīng)、結(jié)構(gòu)性能與環(huán)境耦合作用機(jī)制、以及復(fù)雜環(huán)境下的城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)材料全壽命期性能演化機(jī)理是本項(xiàng)目的重要科學(xué)問題。通過該科學(xué)問題的系統(tǒng)研究，提出上述復(fù)雜環(huán)境下結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化的本源多尺度模型，揭示有缺陷結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)變化規(guī)律及其長期性能演化機(jī)理，創(chuàng)建城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)材料服役性能演化分析理論框架，尋求軌道交通地下結(jié)構(gòu)的最佳修復(fù)時(shí)機(jī)和最佳感知位臵，并為軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能的評估預(yù)知與控制提供必要的材料參數(shù)、力學(xué)模型和計(jì)算理論。科學(xué)問題二：超長線狀地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)智慧感知與評估理論智慧感知評估包括感知（典型/關(guān)鍵部位的信息獲取與無線傳輸）、儲(chǔ)存（

7、海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與處理）和思維（預(yù)知模型與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)）。在信道雜亂、電磁兼容性要求高等復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行超長線狀地下結(jié)構(gòu)（區(qū)間隧道、地鐵車站等）的狀態(tài)感知和評估，需要針對城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)特定的服役環(huán)境，建立地下結(jié)構(gòu)混凝土損傷的智慧感知理論、地下復(fù)雜區(qū)域無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）的集成方法、有缺陷結(jié)構(gòu)服役性能的預(yù)知模型、基于海量數(shù)據(jù)分析的結(jié)構(gòu)病害特征指標(biāo)體系和定量化評價(jià)基準(zhǔn)，提出城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)的最佳智慧感知方案和預(yù)知方法，以突破地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜環(huán)境下的智慧感知瓶頸，并為城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能的評估、預(yù)知和控制提供必要的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)?？茖W(xué)問題三：地下水環(huán)境下的結(jié)構(gòu)自修復(fù)機(jī)制與自適應(yīng)控制理論城市軌

8、道交通地下結(jié)構(gòu)在地下水特定環(huán)境的影響和作用下，會(huì)加速結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)的連續(xù)劣化，然而其環(huán)境特點(diǎn)決定了結(jié)構(gòu)一旦損壞，則不易甚至不可更換。為克服傳統(tǒng)修復(fù)加固方法的缺點(diǎn)，擬對地下水復(fù)雜環(huán)境下地下結(jié)構(gòu)損傷的智能自修復(fù)機(jī)制與多尺度分析理論進(jìn)行研究，探索并建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)損傷智能自修復(fù)基礎(chǔ)理論、生物/礦物自修復(fù)方法和基于性能退化的地下結(jié)構(gòu)自適應(yīng)加固理論，提出城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)的最佳修復(fù)和加固方法，為實(shí)現(xiàn)軌道交通地下結(jié)構(gòu)的主動(dòng)、自動(dòng)修復(fù)和加固提供理論基礎(chǔ)和方法體系。在保障體系方面，研究城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)全壽命數(shù)字化理論與方法、健康服役智能服務(wù)新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能的演化、智慧感知、評估預(yù)知、智能自修復(fù)、自適應(yīng)加

9、固的有機(jī)融合，變被動(dòng)獲取結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)為主動(dòng)控制結(jié)構(gòu)服役性能，形成完整的城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能自適應(yīng)控制理論。主要研究內(nèi)容動(dòng)態(tài)服役環(huán)境中的地下結(jié)構(gòu)材料全壽命期性能演化機(jī)理（1）地下結(jié)構(gòu)材料建設(shè)期性能形成機(jī)理（2）動(dòng)態(tài)服役環(huán)境中地下結(jié)構(gòu)材料服役性能的演變機(jī)理（3）固液氣耦合下全壽命期地下結(jié)構(gòu)材料性能演變機(jī)理（4）侵蝕性環(huán)境下具有初始損傷地下結(jié)構(gòu)材料的性能演變規(guī)律地下結(jié)構(gòu)性能與環(huán)境耦合作用機(jī)制（1）內(nèi)外環(huán)境變化與地下結(jié)構(gòu)耦合的作用機(jī)制（2）交通循環(huán)荷載對地下結(jié)構(gòu)性能的致?lián)p機(jī)理（3）損傷與施工缺陷對地下結(jié)構(gòu)性能演化的影響機(jī)理超長線狀地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)智慧感知理論與方法1）地下結(jié)構(gòu)混凝土損傷智能傳感理論（2

10、）超長線狀地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)感知方法（3）地下復(fù)雜區(qū)域無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）的集成與應(yīng)用理論動(dòng)態(tài)時(shí)空環(huán)境效應(yīng)下的地下結(jié)構(gòu)健康診斷與服役性能預(yù)知理論（1）地下結(jié)構(gòu)健康診斷的指標(biāo)體系和診斷基準(zhǔn)（2）地下結(jié)構(gòu)健康的系統(tǒng)診斷理論（3）地下結(jié)構(gòu)服役性能的演變機(jī)理（4）有缺陷結(jié)構(gòu)服役性能演化預(yù)知模型和方法（5）主動(dòng)加固地下結(jié)構(gòu)的長期服役性能預(yù)測方法地下水環(huán)境下的結(jié)構(gòu)智能自修復(fù)與加固理論（1）地下水環(huán)境下地下結(jié)構(gòu)損傷的智能自修復(fù)機(jī)制（2）智能自修復(fù)地下結(jié)構(gòu)服役性能的多尺度分析方法（3）地下水環(huán)境下地下結(jié)構(gòu)損傷的生物/礦物自修復(fù)方法（4）基于性能退化的地下結(jié)構(gòu)自適應(yīng)加固理論地下結(jié)構(gòu)健康服役的數(shù)字化保障與控制體系（1

11、）地下結(jié)構(gòu)全壽命期數(shù)字化理論與方法（2）地下結(jié)構(gòu)健康服役智能服務(wù)機(jī)制（3）地下結(jié)構(gòu)健康服役數(shù)字化保障與控制方法4）地下結(jié)構(gòu)健康服役應(yīng)用示范二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)針對城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能的演化、評估預(yù)知和控制開展基礎(chǔ)研究，揭示復(fù)雜環(huán)境下城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)材料性能形成和劣化機(jī)理，發(fā)展適合地下混凝土結(jié)構(gòu)損傷、開裂及破壞全過程模擬的計(jì)算新理論，探明初始損傷、施工缺陷和材料劣化條件下結(jié)構(gòu)長期性能演變規(guī)律以及與環(huán)境相互耦合作用機(jī)制；建立城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)服役性能的健康診斷模型和有缺陷結(jié)構(gòu)服役性能的預(yù)知模型，提出城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康的系統(tǒng)診斷理論和方法；形成城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)智能自修復(fù)基礎(chǔ)理論與

12、多尺度分析方法及基于性能退化的結(jié)構(gòu)自適應(yīng)加固理論，構(gòu)建城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役的數(shù)字化保障和控制體系，并最終建立不同時(shí)空環(huán)境下城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)全壽命最優(yōu)維護(hù)理論，實(shí)現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)的可知、可控。五年預(yù)期目標(biāo)本項(xiàng)目以我國城市軌道交通健康服役的重大需求為導(dǎo)向，開展關(guān)鍵科學(xué)問題的研究，五年取得的預(yù)期目標(biāo)如下：（1）深入研究復(fù)雜環(huán)境下地下結(jié)構(gòu)材料性能形成和演化的規(guī)律，建立城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)材料性能演化分析理論。（2）提出復(fù)雜環(huán)境下城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化的時(shí)效分析模型及計(jì)算理論，揭示結(jié)構(gòu)性能全壽命期發(fā)展和演化規(guī)律。（3）提出適合于城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)全壽命期結(jié)構(gòu)狀態(tài)的高效、全域、經(jīng)濟(jì)的

13、智慧感知方法，建立結(jié)構(gòu)健康服役過程的實(shí)時(shí)、主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)模型。4）完善城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)病害指標(biāo)體系，建立城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)服役性能的健康診斷模型和有缺陷地下結(jié)構(gòu)服役性能的預(yù)知模型，提出城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康的系統(tǒng)診斷理論和方法。（5）建立軌道交通地下結(jié)構(gòu)智能自修復(fù)的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)方法與服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的地下結(jié)構(gòu)自適應(yīng)加固理論，提出復(fù)雜環(huán)境下的軌道交通地下結(jié)構(gòu)主動(dòng)、自動(dòng)修復(fù)理論和方法。（6）形成我國城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役數(shù)字化保障機(jī)制，建立完整的城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能控制理論和保障體系。在國內(nèi)外高水平學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文200篇以上（其中150篇SCI論文）,專著

14、3本，申請國家發(fā)明專利20項(xiàng)，培養(yǎng)博士生50人、碩士生80人，凝聚和培育國內(nèi)一批城市軌道交通健康服役的高水平研究隊(duì)伍，培養(yǎng)本領(lǐng)域的優(yōu)秀科學(xué)家及創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，形成具有重要國際影響的研究團(tuán)隊(duì)，整體提升我國在該領(lǐng)域的國際地位。三、研究方案4.1學(xué)術(shù)思路以三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題為核心，推進(jìn)巖土結(jié)構(gòu)與材料、物理、化學(xué)、生物、信息等多個(gè)學(xué)科及其交叉前沿理論研究，采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測、物理模擬、理論分析、數(shù)值模擬等多種方法，開展系統(tǒng)的理論和方法研究，深刻認(rèn)識城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能全壽命期演化規(guī)律，研究城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)病害特征和產(chǎn)生機(jī)理。在此基礎(chǔ)上建立有缺陷結(jié)構(gòu)服役性能的預(yù)知模型，提出城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)

15、健康的診斷理論和綜合性診斷方法。通過結(jié)構(gòu)狀態(tài)智慧感知再現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下地下結(jié)構(gòu)性能演化過程，提出軌道交通地下結(jié)構(gòu)智能自修復(fù)基礎(chǔ)理論及服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的地下結(jié)構(gòu)自適應(yīng)加固理論，探索地下結(jié)構(gòu)生物/礦物修復(fù)方法。構(gòu)建城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役的數(shù)字化保障體系，形成城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能控制理論，并進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。本項(xiàng)目總體學(xué)術(shù)思路如圖1所示。材料與地下結(jié)構(gòu)全壽命性能演化機(jī)理地下結(jié)構(gòu)性能評估與預(yù)知理論乂服役性能數(shù)字化*保障體系/、城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化與感控基礎(chǔ)理論地下結(jié)構(gòu)智能自聲修復(fù)與加固理論.地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)智慧感知方法圖1總體學(xué)術(shù)思路技術(shù)途徑圍繞總體學(xué)術(shù)思路，本項(xiàng)目的技術(shù)途徑

16、如圖2所示。城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化與感控基礎(chǔ)理論、自論能理IJ智固P構(gòu)加結(jié)與I下復(fù)地修構(gòu)結(jié)法下方地知一D狀感線態(tài)長狀超&徑途術(shù)技2圖（1）針對地下結(jié)構(gòu)全壽命期性能演化過程，構(gòu)建能考慮地下混凝土結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響的本構(gòu)模型，建立預(yù)測結(jié)構(gòu)材料的微細(xì)宏觀性能模型和精細(xì)分析結(jié)構(gòu)材料物理和力學(xué)行為的計(jì)算方法。利用非線性動(dòng)力理論、不連續(xù)介質(zhì)條件下的滲流、概率可靠度理論及先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算方法，依托城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)，研究軌道交通循環(huán)荷載下土體動(dòng)力學(xué)行為特性、結(jié)構(gòu)和環(huán)境的相互影響效應(yīng)，以及在內(nèi)外環(huán)境變化下軌道交通地下結(jié)構(gòu)的性能演化機(jī)理和退化機(jī)制、受損結(jié)構(gòu)性能分析理論。通過實(shí)驗(yàn)研究城市軌道交

17、通地下結(jié)構(gòu)混凝土性能形成過程的動(dòng)態(tài)時(shí)變行為，分析影響地下結(jié)構(gòu)性能的物理化學(xué)力學(xué)要素，探求結(jié)構(gòu)材料性能形成的規(guī)律和機(jī)理。通過理論分析研究復(fù)雜物理化學(xué)環(huán)境條件下地下結(jié)構(gòu)性能的退化機(jī)理，建立物理化學(xué)力學(xué)因素的耦合效應(yīng)的理論模型，提出表述地下結(jié)構(gòu)服役環(huán)境作用效應(yīng)的特定邊值條件，以上海在役軌道交通為依托開展研究，驗(yàn)證分析結(jié)構(gòu)性能演化的理論。（2）依托城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)，采用結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)、巖土離心機(jī)試驗(yàn)、數(shù)值模擬、現(xiàn)場監(jiān)測等方法揭示內(nèi)外界環(huán)境變化以及交通循環(huán)荷載對軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能影響規(guī)律，分析地下結(jié)構(gòu)致?lián)p和病害形成機(jī)理。發(fā)展適合地下混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷、開裂及破壞過程模擬的計(jì)算理論，形成初

18、始損傷和施工缺陷狀態(tài)下的地下混凝土結(jié)構(gòu)性能分析與評估方法。采用隨機(jī)概率可靠度理論、不連續(xù)介質(zhì)條件下的滲流理論、動(dòng)力分析理論、損傷力學(xué)等建立結(jié)構(gòu)性能的時(shí)效分析模型以及受損結(jié)構(gòu)的性能分析理論。（3）研制和改進(jìn)溫度、加速度、裂縫開展、變形、滲漏微電子傳感器，對其性能進(jìn)行大量的室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn),獲得其量程、精度等適用性關(guān)鍵參數(shù)；對無線自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)開展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、結(jié)點(diǎn)配置技術(shù)、結(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)融合的理論與室內(nèi)試驗(yàn)；結(jié)合地下結(jié)構(gòu)性能演變的理論分析結(jié)果和地下結(jié)構(gòu)智慧感知理論成果，開展真實(shí)環(huán)境條件下的集成試驗(yàn)，重點(diǎn)進(jìn)行軌道交通地下結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)診斷的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流共享及運(yùn)行監(jiān)控平臺的關(guān)鍵技術(shù)、海量數(shù)據(jù)快速處理和容

19、錯(cuò)性好的算法研究，建立系統(tǒng)完整的城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)智慧感知方法。（4）以大量工程實(shí)例為依托，通過數(shù)據(jù)采集、歸類統(tǒng)計(jì)、對比分析等研究策略，輔以數(shù)值模擬、模型實(shí)驗(yàn)等方法，揭示城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生與發(fā)展的一般性演化規(guī)律，并把握其具有關(guān)鍵意義的指標(biāo)，對其進(jìn)行特征標(biāo)準(zhǔn)化描述；對各個(gè)病害特征屬性進(jìn)行揀選，采用改進(jìn)的層次分析理論作為指導(dǎo)性研究思路，建立多因素、多層次的城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)的病害指標(biāo)體系?；趩我徊『Φ亩炕鶞?zhǔn)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算智能學(xué)方法和系統(tǒng)方法，建立多因素指標(biāo)與評價(jià)閥值的多層次映射關(guān)系，提出城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康的系統(tǒng)診斷原理和方法；在再現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷衍生及發(fā)展過程的基礎(chǔ)上，

20、研究建立軌道交通地下結(jié)構(gòu)內(nèi)外環(huán)境耦合作用條件下結(jié)構(gòu)性能的演化規(guī)律與模型，建立基于人工智能與時(shí)間序列的地下結(jié)構(gòu)性能綜合預(yù)知方法。（5）基于物理模型試驗(yàn)、微觀測量及數(shù)值仿真，研究修復(fù)介質(zhì)載體的斷裂機(jī)理、修復(fù)介質(zhì)的運(yùn)移模式及行為、修復(fù)介質(zhì)載體結(jié)構(gòu)的相互協(xié)調(diào)與相容性及多次修復(fù)機(jī)理，揭示復(fù)雜環(huán)境下軌道交通地下結(jié)構(gòu)損傷的智能自修復(fù)機(jī)制，形成系統(tǒng)的適合軌道交通服役特征和環(huán)境要求的結(jié)構(gòu)損傷智能自修復(fù)基礎(chǔ)理論。應(yīng)用多尺度理論，建立智能自修復(fù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性、耐久性等的多尺度分析模型和計(jì)算方法，并基于軌道交通地下結(jié)構(gòu)的復(fù)雜服役環(huán)境及受荷特性，建立其結(jié)構(gòu)修復(fù)后服役性能的預(yù)測理論與方法，形成基于性能退化的軌道交通地下結(jié)構(gòu)

21、自適應(yīng)加固理論?；谖锢砟Ｐ驮囼?yàn)和生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)及理論分析，形成地層地下水振動(dòng)復(fù)雜環(huán)境下軌道交通地下結(jié)構(gòu)損傷的生物/礦物自修復(fù)方法。6）在大量數(shù)值模擬、試驗(yàn)和實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，揭示城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役各要素材料性能、結(jié)構(gòu)性能與健康診斷、智慧、修復(fù)加固之間的相互關(guān)系，提出城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役智能服務(wù)模型；基于大量案例學(xué)習(xí)，以及多信息多方法的綜合集成，建立城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役智能服務(wù)機(jī)制；在對城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役相關(guān)的全壽命數(shù)據(jù)歸納的基礎(chǔ)上，提出數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)空數(shù)據(jù)模型，采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全壽命數(shù)據(jù)管理；采用可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等方法，融合網(wǎng)格技術(shù)、We

22、bGIS和三維增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建立大規(guī)模城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)地下結(jié)構(gòu)健康服役數(shù)字化平臺，實(shí)現(xiàn)服役性能智能分析與決策、信息可視化展示，集成本項(xiàng)目各課題研究成果，建成城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役數(shù)字化保障體系。創(chuàng)新點(diǎn)（1）地下結(jié)構(gòu)性能形成及演化機(jī)理揭示城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能在全壽命期中形成規(guī)律和控制性因素，提出結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化的本源多尺度模型；揭示內(nèi)外因素耦合作用下軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能的長期演化機(jī)制，提出初始損傷和施工缺陷地下結(jié)構(gòu)性能分析理論和計(jì)算模型。（2）地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)感知及預(yù)知方法建立復(fù)雜環(huán)境下地下結(jié)構(gòu)性能實(shí)時(shí)感知與傳輸要求的城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)智慧感知方法；提出考慮環(huán)境影響的地下結(jié)構(gòu)性能退化模型，建

23、立有缺陷地下結(jié)構(gòu)服役性能時(shí)空預(yù)知方法。（3）地下結(jié)構(gòu)性能修復(fù)及控制理論建立復(fù)雜環(huán)境下超長線狀地下結(jié)構(gòu)智能自修復(fù)理論和方法，提出自修復(fù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性、耐久性等多尺度分析方法及基于性能退化的結(jié)構(gòu)自適應(yīng)加固理論。提出大規(guī)模城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)健康服役控制的智能服務(wù)模型和保障機(jī)制，建立城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役控制理論。在上述建立/提出的機(jī)理、理論、方法的基礎(chǔ)上，建立不同時(shí)空環(huán)境下城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)全壽命最優(yōu)維護(hù)理論。研究特色（1）針對性：針對城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役的基礎(chǔ)理論問題，如材料與結(jié)構(gòu)性能演化、健康診斷等開展研究，保證地下結(jié)構(gòu)在長期使用過程中健康、安全、可控，研究目標(biāo)十分明確。（2）前瞻性

24、：隨著大量軌道工程的建設(shè)，如何評價(jià)和確保漫長服役期的結(jié)構(gòu)性能，是目前及今后面臨的重大問題。本課題開展結(jié)構(gòu)智慧感知、智能自修復(fù)加固、數(shù)字化保障體系等研究，符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的趨勢，也為未來軌道交通地下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)智能、環(huán)保的修復(fù)加固提供了前瞻性的理論基礎(chǔ)和方法。（3）綜合性：從微觀、細(xì)觀、宏觀不同層次，揭示城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化機(jī)理和規(guī)律，得到初始損傷、施工缺陷與結(jié)構(gòu)病害和性能退化之間的有機(jī)聯(lián)系，符合應(yīng)用基礎(chǔ)研究的特點(diǎn)；研究充分體現(xiàn)多學(xué)科交叉與融合的特點(diǎn)，涉及巖土結(jié)構(gòu)與材料、物理、化學(xué)、生物、信息等多學(xué)科理論與方法。（4）系統(tǒng)性：針對城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役性能演化、感知預(yù)知、評估診斷、修復(fù)

25、加固和控制開展系統(tǒng)的研究，形成完整的城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化、評估預(yù)知和控制理論體系。取得重大突破的可行性分析（1）我國正在進(jìn)行大規(guī)模的城市軌道交通建設(shè)，到2015年總長度將達(dá)到2260km，其健康服役是目前面臨的共性的科學(xué)難題。上海地區(qū)軌道交通自1995年1號線投入運(yùn)營以來，已經(jīng)出現(xiàn)許多急需解決的健康服役問題，申報(bào)單位已經(jīng)開展了前期工作，為本課題開展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（2）項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)一直從事結(jié)構(gòu)材料全壽命期性能演變機(jī)理、軌道交通地下結(jié)構(gòu)與環(huán)境的相互作用、地下結(jié)構(gòu)運(yùn)營期健康診斷方法、混凝土自修復(fù)理論、工程數(shù)字化理論與方法的研究，具有扎實(shí)的基礎(chǔ)和很強(qiáng)的研究實(shí)力，承擔(dān)了多項(xiàng)與運(yùn)營期軌道交通地

26、下結(jié)構(gòu)性能發(fā)展有關(guān)的自然科學(xué)基金、國家863項(xiàng)目、國家科技支撐計(jì)劃和地方重大科技攻關(guān)計(jì)劃，這些科研活動(dòng)積累了大量運(yùn)營軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能的現(xiàn)場實(shí)測資料，對了解、分析軌道交通地下結(jié)構(gòu)在環(huán)境影響下的性能發(fā)展特點(diǎn)和規(guī)律，并對試驗(yàn)結(jié)果和理論分析方法的合理性具有驗(yàn)證和完善作用，為該項(xiàng)目的研究奠定了理論基礎(chǔ)。項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)還結(jié)合城市軌道交通的施工、安全監(jiān)控、結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)與健康管理等方面開展了大量的實(shí)踐研究，對城市軌道交通健康服役的難點(diǎn)、可能的突破點(diǎn)有著深刻的認(rèn)識。（3）項(xiàng)目的組織實(shí)施有充分的硬件保證，項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)所在單位擁有土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、高速鐵路建造技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室、材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、

27、亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、土木信息技術(shù)教育部工程研究中心、嵌入式系統(tǒng)與服務(wù)計(jì)算教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、教育部城市環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展聯(lián)合研究中心、控制結(jié)構(gòu)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、土木工程安全科學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省土木工程與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省無機(jī)非金屬材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等一批國家、省部級實(shí)驗(yàn)室及研究中心，為該項(xiàng)目的完成提供了有力的硬件支撐和豐富的試驗(yàn)理論基礎(chǔ)。（4）從研究人員來看，本項(xiàng)目匯集了我國在城市軌道地下結(jié)構(gòu)健康服役領(lǐng)域的最杰出人才，團(tuán)隊(duì)包括材料、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、信息技術(shù)在內(nèi)的多學(xué)科交叉攻關(guān)隊(duì)伍。從參研單位來看，本項(xiàng)目凝聚了同濟(jì)大

28、學(xué)、華中科技大學(xué)、中南大學(xué)、華南理工大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)等國內(nèi)實(shí)力雄厚的學(xué)術(shù)權(quán)威單位，也聯(lián)合了上海申通地鐵集團(tuán)有限公司這樣具有自主創(chuàng)新能力的地鐵建設(shè)與運(yùn)營管理單位，形成了學(xué)科交叉、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、優(yōu)勢互補(bǔ)的強(qiáng)有力的攻堅(jiān)力量。這一團(tuán)隊(duì)的研究經(jīng)驗(yàn)豐富，理論基礎(chǔ)雄厚，自主創(chuàng)新能力強(qiáng)、年富力強(qiáng)、肯鉆實(shí)干，具有取得重大突破的能力、潛力和實(shí)力。與此同時(shí)，項(xiàng)目聘有中國科學(xué)院、工程院院士作為學(xué)術(shù)顧問，為指明課題的研究方向和確保項(xiàng)目的研究水平提供了強(qiáng)有力的支持和保障。（5）研究團(tuán)隊(duì)具有廣泛的國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流機(jī)制，為項(xiàng)目研究關(guān)鍵科學(xué)問題的突破提供了良好的交流平臺,特別是與世界上該領(lǐng)域的專家學(xué)者保持緊密的合作和聯(lián)系。例如申請

29、單位已經(jīng)與該領(lǐng)域最高水平的國外研究機(jī)構(gòu)，如美國加州大學(xué)洛杉磯分校、英國劍橋大學(xué)、荷蘭代爾夫特理工大學(xué)、英國愛丁堡大學(xué)建立了良好的合作關(guān)系，并且聘請了這些學(xué)校中該領(lǐng)域方面的權(quán)威專家J.WoodyJu教授、KenichiSoga教授、KlassvanBreugel教授、YongLu教授實(shí)質(zhì)性地參與到該項(xiàng)目中，可以共享科研成果和借鑒科研經(jīng)驗(yàn)，始終站在世界研究的前沿，并取得一批具有國際領(lǐng)先的重大成果。課題設(shè)置課題間關(guān)系本項(xiàng)目緊緊圍繞關(guān)鍵科學(xué)問題，充分考慮城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化、感知、評估、預(yù)知與控制之間的有機(jī)聯(lián)系及相互影響，根據(jù)分工明確、相對獨(dú)立、彼此關(guān)聯(lián)、目標(biāo)具體、確實(shí)可行的原則來設(shè)置課題。課

30、題一從城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)材料性能的“形成及演化”的角度，系統(tǒng)分析結(jié)構(gòu)材料在“建造使用維護(hù)”全壽命期的性能特征及其演化規(guī)律，提出地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化的本源多尺度模型，建立城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)材料服役性能演化分析理論，為其它課題研究提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。課題二基于課題一研究結(jié)果，從城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能全壽命期演化角度出發(fā)，研究地下結(jié)構(gòu)性能與材料、環(huán)境的耦合作用機(jī)制，建立模擬城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)受力和變形特性的時(shí)效分析模型及計(jì)算理論。課題一與課題二共同為課題四、課題五提供了基礎(chǔ)理論支持。課題三研究超長線狀地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)感知的高效、全域、經(jīng)濟(jì)的智慧感知方法，利用感知信息揭示軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化規(guī)律，為

31、課題四和課題五服役性能定量評價(jià)和結(jié)構(gòu)修復(fù)加固提供依據(jù)。課題四綜合前三個(gè)課題的研究成果，建立有缺陷結(jié)構(gòu)服役性能預(yù)知模型和健康診斷理論，其重點(diǎn)是城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能評估與預(yù)知理論這一關(guān)鍵科學(xué)問題。課題五在課題一和課題二的基礎(chǔ)上，研究地下水環(huán)境下軌道交通地下結(jié)構(gòu)損傷的智能自修復(fù)機(jī)制，形成軌道交通地下結(jié)構(gòu)損傷自感知、自修復(fù)一體化理論與多尺度分析方法，建立基于性能退化的軌道交通地下結(jié)構(gòu)自適應(yīng)加固理論，并探索處于不同性能與環(huán)境下地下結(jié)構(gòu)生物/礦物自修復(fù)方法，為軌道交通地下結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)、自動(dòng)的修復(fù)加固提供理論基礎(chǔ)和方法體系。課題六是對前五個(gè)課題的綜合集成，建立城市軌道交通健康服役數(shù)字化平臺和智能服務(wù)

32、機(jī)制，構(gòu)建城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役的數(shù)字化保障和控制體系，并結(jié)合城市軌道交通工程，對理論成果進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證。本項(xiàng)目的研究目標(biāo)、關(guān)鍵科學(xué)問題與課題設(shè)置的相互關(guān)系如圖3所示。城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化與感控基礎(chǔ)理論科學(xué)問題科學(xué)問題一動(dòng)態(tài)時(shí)空環(huán)境效應(yīng)下的地下結(jié)構(gòu)性能演化機(jī)理研究內(nèi)容一動(dòng)態(tài)服役環(huán)境中的地下結(jié)構(gòu)材料全壽命期性能演化機(jī)理研究內(nèi)容二地下結(jié)構(gòu)性能與環(huán)境耦合作用機(jī)制課題與主要研究內(nèi)容科學(xué)問題二超長線狀地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)智慧感知與評估理論科學(xué)問題三地下水環(huán)境下的結(jié)構(gòu)自修復(fù)機(jī)制與自適應(yīng)控制理論研究內(nèi)容三超長線狀地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)智慧感知理論與方法研究內(nèi)容四動(dòng)態(tài)時(shí)空環(huán)境效應(yīng)下的地下結(jié)構(gòu)健康診斷與服役性能預(yù)知理

33、論研究內(nèi)容五地下水環(huán)境下的結(jié)構(gòu)智能自修復(fù)與加固理論研究內(nèi)容六地下結(jié)構(gòu)健康服役的數(shù)字化保障與控制體系研究方法室內(nèi)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測物理模擬理論分析數(shù)值模擬預(yù)期成果城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化、評估預(yù)知和控制理論圖3研究目標(biāo)、關(guān)鍵科學(xué)問題與課題設(shè)置的相互關(guān)系課題1：動(dòng)態(tài)服役環(huán)境中的地下結(jié)構(gòu)材料全壽命期性能演化機(jī)理研究目標(biāo)：從城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)材料性能的“形成及演化”的角度，系統(tǒng)分析地下結(jié)構(gòu)材料在“建造使用維護(hù)”全壽命期的性能特征及其演化規(guī)律，提出地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化的本源多尺度模型，創(chuàng)建城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)材料服役性能演化分析理論框架，為城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)服役性能評估和修復(fù)加固提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。研

34、究內(nèi)容：（1）地下結(jié)構(gòu)材料建設(shè)期性能形成機(jī)理針對城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)，研究地下結(jié)構(gòu)材料在建設(shè)期性能形成過程中的多尺度特征和動(dòng)態(tài)時(shí)變行為，分析影響地下結(jié)構(gòu)材料性能的物理化學(xué)力學(xué)要素，探求結(jié)構(gòu)材料性能形成的規(guī)律和機(jī)理；建立地下混凝土結(jié)構(gòu)材料早期性能與微觀結(jié)構(gòu)本構(gòu)模型；構(gòu)建地下結(jié)構(gòu)材料早期多尺度本構(gòu)模型和早期持荷對結(jié)構(gòu)服役性能影響的分析模型，提出城市軌道交通中現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)及預(yù)制構(gòu)件施工質(zhì)量的保障措施。（2）動(dòng)態(tài)服役環(huán)境中地下結(jié)構(gòu)材料服役性能的演變機(jī)理分析影響城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)材料服役性能的主要影響因素，研究復(fù)雜物理化學(xué)力學(xué)環(huán)境下結(jié)構(gòu)材料性能的退化機(jī)理。明確結(jié)構(gòu)材料及構(gòu)件在波動(dòng)環(huán)境影響下的響應(yīng)規(guī)律

35、、由于物質(zhì)運(yùn)移所產(chǎn)生的積聚效應(yīng)、在軌道交通低頻周期動(dòng)載作用下的疲勞效應(yīng)，以及雜散電流影響下混凝土性能退化機(jī)理，探索物理化學(xué)力學(xué)因素的耦合效應(yīng)的理論模型。3）固液氣耦合下全壽命期地下結(jié)構(gòu)材料性能演變機(jī)理針對城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)，研究地下水沿迎土面向結(jié)構(gòu)滲流的機(jī)制和環(huán)境介質(zhì)中離子隨水分的遷移過程；明確地下結(jié)構(gòu)臨空面干濕交替邊界的擴(kuò)散機(jī)理；建立表述城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)服役環(huán)境中干濕交替、長期沁潤、空氣溫度/濕度波動(dòng)等作用的特定邊值條件。（4）侵蝕性環(huán)境下具有初始損傷地下結(jié)構(gòu)材料的性能演變規(guī)律考慮軌道交通地下結(jié)構(gòu)由于施工過程所產(chǎn)生初始損傷，探索滲流耦合狀態(tài)下侵蝕性物質(zhì)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中沿其裂縫運(yùn)移的規(guī)律，研

36、究大氣環(huán)境及侵蝕性環(huán)境共同作用下，帶縫工作結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕機(jī)理和混凝土材料的性能劣化規(guī)律。經(jīng)費(fèi)比例：17%課題承擔(dān)單位：南京工業(yè)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：劉偉慶學(xué)術(shù)骨干：KlassvanBreugel，潘志華，王曙光課題2：地下結(jié)構(gòu)性能與環(huán)境耦合作用機(jī)制研究目標(biāo)：針對城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)服役過程中的環(huán)境作用特點(diǎn)，通過地下結(jié)構(gòu)性能與材料、環(huán)境的耦合作用機(jī)制研究，揭示復(fù)雜內(nèi)外因素作用下城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)長期性能的發(fā)展規(guī)律和破壞機(jī)理，建立考慮周邊環(huán)境影響的性能演化評估模型。發(fā)展適合地下混凝土結(jié)構(gòu)損傷、開裂、施工缺陷及破壞過程模擬的計(jì)算新理論，揭示有缺陷地下混凝土結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)變化規(guī)律及其長期性能演化

37、機(jī)理，開發(fā)能考慮城市軌道交通全壽命期性能的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和維護(hù)方法。研究內(nèi)容：（1）內(nèi)外環(huán)境變化與軌道交通地下結(jié)構(gòu)耦合的作用機(jī)制探索影響軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能的外界環(huán)境因素及其與結(jié)構(gòu)自身相互作用規(guī)律；綜合考慮土體介質(zhì)特性和地下水的影響，研究不同環(huán)境因素變化對軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能的時(shí)效影響機(jī)理，建立環(huán)境變化結(jié)構(gòu)性能時(shí)間之間的分析模型，揭示溫度和空氣動(dòng)力耦合作用對軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能的影響機(jī)制；闡明外界環(huán)境變化條件下軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能的全壽命劣化機(jī)理和發(fā)展規(guī)律；研究軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能控制指標(biāo)，考慮結(jié)構(gòu)全壽命期內(nèi)強(qiáng)度與剛度，建立基于性能的結(jié)構(gòu)全壽命周期設(shè)計(jì)與維護(hù)理論。（2）交通循環(huán)荷載對軌道交通

38、地下結(jié)構(gòu)性能的致?lián)p機(jī)理研究循環(huán)交通荷載條件下結(jié)構(gòu)土層相互作用機(jī)制，揭示交通循環(huán)荷載作用下完整和滲漏水狀態(tài)地下結(jié)構(gòu)的短期與長期致?lián)p機(jī)理；研究地層變異條件下和隧橋過渡段在列車動(dòng)力荷載下的長期沉降發(fā)展規(guī)律與短期沖擊破壞機(jī)理；研究列車荷載對隧道結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響以及結(jié)構(gòu)的動(dòng)力可靠性；建立交通循環(huán)荷載地層變異軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化模型和分析方法。（3）損傷與施工缺陷對地下結(jié)構(gòu)性能演化的影響機(jī)理分析城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)服役期存在的結(jié)構(gòu)損傷、施工缺陷及結(jié)構(gòu)病害類型與特征；研究適合地下混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷、開裂及破壞過程模擬的計(jì)算新理論；研究從微觀裂紋到宏觀裂縫的生成理論、擴(kuò)展追蹤和接觸摩擦算法。揭示施工不當(dāng)

39、引起缺陷狀態(tài)下地下混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變重分布規(guī)律及其裂縫、滲漏、破壞的機(jī)理，進(jìn)行有缺陷地下混凝土結(jié)構(gòu)性能分析與評估；對各種既有缺陷、損傷發(fā)展至病害層次的演化追蹤，揭示各種影響因素與結(jié)構(gòu)病害、各種不同病害之間的內(nèi)在聯(lián)系。課題承擔(dān)單位：中南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：彭立敏學(xué)術(shù)骨干：楊永斌，蔡永昌，戴瑛，楊小禮，施成華經(jīng)費(fèi)比例：17%課題3：超長線狀地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)智慧感知理論與方法研究目標(biāo)：針對城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)信道雜亂和電磁兼容性要求高等特點(diǎn)，研究適合于超長線狀地下結(jié)構(gòu)性能全壽命期的高效、全域、經(jīng)濟(jì)的智慧感知方法，突破軌道交通地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜環(huán)境下的智慧感知瓶頸，刻畫復(fù)雜環(huán)境下感知、通信、控制的脈絡(luò)結(jié)

40、構(gòu)，力圖利用感知信息揭示軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化規(guī)律，為服役性能定量評價(jià)和結(jié)構(gòu)修復(fù)加固提供依據(jù)。研究內(nèi)容：（1）地下結(jié)構(gòu)混凝土損傷智能傳感理論研究揭示軌道交通地下結(jié)構(gòu)多種服役工況下自感知智能體（壓電陶瓷、光纖陣列等）對損傷的動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律。建立地下結(jié)構(gòu)混凝土初始損傷與缺陷的發(fā)現(xiàn)模型，形成適應(yīng)軌道交通復(fù)雜服役環(huán)境的地下結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部狀態(tài)的實(shí)時(shí)、無損、在線智能傳感理論。2）超長線狀地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)感知方法針對超長線狀地下結(jié)構(gòu)特定的服役環(huán)境，研究溫濕度、加速度、裂縫開展度、變形量、滲漏量等物理量指標(biāo)的狀態(tài)感知方式。研究微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）智慧終端的實(shí)現(xiàn)方法，確立城市軌道交通環(huán)境下感知信息顆粒度、精度

41、、信息維度等關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)感知結(jié)構(gòu)性能參數(shù)空間在感知系統(tǒng)上的有效映射。（3）地下復(fù)雜區(qū)域無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）的集成與應(yīng)用理論針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)感知中的適用性等難題，研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)上部署的系統(tǒng)架構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、結(jié)點(diǎn)配置等，通過信息融合等方法力爭實(shí)現(xiàn)感知功能自適應(yīng)，感知結(jié)構(gòu)自組織，感知信息自涌現(xiàn)。滿足復(fù)雜多變環(huán)境下結(jié)構(gòu)狀態(tài)感知信息的實(shí)時(shí)性、感知結(jié)構(gòu)的魯棒性要求。發(fā)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在地下復(fù)雜區(qū)域的應(yīng)用理論。課題承擔(dān)單位：同濟(jì)大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：黃宏偉學(xué)術(shù)骨干：KenichiSoga，何斌，謝雄耀，張亞英經(jīng)費(fèi)比例：15%課題4、動(dòng)態(tài)時(shí)空環(huán)境效應(yīng)下的地下結(jié)構(gòu)健康診斷與服役性能預(yù)知理論研究目標(biāo)：基于城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)為線狀結(jié)構(gòu)以及受結(jié)構(gòu)內(nèi)、外環(huán)境雙重約束的力學(xué)特點(diǎn)，在研究內(nèi)容一和研究內(nèi)容二的基礎(chǔ)上，建立有缺陷地下結(jié)構(gòu)服役性能的預(yù)知模型，從而對地下結(jié)構(gòu)健康演化過程做出描述，揭示城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)長期性能退化機(jī)理?；诤Ａ繑?shù)據(jù)分析，提出地下結(jié)構(gòu)病害發(fā)展過程中的特征指標(biāo)體系和定量化評價(jià)基準(zhǔn)，建立地下結(jié)構(gòu)健康診斷理論和方法。研究內(nèi)容：（1）地下結(jié)構(gòu)健康診斷的指標(biāo)體系和診斷基準(zhǔn)基于潛在病害風(fēng)險(xiǎn)因素的分析，選取城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)主要病害指標(biāo)，對其演化特征及其對結(jié)構(gòu)整體健康影響的映射關(guān)系進(jìn)行定量化研究。探討多種病害交互作用對地下結(jié)構(gòu)的復(fù)合影