基于VMD-HHT冲击回波法的隧道衬砌检测技术研究

研究目的:针对常规冲击回波法在进行隧道衬砌脱空检测时容易出现多重峰值、虚假频率等问题，提出以模糊熵和相关系数为综合目标函数的遗传算法对原始信号进行最优化变分模态分解(VMD),然后基于希尔伯特-黄变换(HHT)计算信号的边际谱，并据此进行脱空检测分析，解决了傅里叶变换对非平稳冲击回波信号分析存在的固有缺陷，并基于仿真信号和隧道衬砌物理模型检测信号对数据处理方法进行了验证。研究结论:(1)以模糊熵和相关系数为综合目标函数的遗传算法有效实现了VMD分解参数的最优化，避免了人为设定参数所具有的偶然性；(2)VMD能够自适应地实现对冲击回波信号不同主频分量的有效分离，不存在模态混叠，因此能够有效滤除噪音信号，提高数据信噪比；(3)本文所提出的基于改进VMD-HHT的冲击回波法能够对衬砌厚度进行可靠检测，且检测结果中主频清晰明显，干扰远小于常用的傅里叶变换，不容易产生误判，有效提高了检测精度；(4)由于傅里叶变换及VMD-HHT处理方法的检测结果均存在一定的误差，因此要精确判断衬砌是否存在脱空，需结合隧道衬砌为密实情况的结果进行综合对比分析。