[發(fā)明專利]一種根據巖芯餅化識別地應力的智能系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910012644.1
• 申請日: 2009-07-20
• 公開（公告）號: CN101609050A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發(fā)明（設計）人: 姜諳男
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G06N3/12
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發(fā)明涉及一種通過巖芯餅化識別地應力的方法和裝置，尤其是涉及到一 種基于自動攝像技術和電腦智能分析的巖芯餅化識別地應力的系統(tǒng)。

背景技術

隨著我國基礎建設的進行，巖石力學與工程領域的建設項目日益增多，出 現越來越多的深部巖石工程，例如深部采礦工程、深部石油開采工程等。深部 工程的現場地應力是決定鉆井設計、施工成敗和水力致裂參數的關鍵因素。

目前對于深部巖石工程的原巖地應力而言，現有的水壓致裂法、應力解除 法等常規(guī)測試方法受到限制，無法實施。在高應力環(huán)境中進行巖石取芯過程中， 常常發(fā)現巖芯存在著餅狀的斷裂現象，這些巖餅斷裂模式及餅化厚度的不同， 對應著原巖地應力的不同分布規(guī)律，因此人們憑經驗通過巖石取芯過程中巖芯 破壞的模式來推斷原巖應力。但是由于巖芯餅化的機理和影響因素比較復雜， 破壞模式與巖石自身性質和應力環(huán)境狀態(tài)均有很大的關系，這些原巖應力的推 斷方法有很大的盲目性和隨意性。

發(fā)明內容

為了克服深部原巖應力監(jiān)測和識別方法的不足，本發(fā)明提供了一種集數碼 攝像、圖象識別、數值計算與優(yōu)化的通過巖芯餅化模式自動推測深部原巖地應 力的裝置和方法。彌補傳統(tǒng)的地應力監(jiān)測方法的不足，節(jié)省可觀的監(jiān)測費用， 具有重要的意義。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的方案是：先通過數碼攝像方法獲得巖芯破壞 的情況，利用計算機的圖象識別技術，結合巖芯餅化力學有限元的數值模擬， 采用差異進化的優(yōu)化方法進行破壞模式的識別，搜索到與餅化厚度一致的原巖 應力狀態(tài)。這種技術方案，利用了計算機的數值計算和優(yōu)化識別能力，在原巖 應力的優(yōu)化識別過程中，不事先人為確定破壞形式(拉伸破壞、或剪切破壞)， 而是基于巖土工程廣泛應用的莫爾-庫侖準則獲得彈性力學框架的單元安全度， 在有限元中識別到單元達到極限破壞狀態(tài)，則該單元破壞。具體技術內容如下：

一種根據巖芯餅化識別地應力的方法，其特征在于包括如下步驟：

a、通過收集工程地質調查數據，預估地應力范圍，選擇待識別的地應力變 量；

b、通過攝像設備對鉆取巖芯進行攝像，并對獲取的圖像進行識別，即識別 出巖芯裂隙的間距和角度；

c、根據步驟a獲取的資料信息和步驟b已識別的圖像信息，建立巖芯鉆取 的三維有限元模型，同時施加應力邊界條件，模擬實際巖芯受力狀況，根據實 際觀測的巖芯斷裂面，即餅化厚度在模型中相應的位置設置1個以上的測點， 后根據上述測點是否處于破壞狀態(tài)，通過下述地應力識別的有約束的優(yōu)化問題 的目標函數獲取地應力變量：

Min{(∑_i＝1^Kabs(1-F_i))}

式中F_i＝min{F_si，F_ti}，其中F_i為潛在面上觀測點的第i個單元的抗剪安全度F_si和抗拉安全度F_ti的最小值，K為潛在破壞面上單元個數即測點個數；

d、優(yōu)化算法初始化：在步驟c的模型中所述施加應力邊界條件后，對應使 潛在破壞面的單元剛好破壞，將地應力變量作為差異進化算法的搜索變量，將 數值計算潛在破壞面的單元安全度情況作為差異進化算法的評價值，這樣將步 驟c中的數值計算嵌入到差異進化算法中，設置差異進化初始參數：優(yōu)化變量 數目和種群數量，同時設置縮放因子F和雜交概率常數CR值；設定收斂準則： 最小適應值或者最大迭代步數，進行優(yōu)化搜索計算；

e、算法適應值評價：結合步驟d設定的參數，差異進化算法把每一個可能 的解看成一個個體，先隨機產生Np個可能的地應力變量(Np稱為種群)，根據 這些地應力變量，分別按照步驟c分別計算潛在破壞面單元的安全度，其中單 元安全度是基于彈性力學的框架并結合摩爾庫侖準則得到的，將單元安全度與1 的誤差作為適應值，結合步驟c中的計算公式如下：Min{(∑_i＝1^Kabs(1-F_i))}進行計 算；

f、變異操作：縮放種群中任意兩個目標向量個體之間的差值并疊加到種群 中的第3個向量個體上，形成新的變量，計算公式如下：

V_i，j(G+1)＝x_r1j(G)+F(x_r2j(G)-x_r3j(G))