[發(fā)明專利]跨尺度復(fù)雜地質(zhì)體地應(yīng)力場識別方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310630082.3
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103605900A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高謙;楊志強(qiáng);陳得信;翟淑花;田立鵬;雷揚
• 申請（專利權(quán)）人: 金川集團(tuán)股份有限公司;北京科技大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京匯信合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11335
• 代理人: 戴鳳儀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地質(zhì)工程、巖體工程和數(shù)值分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種跨尺度復(fù)雜地質(zhì)體地應(yīng)力場識別方法及裝置。

背景技術(shù)

地應(yīng)力是存在于地層中的天然應(yīng)力，是導(dǎo)致巖體工程變形破壞和巖爆動力災(zāi)害的內(nèi)動力，是巖體工程穩(wěn)定性分析和災(zāi)害防控必須考慮的重要因素。

地質(zhì)體經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)構(gòu)造運動和多次地質(zhì)改造作用，在地層內(nèi)封存不同時期的殘余構(gòu)造作用力。不同地質(zhì)體所受到地質(zhì)作用類型、作用程度、作用時間和經(jīng)歷次數(shù)的不同，導(dǎo)致地質(zhì)體的地應(yīng)力大小和方向在空間和時間上存在變異性。尤其斷層、褶皺和剪切帶等較大的構(gòu)造形跡，可能導(dǎo)致地質(zhì)體中的地應(yīng)力分布發(fā)生突變或反轉(zhuǎn)，由此給跨尺度地應(yīng)力場的反演和分布規(guī)律研究帶來極大困難，一直成為巖土工程技術(shù)領(lǐng)域長期研究而難以解決的技術(shù)難題。

地應(yīng)力測量仍是目前地應(yīng)力研究的最重要手段。根據(jù)工程范圍、重要程度以及復(fù)雜程度，開展與之相適應(yīng)的地應(yīng)力測量數(shù)量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行回歸分析和地應(yīng)力研究。由于受時間和經(jīng)費的限制，大部分工程的地應(yīng)力測量數(shù)量十分有限，且受測量手段和方法等因素的影響，由此所獲得的地應(yīng)力測試結(jié)果往往還存在很大程度的離散性，從而給地應(yīng)力場分布規(guī)律研究帶來很大困難，由此給地質(zhì)工程的定量分析還難以定量應(yīng)用的三個重要因素之一。

為了提高地應(yīng)力場研究的可靠性，目前人們一直在研究和探索地應(yīng)力場反演理論和模擬方法。上個世紀(jì)80年代首次提出了粘彈性位移反分析法，通過開挖工程的變形監(jiān)測進(jìn)行巖體力學(xué)參數(shù)與地應(yīng)力反演[12]。隨著人工技術(shù)的發(fā)展，人們開展了大量的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)值計算相結(jié)合的地應(yīng)力反演研究。近年來，人們開展利用地質(zhì)構(gòu)造形跡以及圍巖的變形破壞特性估算地應(yīng)力場的大小和方向。

總結(jié)目前地質(zhì)體的地應(yīng)力場的反演已經(jīng)獲得很大進(jìn)展，尤其是采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)值模型相結(jié)合，以地應(yīng)力的計算值接近實測值為反演依據(jù)，為復(fù)雜地應(yīng)力場的反演提供較好的研究途徑。但現(xiàn)有的地應(yīng)力反演存在局限性是，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地應(yīng)力反演或者是對有限地應(yīng)力實測結(jié)果的訓(xùn)練和預(yù)測，或者是借助于數(shù)值模型擴(kuò)大地應(yīng)力樣本而提高地應(yīng)力的預(yù)測精度，因此，現(xiàn)有的地應(yīng)力反演理論與方法對于復(fù)雜的跨尺度地質(zhì)體的地應(yīng)力反演還存在一定局限性。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種可以獲得地質(zhì)體中的初始地應(yīng)力場的跨尺度復(fù)雜地質(zhì)體地應(yīng)力場識別方法及裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種跨尺度復(fù)雜地質(zhì)體地應(yīng)力場識別方法，包括以下步驟：

S100、建立能夠?qū)Φ貞?yīng)力進(jìn)行識別的優(yōu)化模型；

S200、采用遺傳算法對優(yōu)化模型進(jìn)行求解，以得到地質(zhì)體的原巖參數(shù)和側(cè)壓系數(shù)；

S300、將地質(zhì)體的原巖參數(shù)代入三維數(shù)值模型，以獲得應(yīng)力場。

上述的跨尺度復(fù)雜地質(zhì)體地應(yīng)力場識別方法，其中，在步驟S100中，包括：

S101、采用遺傳規(guī)劃，根據(jù)已知的地應(yīng)力測點，建立地應(yīng)力監(jiān)測點地應(yīng)力與原巖參數(shù)和側(cè)壓系數(shù)的函數(shù)關(guān)系；

S102、根據(jù)地應(yīng)力監(jiān)測點的地應(yīng)力計算值與實測值之差的平方和達(dá)到最小為優(yōu)化目標(biāo)，并建立原巖應(yīng)力和側(cè)壓系數(shù)的優(yōu)化模型。

上述的跨尺度復(fù)雜地質(zhì)體地應(yīng)力場識別方法，其中，在步驟S101中，地建立第j個地應(yīng)力測點（j=1,15）地應(yīng)力（大小和方向）與原巖參數(shù)（密度γ、彈性模量E、泊松比μ）及側(cè)壓系數(shù)（x方向側(cè)壓系數(shù)λ₁和y方向側(cè)壓系數(shù)λ₂）之間的函數(shù)關(guān)系如下：

σ'_j1=f_1i(γ₁,E₁,μ₁,γ₂,E₂,μ₂,γ₃,E₃,μ₃,γ₄,E₄,μ₄,λ₁,λ₂)

σ'_j2=f_2i(γ₁,E₁,μ₁,γ₂,E₂,μ₂,γ₃,E₃,μ₃,γ₄,E₄,μ₄,λ₁,λ₂)