[發明專利]一種正應力和剪應力不同權重二維應力場反演方法及系統

有效

• 申請號: 202010775091.1
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111881612B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 裴啟濤;姚華;陳建斌;和禮紅;熊永華;彭定新;蔡清;楊安民;吳磊
• 申請（專利權）人: 武漢市政工程設計研究院有限責任公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 武漢謙源知識產權代理事務所(普通合伙) 42251
• 代理人: 王力

本發明涉及一種正應力和剪應力不同權重二維應力場反演方法及系統，其方法包括獲取不同測點的應力參數測量信息；根據工程地質信息建立有限元數值分析模型，并在二維空間內不同方向上分別施加荷載，分別確定對應荷載作用下測點處的應力計算值；建立二維地應力場反演目標函數模型并進行反演分析，獲得不同權重下測點處的應力計算值和應力回歸系數；建立地應力場反演效果評價的誤差公式并確定最優的目標地應力場。本發明解決了剪應力與正應力間由于數值量級差異引起的剪應力易被忽略的問題，反演獲得的地應力場精度大大提高，可準確、可靠、高效地獲取地應力場分布特征，為科學識別開挖后的硐室圍巖變形破壞特征提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及巖土工程和數值分析技術領域，尤其涉及一種正應力和剪應力不同權重二維應力場反演方法及系統。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展及西部大開發戰略的實施，我國在水利水電工程、交通、國防等領域的建設正密集展開，與此相關的地下工程越來越多，并呈現出“深埋、超長、特大”的發展趨勢。工程實踐表明，地應力是引起地下工程圍巖變形和破壞的根本作用力，伴隨著工程安全問題的日益重視，預先對工程區地應力分布特征進行研究是一項必備的工作，已成為當今巖石力學界研究的熱點和重要課題之一。

由于地應力成因的復雜性和不確定性，人們很難準確地認識其形成機理，只能通過外部的觀測信息、現場有限的實測資料及地質構造條件，采用有效的分析方法進行巖體應力場反演。目前國內外模擬巖體應力場的方法主要包括位移反分析方法和應力反演分析方法，對于地質條件較為復雜、地應力場非線性特征較為突出區域，常常采用應力場反演分析法。然而，在采用應力反演法進行分析時，現有的研究成果在地應力場反演目標函數的建立方面，較常采用離差平方和來度量兩個應力張量之間的接近程度。由于應力張量中的剪應力較之正應力要小得多，尤其對于深埋工程，甚至存在數量級的差異，若仍然采用該方法勢必會導致剪應力擬合處于次要甚至被忽略不計的地位，從而容易產生對硐室圍巖破壞特征的誤判，對工程安全建設危害極大。然而，該方面現有成果相對較少，尚未建立起合理反映正應力和剪應力權重影響的地應力場反演方法。可見，如何構建正應力與剪應力不等權重下的二維應力場反演目標函數，并結合簡易的室內試驗、有限的現場測試成果及數值分析模型，準確、高效地獲取地下工程應力場分布特征，為科學識別開挖后的硐室圍巖變形破壞特征，以及永久支護設計的優化提供必備的基礎資料，是急需解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種正應力和剪應力不同權重二維應力場反演方法及系統。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種正應力和剪應力不同權重二維應力場反演方法，所述方法包括如下步驟：

通過原位應力測試和承壓板載荷試驗，獲取二維空間不同部位測點的應力參數測量信息；

根據工程地質信息建立有限元數值分析模型，并在二維空間內不同方向上分別施加荷載，分別確定對應荷載作用下測點處的應力計算值；

建立正應力和剪應力不同權重的二維地應力場反演目標函數模型：

其中，S_殘'為殘余誤差值，m為測點的總數，分別為第k個測點第1個、第2個正應力的測量值，為第k個測點剪應力的測量值，w為正應力權重，w的范圍為[0,1]；分別為第k個測點在對應荷載作用下的第1個、第2個正應力計算值，為第k個測點在對應荷載作用下的剪應力計算值；

分別采用正應力和剪應力不同權重下的地應力場反演目標函數對目標地應力場進行反演分析，獲得不同權重下測點處的應力計算值和應力回歸系數；

建立地應力場反演效果評價的誤差計算公式，并根據所述應力參數測量信息以及不同權重下測點處的所述應力計算值和應力回歸系數確定目標地應力場。