跨尺度復雜地質體地應力場識別方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種跨尺度復雜地質體地應力場識別方法，屬于地質工程、巖體工程和數值分析【技術領域】，包括：建立能夠對地應力進行識別的優(yōu)化模型；采用遺傳算法對優(yōu)化模型進行求解，以得到地質體的原巖參數和側壓系數；將地質體的原巖參數代入三維數值模型，以獲得應力場。實施上述方法的裝置，包括優(yōu)化模塊建立模塊，用于建立能夠對地應力進行識別的優(yōu)化模型；遺傳算法計算模塊，用于對優(yōu)化模型進行求解，以得到地質體的原巖參數和側壓系數；地應力場獲得模塊，用于將地質體的原巖參數代入三維數值模型，以獲得地應力場。本發(fā)明可獲得地質體中的初始地應力場，以解決現有的地應力反演理論與方法，對于復雜的跨尺度地質體的地應力反演存在局限性缺點。
【專利說明】跨尺度復雜地質體地應力場識別方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地質工程、巖體工程和數值分析【技術領域】，尤其是一種跨尺度復雜地質體地應力場識別方法及裝置。
【背景技術】
[0002]地應力是存在于地層中的天然應力，是導致巖體工程變形破壞和巖爆動力災害的內動力，是巖體工程穩(wěn)定性分析和災害防控必須考慮的重要因素。
[0003]地質體經歷了漫長的地質構造運動和多次地質改造作用，在地層內封存不同時期的殘余構造作用力。不同地質體所受到地質作用類型、作用程度、作用時間和經歷次數的不同，導致地質體的地應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造形跡，可能導致地質體中的地應力分布發(fā)生突變或反轉，由此給跨尺度地應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【技術領域】長期研究而難以解決的技術難題。
[0004]地應力測量仍是目前地應力研究的最重要手段。根據工程范圍、重要程度以及復雜程度，開展與之相適應的地應力測量數量，在此基礎上進行回歸分析和地應力研究。由于受時間和經費的限制，大部分工程的地應力測量數量十分有限，且受測量手段和方法等因素的影響，由此所獲得的地應力測試結果往往還存在很大程度的離散性，從而給地應力場分布規(guī)律研究帶來很大困難，由此給地質工程的定量分析還難以定量應用的三個重要因素之一 O
[0005]為了提高地應力場研究的可靠性，目前人們一直在研究和探索地應力場反演理論和模擬方法。上個世紀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)測進行巖體力學參數與地應力反演[12]。隨著人工技術的發(fā)展，人們開展了大量的基于神經網絡與數值計算相結合的地應力反演研究。近年來，人們開展利用地質構造形跡以及圍巖的變形破壞特性估算地應力場的大小和方向。
[0006]總結目前地質體的地應力場的反演已經獲得很大進展，尤其是采用人工神經網絡與數值模型相結合，以地應力的計算值接近實測值為反演依據，為復雜地應力場的反演提供較好的研究途徑。但現有的地應力反演存在局限性是，基于神經網絡的地應力反演或者是對有限地應力實測結果的訓練和預測，或者是借助于數值模型擴大地應力樣本而提高地應力的預測精度，因此，現有的地應力反演理論與方法對于復雜的跨尺度地質體的地應力反演還存在一定局限性。

【發(fā)明內容】

[0007]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體中的初始地應力場的跨尺度復雜地質體地應力場識別方法及裝置。
[0008]為實現上述目的，本發(fā)明提供一種跨尺度復雜地質體地應力場識別方法，包括以下步驟:[0009]S100、建立能夠對地應力進行識別的優(yōu)化模型；
[0010]S200、采用遺傳算法對優(yōu)化模型進行求解，以得到地質體的原巖參數和側壓系數；
[0011]S300、將地質體的原巖參數代入三維數值模型，以獲得應力場。
[0012]上述的跨尺度復雜地質體地應力場識別方法，其中，在步驟SlOO中，包括:
[0013]S101、采用遺傳規(guī)劃，根據已知的地應力測點，建立地應力監(jiān)測點地應力與原巖參數和側壓系數的函數關系；
[0014]S102、根據地應力監(jiān)測點的地應力計算值與實測值之差的平方和達到最小為優(yōu)化目標，并建立原巖應力和側壓系數的優(yōu)化模型。
[0015]上述的跨尺度復雜地質體地應力場識別方法，其中，在步驟SlOl中，地建立第j個地應力測點(j=l，15)地應力(大小和方向)與原巖參數(密度Y、彈性模量E、泊松比μ )及側壓系數(X方向側壓系數λ1和y方向側壓系數λ 2)之間的函數關系如下:
[001 6]
【權利要求】
1.一種跨尺度復雜地質體地應力場識別方法，包括以下步驟: S100、建立能夠對地應力進行識別的優(yōu)化模型； S200、采用遺傳算法對優(yōu)化模型進行求解，以得到地質體的原巖參數和側壓系數； S300、將地質體的原巖參數代入三維數值模型，以獲得地應力場。
2.根據權利要求1所述的跨尺度復雜地質體地應力場識別方法，其特征在于，在步驟SlOO中，包括: S101、采用遺傳規(guī)劃，根據已知的地應力測點，建立地應力監(jiān)測點地應力與原巖參數和側壓系數的函數關系； S102、根據地應力監(jiān)測點的地應力計算值與實測值之差的平方和達到最小為優(yōu)化目標，并建立原巖應力和側壓系數的優(yōu)化模型。
3.根據權利要求2所述的跨尺度復雜地質體地應力場識別方法，其特征在于，在步驟SlOl中，建立第j個地應力測點(j=l，15)地應力(大小和方向)與原巖參數(密度Y、彈性模量E、泊松比μ )及側壓系數(X方向側壓系數入1和7方向側壓系數λ 2)之間的函數關系如下:
4.根據權利要求2所述的跨尺度復雜地質體地應力場識別方法，其特征在于，在步驟S102中，優(yōu)化模型的目標函數如下:

5.根據權利要求1所述的跨尺度復雜地質體地應力場識別方法，其特征在于，在步驟S200中，地質體的原巖參數和側壓系數如下: 上盤區(qū)原巖參數
6.根據權利要求1所述的跨尺度復雜地質體地應力場識別方法，其特征在于，在步驟S300中，將所獲得的地質體原巖參數；<、E;、//, 7:, E；, μ,， Ε；, μ:, 4, E4, μ\，/I1*, Λ代入三維數值模型進行計算，由此獲得的應力場。
7.一種實施權利要求1中所述跨尺度復雜地質體地應力場識別方法的裝置，其特征在于，包括: 優(yōu)化模塊建立模塊，用于建立能夠對地應力進行識別的優(yōu)化模型； 遺傳算法計算模塊，用于對優(yōu)化模型進行求解，以得到地質體的原巖參數和側壓系數； 地應力場獲得模塊，用于將地質體的原巖參數代入三維數值模型，以獲得地應力場。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，在所述優(yōu)化模塊建立模塊中，包括: 采用遺傳規(guī)劃，根據已知的地應力測點，建立地應力監(jiān)測點地應力與原巖參數和側壓系數的函數關系； 根據地應力監(jiān)測點的地應力計算值與實測值之差的平方和達到最小為優(yōu)化目標，并建立原巖應力和側壓系數的優(yōu)化模型。
9.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，經遺傳算法計算模塊處理后，地質體的原巖參數和側壓系數如下: 上盤區(qū)原巖參數:<、Ε;、μ 礦體的原巖參數:K、Ε;、//:； 下盤區(qū)原巖參數:匕、Ε、、μ、' ； 斷層原巖參數:K、K、μ\ 礦區(qū)初始地應力側壓系數:<、A2*。
10.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，通過地應力場獲得模塊，將所獲得的地質體原石參數 E1^ μχ，/2、Ε2、μ2，/3、Ε'、μ'，f4、//4，An 義2代入三維數值模型進行計算，由此獲得的應力場。
【文檔編號】G06F19/00GK103605900SQ201310630082
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】高謙, 楊志強, 陳得信, 翟淑花, 田立鵬, 雷揚 申請人:金川集團股份有限公司, 北京科技大學