跨尺度复杂地质体地应力场识别方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种跨尺度复杂地质体地应力场识别方法，属于地质工程、岩体工程和数值分析【技术领域】，包括：建立能够对地应力进行识别的优化模型；采用遗传算法对优化模型进行求解，以得到地质体的原岩参数和侧压系数；将地质体的原岩参数代入三维数值模型，以获得应力场。实施上述方法的装置，包括优化模块建立模块，用于建立能够对地应力进行识别的优化模型；遗传算法计算模块，用于对优化模型进行求解，以得到地质体的原岩参数和侧压系数；地应力场获得模块，用于将地质体的原岩参数代入三维数值模型，以获得地应力场。本发明可获得地质体中的初始地应力场，以解决现有的地应力反演理论与方法，对于复杂的跨尺度地质体的地应力反演存在局限性缺点。
【专利说明】跨尺度复杂地质体地应力场识别方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种地质工程、岩体工程和数值分析【技术领域】，尤其是一种跨尺度复杂地质体地应力场识别方法及装置。
【背景技术】
[0002]地应力是存在于地层中的天然应力，是导致岩体工程变形破坏和岩爆动力灾害的内动力，是岩体工程稳定性分析和灾害防控必须考虑的重要因素。
[0003]地质体经历了漫长的地质构造运动和多次地质改造作用，在地层内封存不同时期的残余构造作用力。不同地质体所受到地质作用类型、作用程度、作用时间和经历次数的不同，导致地质体的地应力大小和方向在空间和时间上存在变异性。尤其断层、褶皱和剪切带等较大的构造形迹，可能导致地质体中的地应力分布发生突变或反转，由此给跨尺度地应力场的反演和分布规律研究带来极大困难，一直成为岩土工程【技术领域】长期研究而难以解决的技术难题。
[0004]地应力测量仍是目前地应力研究的最重要手段。根据工程范围、重要程度以及复杂程度，开展与之相适应的地应力测量数量，在此基础上进行回归分析和地应力研究。由于受时间和经费的限制，大部分工程的地应力测量数量十分有限，且受测量手段和方法等因素的影响，由此所获得的地应力测试结果往往还存在很大程度的离散性，从而给地应力场分布规律研究带来很大困难，由此给地质工程的定量分析还难以定量应用的三个重要因素之一 O
[0005]为了提高地应力场研究的可靠性，目前人们一直在研究和探索地应力场反演理论和模拟方法。上个世纪80年代首次提出了粘弹性位移反分析法，通过开挖工程的变形监测进行岩体力学参数与地应力反演[12]。随着人工技术的发展，人们开展了大量的基于神经网络与数值计算相结合的地应力反演研究。近年来，人们开展利用地质构造形迹以及围岩的变形破坏特性估算地应力场的大小和方向。
[0006]总结目前地质体的地应力场的反演已经获得很大进展，尤其是采用人工神经网络与数值模型相结合，以地应力的计算值接近实测值为反演依据，为复杂地应力场的反演提供较好的研究途径。但现有的地应力反演存在局限性是，基于神经网络的地应力反演或者是对有限地应力实测结果的训练和预测，或者是借助于数值模型扩大地应力样本而提高地应力的预测精度，因此，现有的地应力反演理论与方法对于复杂的跨尺度地质体的地应力反演还存在一定局限性。
【发明内容】
[0007]针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种可以获得地质体中的初始地应力场的跨尺度复杂地质体地应力场识别方法及装置。
[0008]为实现上述目的，本发明提供一种跨尺度复杂地质体地应力场识别方法，包括以下步骤:[0009]S100、建立能够对地应力进行识别的优化模型；
[0010]S200、采用遗传算法对优化模型进行求解，以得到地质体的原岩参数和侧压系数；
[0011]S300、将地质体的原岩参数代入三维数值模型，以获得应力场。
[0012]上述的跨尺度复杂地质体地应力场识别方法，其中，在步骤SlOO中，包括:
[0013]S101、采用遗传规划，根据已知的地应力测点，建立地应力监测点地应力与原岩参数和侧压系数的函数关系；
[0014]S102、根据地应力监测点的地应力计算值与实测值之差的平方和达到最小为优化目标，并建立原岩应力和侧压系数的优化模型。
[0015]上述的跨尺度复杂地质体地应力场识别方法，其中，在步骤SlOl中，地建立第j个地应力测点(j=l，15)地应力(大小和方向)与原岩参数(密度Y、弹性模量E、泊松比μ )及侧压系数(X方向侧压系数λ1和y方向侧压系数λ 2)之间的函数关系如下:
[001 6]
【权利要求】
1.一种跨尺度复杂地质体地应力场识别方法，包括以下步骤: S100、建立能够对地应力进行识别的优化模型； S200、采用遗传算法对优化模型进行求解，以得到地质体的原岩参数和侧压系数； S300、将地质体的原岩参数代入三维数值模型，以获得地应力场。
2.根据权利要求1所述的跨尺度复杂地质体地应力场识别方法，其特征在于，在步骤SlOO中，包括: S101、采用遗传规划，根据已知的地应力测点，建立地应力监测点地应力与原岩参数和侧压系数的函数关系； S102、根据地应力监测点的地应力计算值与实测值之差的平方和达到最小为优化目标，并建立原岩应力和侧压系数的优化模型。
3.根据权利要求2所述的跨尺度复杂地质体地应力场识别方法，其特征在于，在步骤SlOl中，建立第j个地应力测点(j=l，15)地应力(大小和方向)与原岩参数(密度Y、弹性模量E、泊松比μ )及侧压系数(X方向侧压系数入1和7方向侧压系数λ 2)之间的函数关系如下:
4.根据权利要求2所述的跨尺度复杂地质体地应力场识别方法，其特征在于，在步骤S102中，优化模型的目标函数如下:
5.根据权利要求1所述的跨尺度复杂地质体地应力场识别方法，其特征在于，在步骤S200中，地质体的原岩参数和侧压系数如下: 上盘区原岩参数
6.根据权利要求1所述的跨尺度复杂地质体地应力场识别方法，其特征在于，在步骤S300中，将所获得的地质体原岩参数；<、E;、//, 7:, E；, μ,， Ε；, μ:, 4, E4, μ\，/I1*, Λ代入三维数值模型进行计算，由此获得的应力场。
7.一种实施权利要求1中所述跨尺度复杂地质体地应力场识别方法的装置，其特征在于，包括: 优化模块建立模块，用于建立能够对地应力进行识别的优化模型； 遗传算法计算模块，用于对优化模型进行求解，以得到地质体的原岩参数和侧压系数； 地应力场获得模块，用于将地质体的原岩参数代入三维数值模型，以获得地应力场。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述优化模块建立模块中，包括: 采用遗传规划，根据已知的地应力测点，建立地应力监测点地应力与原岩参数和侧压系数的函数关系； 根据地应力监测点的地应力计算值与实测值之差的平方和达到最小为优化目标，并建立原岩应力和侧压系数的优化模型。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，经遗传算法计算模块处理后，地质体的原岩参数和侧压系数如下: 上盘区原岩参数:<、Ε;、μ 矿体的原岩参数:K、Ε;、//:； 下盘区原岩参数:匕、Ε、、μ、' ； 断层原岩参数:K、K、μ\ 矿区初始地应力侧压系数:<、A2*。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，通过地应力场获得模块，将所获得的地质体原石参数 E1^ μχ，/2、Ε2、μ2，/3、Ε'、μ'，f4、//4，An 义2代入三维数值模型进行计算，由此获得的应力场。
【文档编号】G06F19/00GK103605900SQ201310630082
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】高谦, 杨志强, 陈得信, 翟淑花, 田立鹏, 雷扬 申请人:金川集团股份有限公司, 北京科技大学