【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及的是隧道和地下空間工程領(lǐng)域中的地應(yīng)力場(chǎng)反演方法，具體是一種采用位移不連續(xù)法(DDM)作為計(jì)算工具的基于實(shí)測(cè)結(jié)果及線性規(guī)劃法的地應(yīng)力場(chǎng)反演方法。
技術(shù)介紹
地應(yīng)力是天然地質(zhì)體(巖土體)中的未受工程擾動(dòng)的應(yīng)力，也稱巖體初始應(yīng)力或原巖應(yīng)力。地應(yīng)力的組成主要有五個(gè)方面:巖體自重、地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地形、剝蝕作用和封閉應(yīng)力。在隧道、水電站地下硐室和地下空間工程中，工程區(qū)域的地應(yīng)力是設(shè)計(jì)與施工必須掌握的工程條件。地下工程的巖體開挖是在地應(yīng)力作用下進(jìn)行的，開挖卸載將引起巖體變形與應(yīng)力重分布，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生失穩(wěn)、垮塌和破壞。因此，工程區(qū)域地應(yīng)力的獲取關(guān)系到地下工程安全與穩(wěn)定。地應(yīng)力的實(shí)測(cè)方法主要有水壓致裂法、應(yīng)力解除法、應(yīng)力恢復(fù)法和聲發(fā)射法等，但這些實(shí)測(cè)方法獲得的地應(yīng)力是具體某一個(gè)點(diǎn)的地應(yīng)力，而整個(gè)工程區(qū)域的地應(yīng)力場(chǎng)需要依靠若干個(gè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)地應(yīng)力值，通過一定的數(shù)值方法進(jìn)行反演獲得。既有的地應(yīng)力場(chǎng)反演方法有數(shù)理統(tǒng)計(jì)、灰色建模、人工智能等方法，所依靠的數(shù)值計(jì)算工具一般為有限元和有限差分法。這些方法的不足主要有兩點(diǎn):一是反演方法復(fù)雜，計(jì)算過程繁瑣，在數(shù)學(xué)上進(jìn)行了優(yōu)化反演，但力學(xué)概念上并不清晰；二是所采用的計(jì)算工具，如有限元和有線差分法，需要建立完整的三維實(shí)體模型，而工程區(qū)域的地形和地質(zhì)條件可能十分復(fù)雜，建模可能十分困難，且三維實(shí)體模型需要?jiǎng)澐执罅康膯卧瑢?duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度與能力要求較高。如中國專利公開號(hào)為1601304A、申請(qǐng)?zhí)枮?00410043992.2的專利技術(shù)專利申請(qǐng)，該專利公開偶極橫波測(cè)井地應(yīng)力多頻反演方法，其特征在于:將交叉偶極陣列聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)后...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于實(shí)測(cè)結(jié)果及線性規(guī)劃法的地應(yīng)力場(chǎng)DDM反演方法，其特征在于包括如下步驟：第一步，依據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)勘查報(bào)告，并通過實(shí)驗(yàn)獲得所需參數(shù)信息，包括地形地貌、各斷層的位置、地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的位置、各測(cè)點(diǎn)的地應(yīng)力實(shí)測(cè)值、巖石密度ρ、巖石彈性模量E、巖石泊松比v、各斷層的粘聚力c和內(nèi)摩擦角第二步，依據(jù)第一步的信息，建立位移不連續(xù)法DDM數(shù)值模型，所述位移不連續(xù)法DDM數(shù)值模型：在工程區(qū)域的地表曲面劃分若干單元，在各斷層面劃分若干單元，并輸入巖石密度、巖石彈性模量、巖石泊松比、各斷層的粘聚力和內(nèi)摩擦角；第三步，在豎向施加重力荷載，采用DDM數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行DDM處理，得到區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)，并提取地應(yīng)力實(shí)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)處理值；第四步，施加水平x方向單位荷載，采用DDM數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行DDM處理，得到區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)，并提取地應(yīng)力實(shí)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)處理值；第五步，施加水平z方向單位荷載，采用DDM數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行DDM處理，得到區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)，并提取地應(yīng)力實(shí)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)處理值；第六步，依據(jù)第三步至第五步得到的各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)處理值，通過線性規(guī)劃法求解各工況對(duì)應(yīng)的回歸系數(shù)，然后依據(jù)回歸系數(shù)對(duì)各工況處理得到的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行組...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于實(shí)測(cè)結(jié)果及線性規(guī)劃法的地應(yīng)力場(chǎng)DDM反演方法，其特征在于包括如下步驟: 第一步，依據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)勘查報(bào)告，并通過實(shí)驗(yàn)獲得所需參數(shù)信息，包括地形地貌、各斷層的位置、地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的位置、各測(cè)點(diǎn)的地應(yīng)力實(shí)測(cè)值、巖石密度P、巖石彈性模量E、巖石泊松比V、各斷層的粘聚力c和內(nèi)摩擦角興 第二步，依據(jù)第一步的信息，建立位移不連續(xù)法DDM數(shù)值模型，所述位移不連續(xù)法DDM數(shù)值模型:在工程區(qū)域的地表曲面劃分若干單元，在各斷層面劃分若干單元，并輸入巖石密度、巖石彈性模量、巖石泊松比、各斷層的粘聚力和內(nèi)摩擦角； 第三步，在豎向施加重力荷載，采用DDM數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行DDM處理，得到區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)，并提取地應(yīng)力實(shí)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)處理值； 第四步，施加水平X方向單位荷載，采用DDM數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行DDM處理，得到區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)，并提取地應(yīng)力實(shí)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)處理值； 第五步，施加水平z方向單位荷載，采用DDM數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行DDM處理，得到區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)，并提取地應(yīng)力實(shí)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)處理值； 第六步，依據(jù)第三步至第五步得到的各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)處理值，通過線性規(guī)劃法求解各工況對(duì)應(yīng)的回歸系數(shù)，然后依據(jù)回歸系數(shù)對(duì)各工況處理得到的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行組合，求和得到反演地應(yīng)力場(chǎng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實(shí)測(cè)結(jié)果及線性規(guī)劃法的地應(yīng)力場(chǎng)DDM反演方法，其特征在于:第一步，地應(yīng)力實(shí)測(cè)采用孔徑變形法，通過三孔交匯獲得三向應(yīng)力狀態(tài)，在巖體中鉆取3個(gè)不同方向的交匯孔，相鄰孔夾角不小于30°，對(duì)3個(gè)孔分別進(jìn)行孔徑變形測(cè)量，最后獲得巖體三維應(yīng)力狀態(tài)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于實(shí)測(cè)結(jié)果及線性規(guī)劃法的地應(yīng)力場(chǎng)DDM反演方法，其特征在于:第一步，除各測(cè)點(diǎn)的地應(yīng)力實(shí)測(cè)值之外的其余參數(shù)直接采用地質(zhì)勘查報(bào)告中的數(shù)據(jù)，但巖石彈性模量E須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定:在清除爆破松動(dòng)影響的巖體表面后加工試點(diǎn)，對(duì)粘貼承壓板處的巖石表面進(jìn)行人工鑿平，巖面起伏差控制在5mm內(nèi)，承壓板以外影響帶的巖體表面加工至大致平整，并清除松動(dòng)的巖塊和碎石，液壓千斤頂加載，加載方式為逐級(jí)一次循環(huán)法，載荷分5級(jí)施加，按預(yù)期巖體強(qiáng)度進(jìn)行均分；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)變形資料，繪制壓力 變形關(guān)系曲線，并分析巖體變形性質(zhì)、特征，依據(jù)彈性理論，按半無限空間彈性體公式求得巖體變形模量。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實(shí)測(cè)結(jié)果及線性規(guī)劃法的地應(yīng)力場(chǎng)DDM反演方法，其特征在于:第二步，具體的操作為:首先采用幾何建模模塊畫出地表輪廓線，并沿延長線拖拽成曲面，斷層面一般為平面，直接畫出幾何邊界即可；然后采用網(wǎng)格劃分模塊，必須首先對(duì)地表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在曲面中布點(diǎn)并給點(diǎn)編號(hào)，每相鄰三點(diǎn)組成一個(gè)三角形單元，給每個(gè)單元編號(hào)，每個(gè)單元三個(gè)點(diǎn)的排序必須為逆時(shí)針，地表單元網(wǎng)格劃分完成后，依次對(duì)各斷層進(jìn)行網(wǎng)格劃分，順序不可改變；然后在參數(shù)輸入模塊輸入各參數(shù)，同樣，必須先輸入地表參數(shù)，地表處粘聚力和內(nèi)摩擦角為0，各斷層粘聚力和內(nèi)摩擦角須依次輸入，順序不可改變，最后輸入巖石密度、彈性模量和泊松比；此時(shí)啟動(dòng)模型信息生成模塊，輸出用于數(shù)據(jù)處理的計(jì)算文件，該計(jì)算文件是一個(gè)文本文件，用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，之后的反演處理過程直接讀取該文件內(nèi)的信息，該文件中數(shù)據(jù)排列與順序必須保持不變，計(jì)算文件中依次包含了巖石的力學(xué)參數(shù)、斷層的數(shù)目及其力學(xué)參數(shù)、每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)、每個(gè)網(wǎng)格單元的點(diǎn)號(hào)以及待處理區(qū)域的范圍。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于實(shí)測(cè)結(jié)果及線性規(guī)劃法的地應(yīng)力場(chǎng)DDM反演方法，其特征在于:第三步，具體的操作為:利用第二步生成的計(jì)算文件，在DDM數(shù)據(jù)處理模塊中輸入荷載，重力荷載的施加須指明方向，在地表處取為O，沿模型豎向逐漸增大；啟動(dòng)DDM數(shù)據(jù)處理模塊，待處理完成后得到結(jié)果文件；利用結(jié)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王穎軼，李科，黃醒春，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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