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地应力反演报告

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3.2. 三维地应力场的多元线性回归原理

根据多元回归法原理，将地应力回归计算值k作为因变量，把有限元计算求得的自重应力场和构造应力场相应于实测点的应力计算值ik作为自变量，则回归方程的形式为

ikniikL1

式中：k为观测点的序号；k 为第k观测点的回归计算值；iL为相应于自变量的多元回归系数；k和 ik为相应应力分量实测值和计算值的单列矩阵，n为工况数。

假定有m个观测点，则最小二乘法的残差平方和为

21611*)(mkjniijkijkLS残 (2)

式中：*jk为k观测点j应力分量的观测值，ijk为i工况下k观测点j应力分量的有限元计算值。

根据最小二乘法原理，使得残S为最小值的方程式为

mkjnjkjkmkjjkjkmkjjkjknmkjnjkmkjnjkjkmkjjkmkjnjkjkmkjjkjkmkjjkLLL161*1612*1611*21161216121612216111612116121)()()(称对

(3)

解此方程式，得n个待定回归系数TnLLLL),...,,(21 ，则计算域内任一点P的回归初始应力，可由该点各工况有限元计算值迭加而得

niijpijpL1 (4)

式中 j=1，2，…,6对应六个初始应力分量。

最后，可以通过复相关系数r来衡量回归计算的效果，通过偏相关系数Vi将不显著因素剔除，以防止其余因素的退化。

3.3. 区域地应力反演计算

本次厂房区地应力场回归采用国际通用的大型三维有限元计算软件FLAC3D与回归分析程序接口进行计算，最后基于应力叠加原理合成得到整个研究区域地应力场。

3.3.1. 三维计算模型

三维初始地应力场计算模型的坐标原点在大地坐标(X地-O-Y地)的位置为：X0

= 4617259.8013，Y0 = 39462944.75，Z0=1100m。沿X轴和Y轴的计算范围分别为906m和952m，竖直方向从海拔254m到地表。三个坐标的方位分别为：X轴S向，Y轴E向，Z轴与大地坐标的高程方向（垂直向上）重合，厂房轴线方向与X轴平行。

图3-1三维计算模型 图3-2 地应力反演区域 地应力反演区域和三维数值模型分别如图3-1、3-2所示，红色的即为厂房的计算模型。模型中主要考虑f347、f348、f350、f363、f369、f370、f371、f375八条大断层，各断层在局部坐标系的位置及产状如表1所示。对计算区域共划分了578174个单元和99257个节点。地下厂房区域围岩以Ⅲ类微风化岩石为主，岩体力学参数建议值见表3-2。厂区岩性基本为花岗岩。

表3-1 影响地下洞室稳定的结构面描述

断层号 走向 倾向 倾角 宽度（m）

f347 18 NW 72 0.1~1.2

f348 30 NW 50 0.3~1

f350 298 SW 54 0.7~6

f363 10 SE 75 1.5~1.8

f369 50 SE 32 0.05~0.35

f370 300 NE 62 0.1~0.3

f371 60 SE 85 0.1~0.5

f375 305 SW 45

0.4~0.6

表3-2岩体力学参数

类别 干容重(kN/m3) 弹性模量(GPa) 泊松比

地层 Ⅲ 26.1 20 0.23

断层 Ⅳ 21 0.8

0.4

3.3.2. 实测地应力分析

在本次地应力回归计算域内，共有4个钻孔，为ZK305、ZK307、ZK309、ZK330(如图1所示)。其中ZK309位于地表山体压力管道位置，为垂直孔；ZK305、ZK307、ZK309位于PD1探硐内，均为垂直孔，钻孔位置如表3-3。

丰宁水电站采用水压致裂法进行地应力测试。在本次计算中，四个钻孔共有26个测点，选取其中规律性较好的16个测点进行优化计算，其他测点数值因离散性较大未考虑在拟合计算中，其中16个测点的地应力位置和数值如表3-4。

表3-3 钻孔位置 钻孔 X(m) Y(m) 孔口高程(m)

ZK305 4617033.8900 39463805.7700 1042.74

ZK307 4616913.8189 39463459.4229 1061.00

ZK309 4616821.8338 39463464.2161 1061.00

ZK330 4616730.8287 39463469.1173

1061.00

表3-4多元回归分析中采用的实测地应力位置及数值

编号 测点深度 测点高程 σH σh σV

ZK305（1） 39.10~39.70 1021.9 12.98 7.18 8.10

ZK305（2） 46.90~42.52 1014.1 13.46 8.06 8.31

ZK305（3） 52.90~53.50 1008.1 14.12 8.32 8.46

ZK305（4） 105.20~105.80 955.8 15.13 9.32 9.85

ZK307（1） 34.00~34.60 1027 11.53 7.53 6.85

ZK307（2） 48.50~49.10 1012.5 11.28 7.48 7.24

ZK307（3） 52.90~53.50 1008.1 12.02 8.02 7.35

ZK307（4） 93.20~93.80 967.8 13.01 8.71 8.42

ZK309（1） 284.10~207.65 1136.3 7.53 5.34 7.53

ZK309（2） 309.50~310.55 1110.9 8.8 6.1 8.20

ZK309（3） 338.40~339.45 1082 13.57 8.88 8.97

ZK309（4） 354.00~355.05 1066.4 13.74 9.54 9.38

ZK330（1） 39.20~39.80 1022.2 13.18 7.03 6.78

ZK330（2） 51.00~51.60 1010.4 13.43 6.52 7.09

ZK330（3） 62.00~62.60 999.4 17.61 10.61 7.38

ZK330（4） 67.70~68.30 993.7 16.86 9.46

7.53

3.3.3. 多元回归分析

(1)计算工况

首先将实测地应力数据的主应力与主应力方向转换到计算坐标下的6个应力分量值。然后确定地应力场形成的拟合荷载构造模式为：①自重力、②在x方向的挤压构造力、③在y方向的挤压构造力、④在xy方向剪切构造力、⑤在yx向剪切构造。其计算模型工况与边界如表3-5所示。 表3-5多种地应力因素计算工况及计算条件

工 况 计 算 条 件

自重应力(g) 约束模型X向、Y向及底部边界法向位移；给定重力加速度10.0；给定各类岩层密度及力学参数；按弹性本构计算获得各地应力测点位置的响应应力。

X向挤压应力(x) 约束模型Y向、底部边界及X向右侧边界法向位移；在X向左侧边界节点施加三角形或梯形压应力；给定各地层力学参数且不计密度；按弹性本构计算获得各地应力测点位置的响应应力。

Y向挤压应力(y) 约束模型X向、底部边界及Y向右侧边界法向位移；在Y向左侧边界节点施加三角形或梯形压应力；给定各地层力学参数且不计密度；按弹性本构计算获得各地应力测点位置的响应应力。

XY向剪切应力（xy）

约束模型X向右侧边界、底部边界及Y向侧边界法向位移；在X向左侧边界节点施加剪切应力；给定各地层力学参数且不计密度；按弹性本构计算获得各地应力测点位置的响应应力。

YX向剪切应力（yx）

约束模型X向、底部边界及Y向右侧边界法向位移；在Y向左侧边界节点施加剪切应力；给定各地层力学参数且不计密度；按弹性本构计算获得各地应力测点位置的响应应力。

(2)系数回归

通过对上述工况的计算表明,自重＋X向梯形构造应力+Y向梯形构造应力+XY剪切构造应力+YX剪切构造应力，这一种工况相关系数最大，复相关系数r=0.9264121，说明在这种工况下回归较好。回归系数1l=-1592291.75，2l=

-1.192249，3l=-0.255401，4l=-0.272275, 5l=4.293182，6l=0.04408。则测点的实测值与回归值的比较如表3-6、表3-7。

表3-6 测点的应力分量实测值与回归值对比表

编号 类别 x

(mpa) y

(mpa) z

(mpa) xy

(mpa) yz

(mpa) zx

(mpa)

ZK305（1）

ZK305（2） 实测应力 7.919 12.24081 8.1 -1.93416 0 0

回归应力 7.9803 9.9873 7.6619 -3.6397 0.40203 -1.2521 ZK305（2）

实测应力 8.329 13.19069 8.31 -1.17552 0 0

回归应力 8.1188 10.071 7.6767 -3.543 0.4221 -1.2775

ZK305（3） 实测应力 8.609 13.83061 8.46 -1.26286 0 0

回归应力 8.2459 10.224 8.0323 -3.5498 0.2952 -1.2585

ZK305（4） 实测应力 9.226 15.13394 9.85 -0.3944 0 0

回归应力 9.7474 11.92 10.281 -3.184 0.14675 -2.0668

ZK307（1）

实测应力 7.729 11.33112 6.85 -0.86951 0 0

回归应力 7.4963 10.831 7.7164 -3.8351 0.20666 -1.4138

ZK307（2） 实测应力 7.669 11.09119 7.24 -0.82577 0 0

回归应力 7.6137 11.196 8.0294 -3.8105 0.28268 -1.3946

ZK307（3） 实测应力 8.219 11.82131 7.35 -0.86912 0 0

回归应力 7.7541 11.242 8.1603 -3.7722 0.24997 -1.4041

ZK307（4） 实测应力 8.924 12.79644 8.42 -0.93423 0 0

回归应力 8.2682 12.24 9.209 -3.7359 0.28259 -1.387

ZK309（1） 实测应力 5.593 7.27738 7.53 -0.69961 0 0

回归应力 7.2427 8.6495 6.0432 -2.7768 -0.47793 -1.6954

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拉西瓦水电站坝址区高地应力场三维数值反演分析

拉西瓦水电站坝址区高地应力场三维数值反演分析

拉西瓦水电站坝址区高地应力场三维数值反演分析

白俊光;李蒲健

【期刊名称】《水力发电》

【年(卷),期】2007(033)011

【摘 要】拉西瓦水电工程坝址区为高山峡谷地貌,受地质构造应力、自重、地表剥蚀和河流侵蚀卸荷等多因素影响而赋存有高地应力,河谷区钻孔岩芯饼化与探洞片状剥落现象明显.该区地应力场及其空间分布特征与多期地质构造运动及河谷演化历史等因素有关,要合理确定其三维地应力分布状况与大小难度较大.为此,采用多元回归与逐步回归相结合的方法对工程区域初始地应力场进行了详细反演.在此基础上,深入研究了河谷区地应力场的空间分布特征与规律,并就其形成机理开展了多因素影响效应分析,可供我国高地应力区水电工程建设参考.

【总页数】5页(P34-38)

【作 者】白俊光;李蒲健

【作者单位】中国水电顾问集团西北勘测设计研究院,陕西,西安,710065;中国水电顾问集团西北勘测设计研究院,陕西,西安,710065

【正文语种】中 文

【中图分类】TV223.3(244)

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坝址区三维初始地应力场的应力反演回归分析

坝址区三维初始地应力场的应力反演回归分析

水力发电　第３３卷第２期　２００７年２月　

文章编号：０５５９—９３４２（２００７）０２—００２６—０５　

坝址区三维初始地应力场的应力　

反演回归分析　

谷艳昌，何鲜峰，梁月英，景继　

（河海大学水利水电Ｘ－程学院，江苏南京２１００９８）　

关键词：初始地应力场；三维有限元；ＭＳＣ．Ｍａｒｃ；水平挤压构造运动；回归分析　

摘要：工程中较为准确地计算模拟坝址区三维初始地应力场，对于模拟坝肩、边坡开挖等具有重要意义。针对坝　

址区特殊的“Ｖ”形地形条件，在各个基本因素单独作用下，借助通用有限元程序ＭＳＣ．Ｍａｒｃ，对建立的三维有限元模　

型进行模拟计算。其中，分别采用均匀分布、三角形分布和梯形分布荷载来模拟顺河向及横河向挤压构造运动作　

用；建立初始应力场回归模型，以回归精度为目标函数，优化基本因素组合。通过对结果的分析，得出了有益的　结论。　

Ｓｔｒｅｓｓ　Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　３Ｄ　Ｉｎｉｔｉａｌ　Ｇｅｏ－ｓｔｒｅｓｓ　Ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｄａｍ　Ｓｉｔｅ　

Ｇｕ　Ｙａｎｃｈａｎｇ，Ｈｅ　Ｘｉａｎｆｅｎｇ，Ｌｉａｎｇ　Ｙｕｅｙｉｎｇ，Ｊｉｎｇ　Ｊｉ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ＆Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１００９８）　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｉｎｉｔｉａｌ　ｇｅｏ—ｓｔｒｅｓｓ　ｆｉｅｌｄ；３Ｄ　ＦＥＭ；ＭＳＣ．Ｍａｒｃ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ；ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｒｅａｌｉｓｔｉｃ　ｍｅａｎｉｎｇ　ｔｏ　ｍｏｒｅ　ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｇｅｏ—ｓｔｒｅｓｓ　ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｒｅｇｉｏｎ．ｒＩ＇ｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　

复杂工程地质体地应力场智能反演

复杂工程地质体地应力场智能反演

复杂工程地质体地应力场智能反演

杨志强;高谦;翟淑花;杨啸

【摘 要】地应力是地质构造和自重共同作用在地质体内形成的原始应力，是影响工程稳定性和灾变失稳的重要因素．由于受漫长的地质构造作用和地质演化，地应力场随时间和空间变化，由此使准确反演地应力场造成困难．以金川矿区为工程背景，借助地应力测量结果，开展工程地质体的地应力场反演研究．首先，建立矿区工程地质体三维数值模型，并采用正交数值分析和遗传规划算法，建立地应力与岩体参数和侧压系数的函数关系；然后，根据实测的地应力值与计算的地应力值之差平方和最小为优化目标，建立工程地质体的地应力场反演优化模型．采用遗传算法求解，获得矿区岩体参数和侧压系数；最后，将其代入数值模型进行正分析由此获得初始地应力场．通过4个测点地应力测量值与反演值对比分析可知，反演地应力的最大误差为16％，最小误差仅为0．62％．研究结果表明，地应力智能反演方法可用于复杂工程地质体的地应力场反演，且获得的地应力场满足地质工程分析所需要的精度．%The in⁃situ stress is the original stress in the geological

body forming from the geological structure and gravity. It is an important

factor which influences the stability and instability of the geological

engineering. Due to the long geological tectonic setting and geological

evolution, the in⁃situ stress field is a function of time and space, thus it is

very difficulty for us to make accurate inversion the in⁃situ stress field.

紫金山金铜矿初始地应力场反演分析

紫金山金铜矿初始地应力场反演分析

紫金山金铜矿初始地应力场反演分析

许传华;刁虎;任青文;李如忠

【期刊名称】《岩土力学》

【年(卷),期】2009()2

【摘 要】初始地应力是影响工程边坡、硐室和地基岩体稳定性的重要因素之一,也是工程设计需要的基本指标之一。根据紫金山矿区地应力的实测资料,利用支持向量机和模拟退火算法对初始地应力场进行反演分析,一方面用支持向量机代替有限元计算,提高了计算分析速度;另一方面用模拟退火算法代替传统的优化算法,避免优化过程中目标函数陷入局部极小值而无法继续寻优的状态,提高了反演的效率精度。通过实测点的计算应力值与现场实测值的比较,两者在量值和方向上接近,表明该方法较合理地反映了初始地应力场的分布规律,能够满足矿区设计和研究的需要。

【总页数】5页(P425-428)

【关键词】紫金山金铜矿;初始地应力场;支持向量机;模拟退火算法

【作 者】许传华;刁虎;任青文;李如忠

【作者单位】河海大学土木工程学院;中钢集团马鞍山矿山研究院

【正文语种】中 文

【中图分类】TD311

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