基于反演分析的综合侧压力系数的矿井有限元模拟分析

样 处 理的 结果是 从初 始分 析时 就忽 落 了力学 系统 的非 线性 。所 以本文 基干 力学 系统 的 角 度 ， 出利 用 反映 系统 力 学 行为 的 “ 合参 提 综 数 来 分析力学 系统的力学行为 。对干力学 系 统 的 “ 合参数 ”的求取方法 ， 综 本文 参考相关 文献使用 岩土工程 中的反演分析 方法来求 取。 ２ ２ 神 经 网络 的反演 分析方法 ． 在确 定 岩土 力学 系统 的力 学参 数 的方法 中， 反演分 析方法得 到 了广泛 应用 １。在岩石 ２ ］ 力学 与工程 中 ， 反演 分析就是利 用工程现场 量 测得到 的反映 系统力学行为 的某些 物理量 （ 例 如 应 力 、应 变 或位 移 ） 来推 算 该 系统 的初 始 参 数 。其 中反映 系统 力学 行为 的现场 观测 物 理量， 被称 为反 分析 法 的基 础信 息 （ 如应 变 、 位 移 、应 力信 息 ） 而被 反算的 初始 参数一 般 ； 包 括岩 体初 始地 应力 （ ） 场 、力学 参数 及结 构 所 受荷 载或边 界 条件 。根据 反 分析时 所利 用 的 基础信息 不同 ， 反分析法可 分为应 力反分析 法 、位 移 反分析 法和 混合 分析法 。应 力反分 析 法是 依据 在工 程 区域内 有限 个少数 实测 应 力值 ， 建立 相应的数学 力学模型 推求整 个工程 区域 内的初始地应 力场 ｆ 位 移反分析法 类同 ， ２ 】 ， 混 合分析 法是 两 种方法 的综 合 。但是 推求 数 学 力学模 型是 相当的复杂的 ， 神经元 网络具 而 有很 强的非线性 关系处理能 力 ， 良好 的 自适 有 应 性 、容 错性 等优 点 ， 不需 要知 道 力学 参 它 数和 应力 间的非 线性关 系 ， 不需要考 虑非 均 也 质 性 、节 理 、结 构 面 、 裂 隙 、各 个 土 层 厚 度 变化 、地 下水 和结构 效应 等其 他的 因素 影 响， 可以很方 便的实现所 求力学参 数和应 力的 非线性映射关系。 对于神 经网络方法 ， 要形成一 个 网络就 必 须使 用训练数据 来训练 网络 ， 这些训 练数 据 而 可 以使 用大量 有 限元计 算求 得 。本 文通过 有 限元 神 经 网络 反演 方法 反分 析矿 井的 “ 合 综 侧压 力系 数” 的 基本 过程 就是 ： 先 基于 不 首 同侧压 力系数的有限元模 型求得 大量 的矿 井的土 压应 力数 据样本 ， 然后 使 用数据 样本 来训练神 经 网络 ， 之后 再 利用训练好 的神 经网络和实测矿 井土 压应 力数 据来 反 求岩 土 力学 系 统 的 “ 综合侧 压力系数 。由此反演得 到的
２ 土力学 系统的综合参数和有限元神经 岩 网络反演分析法简介
２ １ 岩土力 学系统的综合参 数 ． 本文参 考文献 ｌ 】 １中提 出的 “ 石力学 系 岩 统”概念 ， 岩石力学 系统的角度来 考虑岩土 从 工程 的力学行为 ， 进而 确定其力学 系统的 “ 综 合参数 ” 。岩石 力学 系统是 由岩土 工程 本身和 其所 处的环境所共 同组成 的一 个系统 ， 它不仅 仅包括 其基本组成 材料 ， 同时还包括 内部的结 构组成 （ 例如结 构面 、裂缝 合节理等） 、所处的 环境 （ 如初始 的内部应 力场和其 中含有的 地下 水等）这也就决定 了岩土力学系统是一 个复杂 ， 的力学 系统 。因 此当我 们去 分析 它的 力学行 为的时 候 ， 就不 能仅仅从理论 上或经验 上考虑 其力学 参数 ， 必须从 系统 的角度来考虑 其力学 参数 的取 值 问题 。对于 很 多的岩土 工程 分析 都是 靠室 内实验 的 力学 参数来 取代 整个 岩土 力学 系统 的力学 参数 ， 从数学 的 角度上 来看 ， 这种 方法 只是 简单 的把 整个 力学 系统用 小试 验模块 通过 线性 累加 来得到整 个力学 系统 ， 这
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工 业 技 术
基于反演分析 的综合 侧压 力系数 的矿 井有 限元模拟分析
朱培男 ’ 王安华 ２ （． １东北岩土工程勘察总公司 辽 宁鞍山 １４ ０ ； ２ 辽 宁工程技术大 学土 木学院 辽 宁阜新 １３ ０ ） １０ ９ ００ ２ 摘 要： 本文对岩 土工程 中岩土材料 的不确定性进 行了分析 ， 从岩 石力学 系统 的角度对工程 中材 料参数取 值的不合理性进 行了概述 ， 提出 从 系统的角度对岩 土材料 参数进行 反分析而得到 反映系统 力学 行为的 “ 材料 综合参数 。然后本 文利用有限元加 神经元 网络的 反分 析方 法对一矿井 的侧压力 系数进 行了反分析 ， 对矿 井在开挖过程 中的受力进行 了有 限元分析 ， 到了对矿井施工具有一 定指导价值的结论 。 井 得 关键词 ： 岩石工程 不确定性 反演分析 综 合参数 侧压力系数 有限元分析 中图分类号 ： Ｄ １ Ｔ ２４ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：６ ３ ５ ４２ ０ ） １ ） ０ ３ ０ １ ７ ０ ３ （０ ７ １ （ 一 ０ ３ ３ ａ
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１概 述
在一 些岩土工程 分析中 ， 侧压 力系数的取 值问题一直 是岩土 工程 界关心的 一个问题 ， 人 们通 常使 用竖 向应 力乘上 侧压 力 系数 来得 到 侧 向应力 。侧 向压 力 系数 的取 值方法 有 理论 方法 、实 地测量 方法 和经 验确 定方法 三种 方 法 。理论 取值方 法是 由波 松 比来 推求 侧 向压 力系数 ， 实地测量方 法是 由实地 测量来测 定侧 向应力值 ， 进而 由侧 向应力值和竖 向应 力的比 值求得侧 向压力系数 ； 经验确定 方法一般 取侧 压力 系数 为 ０ ３ ０ ４ ． — ． 。这三种 方法都有 一定 的缺 陷 ： 理论方 法没 有考虑 到工程 实际 ， 实地 测量 方法 比较 困难 ， 经验 确 定方法 具 有主 观 性 。本文 从岩 石 力学 系统 的 角度 ， 出把 侧 提 压 力 系数 考 虑 为 反 映 整 个 系 统 侧 向 应 力 的 “ 合侧 压力 系数 ” 然后 通过 反分 析方 法求 综 ， 得 “ 综合 侧 压 力 系数 ” 。首 先本 文 使用 有 限 元加神 经元 网络 的反演 分析 方法 对矿 井的 综 合侧压力 系数进 行 了反演 分析 ， 然后再利 用有 限元方 法对矿 井 在开挖 过程 中的 受力 进行 了 分析 。