大岗山地应力反演与工程应用研究
大岗山水电站左岸缆机基础的锚杆应力监测与分析
大岗山水电站左岸缆机基础 的锚杆应 力监测与分析
钱 勇 黄永贵 张 平 李 强 魏 红平
（ 警水 电第三总 队，四川 成都 ６ ０ ６ 武 １ ５） ０ 摘 要 ： 大岗山水 电站左岸缆 机基础 处在ｆ１ 断层 上 ，地 质情 况复杂 ，为确保后期 缆机运 行安 全，进行锚杆 应 力监 测。 ｚ７
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表 １ １ １２ ２ 断面实测锚杆应力统计成果表 － （－ ）
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实 测 过 程 曲线对 比 如 图 ３ 图４ 示 。 及 所
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通过 对锚杆应 力的监测 ，对 监测结 果进 行 了分析 ， 以及施工过程 对锚杆应 力的影响 ，与理论 计算结果进行 了比较 。
关 键 词 ： 缆 机 基 础 ；锚 杆 应 力 ；监 测 ； 应 力 计算
Ｄ ： １ ． ９ ９ ｊｓｎ１ ７ —６ ９ ． ０ ．４０ ６ ０１ ５ ６ ／ ．ｓ．６ １ ５ ６ ２ １ １ ．０ ｏ ｉ ０
称 量 程 为一 Ｏ ￣ ２０ Ｐ 。 缆 机 基 础 锚 杆 主 要 承 受 压 应 力 ，超 Ｉ０ １Ｍ ａ 过 一 Ｏ Ｍ ａ 分 ， 因 仪 器 线 性 关 系 变 差 计 算 应 力 值 仅 作 参 ｌＯ ｐ 部 考 。 锚 杆 受 压 应 力 ，用 “ ”表 示 ， 受 拉 应 力 用 ＋
０ －Ｏ ３ ８ １ —Ｉ ０ －９ Ｏ ８ ｏ一 ５
油气井工程中地应力场反演研究的发展
油气井工程中地应力场反演研究的发展练章华;曾久长;乐斌;宋周成;林铁军;林元华【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2009(031)001【摘要】在石油勘探开发中,地应力研究区块较大,而测量的已知参数信息量少,直接用有限元数值模拟所得的结果往往与实际情况有较大的偏差,这些问题成为地应力理论分析和数值模拟的"瓶颈".为此提出将反演理论引入油气勘探开发的"深部"复杂地层地应力研究,并详细论述了地应力场反演研究在油气井工程中的应用和发展.将岩土工程反演理论和有限元数值模拟相结合.引入油气井工程深部地层中地应力分布与勘探井、开发井准确定井位以及生产井中套管损坏机理的研究中,将在该领域突破理论和方法上的研究"瓶颈".最后对于推动地应力场反演理论在油气井工程深部地层中的应用与发展,提出了研究中应解决的关键技术问题.【总页数】5页(P1-5)【作者】练章华;曾久长;乐斌;宋周成;林铁军;林元华【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川,成都,610500;华北油田公司开发部,河北,任丘,062552;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川,成都,610500;塔里木东方地球物理公司,新疆库尔勒841000;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川,成都,610500;塔里木油田分公司,新疆库尔勒841000;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川,成都,610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川,成都,610500【正文语种】中文【中图分类】TE21【相关文献】1.基于人工神经网络的地应力场非线性反演 [J], 刘晋超2.空间地应力场反演技术及其在天荒坪工程中的应用 [J], 刘素琴3.基于应力函数法的初始地应力场反演研究综述 [J], 王呈璋4.基于人工神经网络和地层剥蚀原理的地应力场反演研究 [J], 马玉岩;沈阳;侯东奇5.地下矿山地应力场反演数值模拟研究 [J], 王社光;王立杰;耿帅;张素娜;于兴社;尹爱民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室喜获国家自然科学基金委员会-雅砻江流域水电开发有限公司雅砻江
158长江科学院院报2018 年性分析与设计优化[J].北京科技大学学报,2004,26(5) ：465-470,[37]付成华,汪卫明，陈胜宏.溪洛渡水电站坝区初始地应力场反演分析研究[J].岩石力学与工程学报,2〇〇6,25(11) ：2305-2312,[38]侯明勋,葛修润•岩体初始地应力场分析方法研究[J].岩土力学,2007,28(8):1626-1630.[39]许传华，刁虎,任青文，等.紫金山金铜矿初始地应力场反演分析[J] •岩土力学,2009,30(2) :425-428,432.[40]金长宇,冯夏庭，张春生_白鹤滩水电站初始地应力场研究分析[J]•岩土力学,2〇1〇,3以3) :845_85〇,855.[41]张建国，张强勇,杨文东，等.大岗山水电站坝区初始地应力场反演分析[J].岩土力学，2009, 30 ( 10): 3071-3078.[42]周华，陈胜宏.高拱坝坝址区初始地应力场的二次计算[J]_岩石力学与工程学报,2009,28(4):767-774.(编辑:赵卫兵)Correction Factor in Calculating Rock Mass Quality Index byBQ Method in Slope EngineeringOU Zhe1, WANG Tie2, YANG Jia-fu2 ,Z0U Ming1(l.Hongdaguoyuan(Wuhu) Resources and Environment Management Co., Ltd. ,Wuhu 241200, China；2.Hongda Blasting Co., Ltd., Guangzhou 510623, China)Abstract：The calculation formula of rock quality index in slope engineering (hereafter referred to as BQ (basic quality) ) , together with the valuing of correction factor in the formula, is given in Standard of Engineering R o ck 似s C Z似s诉GB/T 50218-2014) for ihe rock quality rating and self-stability evaluation of slope enginein China. With other commonly used rating methods as reference, we pointed out that the evaluation index of cor- rection term and correction factor in the BQ formula needs to be improved. On the basis of the current BQ formula，we propose the correction factor of slope height influence and the correction factor of stress state influence, and give the corresponding calculation formulas and valuing criteria. We also refined the evaluation indexes and valuing criterion of the correction factor of structural plane influence for high and steep slope in complex geological conditions. Finally, we give the optimized BQ formula and the corresponding stability evaluation system for BQ method. The research results are conducive for a correct rock quality rating, and offer reference for slope stability evaluation and reinforcement design work.Key words：BQ method；correction factor；slope engineering；rock mass quality classification；stability evaluation长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室喜获 国家自然科学基金委员会-雅砻江流域水电开发有限公司雅砻江联合基金重点项目立项长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室收到国家自然科学基金委员会关于国家自然科学基金委员会-雅砻江流域水电开发有限公司雅砻江联合基金重点项目2017年度课题立项通知。
长江大学城市建筑学院
[学者简介]曾磊一、基本情况曾磊：男，1979年9月出生，讲师，工学博士。
2001年7月毕业于四川大学建筑工程专业，2003年9月至2008年6月在西安建筑科技大学学习，获防灾减灾及其防护工程专业硕士学位和结构工程专业博士学位。
2008年7月至今任教于长江大学城市建设学院土木工程系。
二、主要讲授课程（1）混凝土结构设计，本科生专业课程（2）工程项目管理，本科生专业课程（3）防灾工程学，研究生专业课程（4）高等混凝土结构理论，研究生专业课程（5）土木工程专业本科毕业设计三、目前承担科研课题（1）国家自然科学基金项目，异形截面钢管混凝土柱—钢梁节点力学性能与设计方法研究，参与（2）湖北省教育厅优秀中青年人才项目，型钢高强高性能混凝土框架节点地震破坏准则研究，主持（3）湖北省建设科技研究项目，基于粘结性能的再生骨料混凝土高性能化应用研究，主持（4）长江大学科技发展基金项目，型钢高强高性能混凝土框架节点地震损伤演化及失效机理，主持四、主要获奖情况（1）陕西省高等教育科技进步二等奖，2009（2）中国土木工程学会优秀论文奖，2008（3）西安建筑科技大学优秀毕业生，2008五、专利申请一种用于型钢混凝土组合结构的混凝土，国家发明专利，专利号：ZL200610041959.5六、论文发表目前以第一作者发表论文13篇，EI收录2篇，ISTP收录4篇，中文核心4篇。
以第二、第三作者发表论文十余篇，其中，其中EI收录4篇， ISTP收录5篇。
（一）教材《组合结构设计原理》，武汉大学出版社，2009，本人参编约6万字。
（二）主要论文[1] 曾磊，许成祥，郑山锁，吕营．型钢高强高性能混凝土框架节点恢复力模型，土木建筑与环境工程，2009，31(s)（中文核心）[2] 郑山锁，曾磊，孙庆刚，吕营，王沛钦．型钢高强高性能混凝土框架节点抗震性能试验研究．建筑结构学报，2008，29(3)（EI收录）[3] Shan-Suo Zheng, Lei Zeng et al. Multi-objective optimization on mix proportions of HSHPC applied to SRC composite structures. International Journal for Simulation and Multidisciplinary Design Optimization, 2008, 2(3) (an international journal)[4] 曾磊，许成祥，郑山锁．考虑高强度混凝土脆性影响的型钢混凝土框架节点受剪承载力计算公式，建筑结构，2010，40(4) （中文核心）[5] 曾磊，许成祥，郑山锁．型钢高强高性能混凝土框架节点非线性有限元分析，工程抗震与加固改造，2010，32(2) （中文核心）[6] 曾磊，许成祥，郑山锁，查春光．型钢高强高性能混凝土节点承载能力试验研究，武汉理工大学学报（自然科学版），2010，32(10) （中文核心）[7] 曾磊，查春光，郑山锁．基于混合惩罚函数法的型钢混凝土框架柱优化设计，四川建筑科学研究，2010，36(2) （中文核心）[8] 曾磊，郑山锁，查春光. 型钢混凝土矩形截面梁优化设计. 哈尔滨工业大学学报, 2007, 39(s)（EI收录）[9] 曾磊，郑山锁，吴敏哲，车顺利，张亮，邓国专．适用于型钢混凝土结构的高强高性能混凝土试验研究及其力学性能分析．建筑结构学报，2006, 27(s)（EI 收录）[10] Lei Zeng, Shan-suo Zheng, Shunli Che, Optimum design of SRC frame beams based on bond-slip theory. The 10th International Symposium on Structural Engineering for Young Experts, Changsha, China，2008（ISTP 收录）[11] Lei Zeng, Shansuo Zheng, Peiqin WANG. Crack pattern of steel reinforced high strength and high performance frame joints. 9th International Conference on Steel, Space & Composite Structures, 14-15 Oct, Beijing, China（ISTP收录）[12] S.S. Zheng, L. Zeng, L. Li, S.L. Che, L. Zhang. Seismic damage model for steel reinforced high strength and high performance concrete frame joints. Key Engineering Materials，2007，Vols.（EI收录）[13] 曾磊. 土木工程实验教学体系改革探索. 高等建筑教育, 2009, 4[14] 曾磊. 基于问题的学习方法在土木工程教学中的应用. 高等建筑教育, 2009, 6电子邮件：zenglei28#[学者简介]陈娟姓名：陈娟性别：女出生年月：1980年9月职称职务：讲师最后学位：博士学习和工作简历：1998.9~2002.7湖北农学院城镇建设系土木工程专业，获工学学士学位；2002.9~2005.7武汉大学水利水电学院材料学专业，获工学硕士学位；2005.9~2008.6武汉大学土木建筑工程学院结构工程专业，获工学博士学位；社会兼职：无研究方向：研究方向为水泥混凝土材料、钢管混凝土结构；主讲本科生课程，《钢结构基本原理》、《钢结构设计》科学研究及学术成果：公开发表论文11篇，其中ISTP、EI收录2篇。
地应力场反演回归分析的一种改进算法
方和最小的前提下 ， 求得 回归方程 中各 自变量系
问题 ． ＝１～ 。 ６
维普资讯
２ ０． ｏ４ ０ ８ Ｎ ．
四 川 水 利
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根据已知的实测地应力值 ， 可得式（ ） 个 ２中 待定的应力系数 。
３ 实例 分 析
式 中 ：— — 观测 点序 号 。ｋ＝１～ ｍ； ｍ — 总观测 点数 ； —
— —
（） １
计算工况数 ， 也等于多元 回归系数 的
郭怀志教授 等发表岩体 初始地应 力场 的 分析方法 ， 提出岩体 的初始地应力是 自重应力和
构 造应 力 的线性 组合 。 为 改善多 元 回归 地 应 力 的效 果 ， 文 提 出 了 本
题：ｏ ｒ ， ［ｒ ｙ ｒ ｏ ｒ； 三维问题：ｏ ｒ，矗ｒ ［ｒ ｙ ｏ ， ， 如ｏ ｒ
＂ｚ， ］ 。 ｌｋｒ ） ＇ ｙ
图 １ 测点位置 平面布置
Ｓ 。一般认为两 点之 间的距离越远 ， ） 对相互的应 力产生的影响 越小 。因此 ， 认为每个 实测点对 Ｐ
点 的应 力影 响权 重 为 ：
＝
坡高 ５０ ０ ｍ～ｌ０ ｍ。地应 力测 点布置见 图 １测 Ｏ０ ，
得 的主应 力与 水平埋 深 的关 系如 图 ２所 示 。测试
（ Ｐ＝１２ 一 ） ，… ｓ
工程 设计 与 施 工 的 可 靠 性 与 安 全 性 … 。为 获 得 更 为 准确 的 、 用范 围较 大 的地 应 力场 ， 适 必须 进行 地 应 力场 的分 析计算 。 白世伟 、 光 煌 ＿ 提 出 边 界 荷 载 调 整 法 ， 李 ２ 按 照假定 的计 算域 调 整 边 界 荷 载 ， 有 限 元求 解 域 用 内的应 力场 。该 方 法 虽 简 单 可 行 ， 但存 在边 界 荷
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. Taking Jinchuan mine as the engineering background and with the aid of in⁃situ stress measurement in Jinchuan mine, the in⁃situ stress field was inverted. First the 3D numerical mode of geological engineering body in Jinchuan mine was established, and the relation between in⁃situ stress androck mass parameters and coefficients of horizontal pressure was obtained by orthogonal numerical analysis and genetic programming ( GP ) . Then the optimization mode was established which takes the sum of squares of differences between the measured initial stress and calculation initial stress up to the minimum value as the objective function. The rock masses parameters and coefficients of horizontal pressure would been obtained by solving the optimization model using genetic algorithm. Finally, the initial stress field can be obtained when the 3D numerical analysis is carried out again by inputting the parameters of rock masses and coefficients of horizontal pressure. Based on comparing inverting in⁃situ stress with the measured values for the 4 gauging points, the maximum and minimum error of the principal stress is 16% and 0.62% respectively. The results show that the method of intelligent inversion of in⁃situ stress field can be applied for complicated geological engineering body to simulate in⁃situ stress field and the accuracy meets the engineering demand.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2016(048)004【总页数】7页(P154-160)【关键词】工程地质体;地应力场;智能反演;FLAC3D;遗传算法【作者】杨志强;高谦;翟淑花;杨啸【作者单位】金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京科技大学，100083 北京; 金川集团股份有限公司，737104 甘肃金昌;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京科技大学，100083 北京;北京地质研究所，100120 北京;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京科技大学，100083 北京【正文语种】中文【中图分类】TU431地应力是存在于地层中的天然应力，是导致工程变形破坏和地质灾害的内动力，是地下工程稳定性分析和灾害防控必须考虑的重要因素之一[1-5].由于地质体在漫长的地质构造运动中经历多次地质作用和改造演化，在地层内封存不同时期的残余应力，因此地质构造类型、作用程度和方向不同，导致地应力场的大小和方向存在时间和空间的变异性.由此给工程岩体的地应力场反演带来极大困难，一直是岩土工程稳定性分析长期研究而未能解决的技术难题，是地质工程研究的课题之一.20世纪80年代首次提出黏弹性位移反分析法，根据围岩变形监测信息和理论分析方法进行岩体参数和地应力反演.但黏弹塑性位移反分析存在的多解问题一直未能得到很好解决[6].随着人工智能的发展，基于神经网络与数值分析方法相结合的地应力反演研究取得进展，但该种地应力反演仅仅将有限的地应力测量样本进行外延和非线性回归，仍难以解决复杂工程地质体的真实地应力场反演问题[7-13].地应力现场测量是获得地应力的重要手段之一，通常根据工程范围、重要性以及复杂程度，开展有限的地应力测量工作，并在此基础上进行统计回归分析，由此获得研究范围内的地质体主应力大小和方向[14-19].但由于受时间和经费限制，大部分工程地应力测量不仅数量有限，且受测量手段以及复杂因素影响，通常获得地应力测试结果存在很大程度的离散性，由此给地应力研究和工程应用带来很多困难，直接影响地质工程稳定性的定量分析及工程优化设计.研究发现，目前地质体地应力研究大多集中于有限地质体的统计回归和宏观规律.换句话说，通过有限个地应力测量或结合地质构造形迹分析，给出表征有限范围内的地质体中的地应力特征(侧压系数和主应力方向).众所周知，复杂地质体经历多次地质构造运动，在地质体内封存不同时期的构造应力，导致地应力场存在很大的变异性.以致实测的有限地应力信息难以真实表征实际地应力.近年来考虑到工程地应力特征的复杂性，结合地质构造形迹以及围岩变形破坏特征进行地应力场识别，是目前复杂地质体地应力研究的发展动向[20-23]，但该种方法还局限于定性分析.本文将利用有限个典型和可靠的地应力测量结果，采用数值分析与遗传规划相结合，建立地质体的岩体参数和侧压系数的优化数值模型，直接反演复杂地质体的地应力场，而不是通过求得有限地质体的侧压系数和主应力方向来表征地应力特征.该方法能够考虑复杂地质体的地应力场所固有的空间变异性，根据工程岩体的岩性进行地应力场分区反演.由此获得工程岩体的地应力场能够与工程岩体数值分析实现无缝连接，从而提高数值分析方法在地质工程中应用的实用性与可靠性.1.1 地应力现场测量采用地应力测量技术，获得工程地质体内的n 个地应力测点的地应力测量值为式中：σi为地应力测量值；T为地应力测点的空间位置坐标；T为地应力3个主应力和主应力方向.1.2 地应力影响函数建立地质体中的地应力是在地质构造作用过程中，封存于岩体中的残余应力，与区域构造应力和岩体特性密切相关.因此根据实测的n个地应力的测点位置(X={xi，yi，zi}T)，采用正交数值分析，建立地应力测点位置处的地应力与岩体参数和侧压系数的影响函数.具体实施步骤如下.1)建立三维数值分析模型.根据地质体的岩性和区域地应力构造特征，首先对地质体进行分区，然后利用三维数值分析系统(例如FLAC3D)，建立包含n个地应力测点的工程地质体三维数值模型.2)正交数值分析设计.考虑地应力赋存条件与构造状态，选择影响地应力特征的因素和水平.考虑到地应力通常赋存于未受工程影响的原岩中，其岩体力学性质基本上处于弹性状态，因此根据工程地质分区，选择不同分区的岩体密度γi、弹性模量Ei和泊松比μi,i=1，m(其中m为工程地质体分区数)以及水平方向的侧压系数λ1、λ2作为地应力分布特征的影响因素；借助工程经验或岩体分类，分别给出各个分区岩体的力学参数和地应力参数的变化范围，由此确定地应力影响因素的设计水平.在此基础上，采用正交设计表进行三维正交数值分析的方案设计.3)三维正交数值分析.根据正交数值分析方案，逐一进行地质工程体的三维数值分析.根据每一计算方案和地应力测点的位置坐标X={xi，yi，zi}T，提取n个测点的地应力计算值T，i=1，n(其中n为工程地质体地应力测点数).1.3 建立地应力影响函数以正交数值分析方案中的岩体参数和侧压系数作为自变量，以提取的地应力计算值作为因变量进行统计回归或智能分析，建立地应力与岩体参数和侧压系数之间的函数关系为式中：ki为第i个地应力测点的第k个主应力，gi(·)为第i个地应力测点的第k个主应力函数.1.4 建立地应力场反演优化模型1)建立地应力场反演目标函数.以n个测点的地应力测量值σi与对应的计算值ki之差的平方和达到最小值为优化目标，建立工程地质体地应力场反演优化模型为2)确定地应力场反演优化模型的约束条件.根据工程地质体的不同分区岩体参数和侧压系数的范围，确定工程地质体地应力场反演优化模型的约束条件为:式中：γi、Ei分别为工程地质体第i 个分区的岩体密度和弹性模量；λ1、λ2 分别为三维数值模型的两个水平方向的侧压系数；γi1，γi2分别为第i 个分区的岩体密度上、下限；Ei1，Ei2分别为第i 个分区的岩体弹性模量上、下限.1.5 工程地质体地应力场反演优化模型求解考虑到地应力场反演优化目标函数属于高度非线性函数，因此采用遗传算法对由式(1)和式(2)确定的优化模型进行求解，由此获得与原岩地应力场所对应的不同分区地质体的岩体参数和侧压系数.1.6 工程地质体的地应力场反演将求解的工程地质体岩体参数和侧压系数，代入三维数值分析模型进行正分析，由此获得的应力场即为工程地质体初始地应力场.为阐述基于有限个地应力测量值进行工程地质体地应力场反演方法，以金川矿区为工程背景进行实例分析.金川镍矿是世界上著名的多金属共生大型硫化铜镍矿床，位于我国甘肃省河西走廊龙首山下长约6.5 km和宽约500 m的范围内，已探明矿石储量5.2×108 t，镍金属储量5.5×106 t，列世界同类矿床第3位.金川铜镍矿床地质构造特征主要表现以下两个方面.1)金川矿区是一座典型的高地应力矿区，表现在矿体埋藏深，自重应力大，近似水平方向的构造应力最高达到50 MPa，即水平应力是垂直应力的1.69～2.27倍. 2)金川矿床赋存于海西期含矿超基性岩体中，上盘围岩为二辉橄榄岩，下盘围岩主要为大理岩和二辉橄榄岩.矿区内断裂构造极其发育，F16、F15、F26等断层对矿岩条件产生剧烈影响，使矿岩异常破碎，表现出岩石强度高而岩体稳定性差的特征，由此给采矿方法选择和采场地压控制带来不利影响.为优化采矿设计和实现对采场地压优化控制，金川镍矿开展了不同阶段的地应力测量，获得大量的地应力测量结果[24].根据金川龙首矿和二矿区地应力测量结果，建立包含两个矿区工程地质岩体的三维数值分析模型，进行金川矿区地应力场反演,如图1所示.2.1 金川矿区地应力测量根据金川矿区地应力测点位置、埋深、岩性以及地应力测量结果[24]，选择表1中9个地应力测试数据，用于金川矿区地应力反演.其中前5个数据用于建立优化模型，后4个数据用于检验地应力场反演结果.2.2 建立金川矿区地应力影响函数2.2.1 建立金川矿区工程地质体数值分析模型为了建立金川矿区地应力影响函数，首先建立金川矿区工程地质体三维数值模型.三维数值模型坐标系统为：水平面指向东为x坐标，指向北为y坐标，垂直向上为z坐标(见图1).2.2.2 工程地质体分区与岩体参数选择考虑到矿岩体物理力学性质存在显著差异，根据力学特性划分成矿体和岩体两个分区，分别采用γ1，E1，μ1和γ2，E2，μ2表示矿岩体密度、弹性模量和泊松比.根据金川矿区已开展工程地质研究，确定矿岩体密度分别为2.8～3.6 t/m3和2.4～2.8 t/m3.矿岩体弹性模量分别为20～34 GPa 和6～20 GPa；矿岩体泊松比分别为0.20～0.24和0.20～0.26.根据金川矿区地应力实测结果，确定金川矿区x、y水平方向的侧压系数分别为0.5～1.2和1.1～1.5.2.2.3 地应力影响因素和试验水平及正交数值分析选择矿体和岩体参数γ1，E1，μ1 ，γ2，E2，μ2 和矿区侧压系数λ1、λ2共8个因素和两个水平进行金川矿区地应力场反演.表2给出了8因素2水平地应力场反演三维正交数值分析的因素与水平，表3给出了金川矿区地应力场反演三维正交数值分析的计算方案.2.2.4 金川矿区地应力测点地应力数值分析结果根据图1所示的金川矿区三维数值分析模型和表3的正交数值计算方案进行12次数值分析.在每次计算结果中提取三维数值分析模型的地应力测点处的地应力计算值，由此获得如表4所示的矿区地应力各测点处的3个主应力大小和主应力方向.2.2.5 建立地应力测点处的地应力影响函数根据表3正交数值计算方案和表4地应力测点对应的地应力计算结果，采用遗传规划建立第j个地应力测点(j=1,5)地应力与原岩参数(密度γ、弹性模量E、泊松比μ)及侧压系数λ1和λ2之间的函数关系为ji=fij(γ1,E1,μ1,γ2,E2,μ2λ1,λ2),其中，分别为三维数值模型中第j个地应力测点的第i主应力的计算值；fij(i=1,3;j=1,3)分别为三维模型中第j个地应力测点的主应力与岩体参数和侧压系数的函数.由于地应力函数具有高度非线性，因此采用遗传规划中的最佳遗传树表征，由此获得5个地应力测点处的3个主应力的函数表达式.本文仅给出图2所示的测点1处的第1主应力的最佳遗传树结构图，该点的地应力函数表达式为，mydivide(x7，minus(x4，mydivide(mydivide(x7，x5)，plus(x6，ex3)))))，plus(x2，times(x2，mydivide(minus(x8，times(plus(x6，x6)，minus(x5，x3)))，mydivide(mydivide(x5，x7)，x7))))))，minus(mydivide(times(mydivide(minus(plus(x7，x8)，plus(x7，plus(times(x2，x7)，x2)))，x8)，x3)，mydivide(x1，x7))，plus(mydivide (mydivide(x7，ex8)，plus(x6，x2))，mydivide(minus(x2，x8)，x4)))).式中：xi(i=1,8)分别为矿体参数γ1,E1,μ1、岩体系数γ2,E2,μ2和侧压系数λ1,λ2.2.3 金川矿区地应力场智能反演优化模型基于金川矿区地质体中5个地应力测点处的地应力函数与实测地应力值之差的平方和最小为优化目标，由此建立矿区地应力场反演优化模型.2.3.1 金川矿区地应力场反演目标函数根据金川矿区地应力的遗传规划函数关系，建立地应力场智能反演目标函数为((x8-x2x7-x2)/x8x3/x1x7-x7/ex8/(x6+x2)-(x2-x8)/x4-25.8)2+((x6+(x6+x1)x7)x7+x7/x3)/x4))/exp(ex1)+x7/x2+x1)+x7/x3+(x7/x3+ex5+x7)/ex5/exp(ex1)+e(x 8-x6x3)+ex7+x7/x6-7.5)2+(x3-x7+x8((x4+x8/x3(x4/x3-x3+x4)/x2)/(x7+x3)+x8((x3+x8(x8/x3(x4/x3+x8)/x2+(exp((x4+x1)/x8/x4)+1/x5)+x4))+x2-24.9)2+(x2+(x1/x8/x6+6x8+4x7+12x4+10x5-4x2+3x1+2x3+ex8)/x2-13.6)2+((x2+(x3+(x5-x2)x5+(x4+x8)x4)/x7/x5)/x2-13.0)2+((ex8+((ex8+(x8/e(x5+x6+x4/x5)+x6)e(x3/ex3/ex7)/(x1+exp(ex7))- x1+x7/(x1-x4-x3)/x4)x8+x6)ex8/(x2+x7/(x8-x3)/x4)-x1+x7/(x1-x4-x3)/(x1+x7/x5/x4))x8+x2+ex1)/x7+x2-17.6)2+(ex1+x3/x8/x1/x6+x7-x6-(ex1+x4-x6-x5/(x8x1+x4)+x7)/(2x4+x2-x5)+x6+x2-16.8)2+(x6+x2-x4/(x7-2x6)/(x2-x7-x5-x1-x1/(x1-x7)-x2x3)-(x2-x4+(x2-x8)/(x1-x2)+x2x3-x5-x7-x8-x3/(x2-2x7-x5-x1-x1/x5x8(x2+x3)-x7/(x4-x7/x4-x2x3-x2)))x3-12.2)2+((x2/(x7-x1+1)+x8/x7+ex1/x6x8+x1+(x5/x2x8+x5/x6x8+x7+x2/x8)/(x7-x1+x2/x4))/(x7-x1+x2/x8)+x8+x3/(x5-x2)x2x7+x2-31.6)2+(x4/x3+x8/(x7+x5/ex8)+(((2x8/x3+x3/(x6+x7)+x7+(2x1+x8)/x8+2x 4)/x2+x8)/x3+x2x3+(ex1(x1+x5/ex8+x8)+x4)/x2+2x1+x4)/x2/x3+x2/x1-18.7)2+(x2-(((x2-(x7+x4)x1-x8)x8-x1+(x2+(x2-2x8-x6)x8-(x1+(x1+x8)x6)(x1+(x6+x8)x6))x6)x8+(x2+(x2-ex7x2x6+x5)x8-(x1+(x5x6+x8)(x1+(x6+x8)x6))e(x8x7))x6)x6+(ex3+x4)x8-11.6)2.2.3.2 金川矿区地应力场反演约束条件根据金川矿区矿体和岩体参数以及地应力的变化范围，由此确定优化模型的约束条件为：6<E1<20，20<E2<34 ；0.20<μ1<0.26，0.20<μ2<0.24；2.4 金川矿区地应力场反演优化模型求解利用遗传算法的全局搜索能力，求解由目标函数式(3)和约束条件式(4)确定的地应力反演优化模型.首先设置遗传算法的参数见表5；然后进行遗传算法操作：即随机产生初始群体→个体适应度评价→选择操作→交叉操作→变异操作→终止法则(最大遗传代数)；最后获得与矿区地质体初始应力场相匹配的矿、岩体参数和矿区侧压系数见表6.2.5 金川矿区工程地质体地应力场反演将地应力场反演获得金川矿区矿、岩体参数，和矿区的侧压系数λ*1、λ*2代入已经建立的金川矿区三维数值分析模型进行正分析，由此获得的应力场即为金川矿区工程地质体的原岩应力场.为检验地应力场反演结果的可靠性，表7给出金川矿区4个测点的地应力实测值与反演值和误差分析结果.图3显示了金川矿区6～9号测点的实测地应力值与反演地应力值的对比曲线.由此可见，采用本文的地应力反演方法获得的3个主应力值与实测主应力值的误差最大为17.98%，最小为0.62%.可见该地应力场反演方法具有一定的可靠性.1)地质体中的原岩应力是时间和空间的函数，是岩体物理力学参数的高度非线性函数，因此，采用遗传规划的遗传树结构，能够表征地应力的非线性关系；考虑到地应力反演的优化目标函数属于高度非线性函数，利用遗传算法的快速寻优技术，能够获得目标函数的最优解.2)采用本文地应力反演方法，进行4个测点的主应力反演，并将反演结果与实测值对比，其最大误差为17.98%，最小误差为0.62%.考虑到地应力复杂特征及地应力测量存在的误差，地应力反演误差满足地质工程分析的精度，该方法可为复杂地应力场反演和工程稳定性分析提供一条途径.高谦(1956—)，男，教授，博士生导师.【相关文献】[1] 司光晔，张严. 基于地应力测试的公路岩爆预测技术研究[J]. 公路, 2013, (6): 256-261.[2] 周垂一, 李军, 严鹏. 锦屏二级水电站深埋隧洞施工难点解析[J]. 隧道建设, 2013, 33(6): 481-488.[3] 马行东.某电站枢纽区地下洞室岩爆的特征与预防措施[J]. 水电站设计, 2013, 29(1): 63-65.[4] 刘月锋,卫栓紧. 深部开拓巷道岩爆防治技术[J]. 建井技术,2013, 34(2):13～15[5] 杨旭旭,靖洪文,陈坤福,等. 深部原岩应力对巷道围岩破裂范围的影响规律研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2013, 30(4):495-500.[6] 廖椿庭, 施兆贤.金川矿区原岩应力实测及在矿山设计中的应用[J]. 岩石力学与工程学报, 1983,2(1): 103-112.[7] 蔡美峰,乔兰,于波, 等.金川二矿区深部地应力测量及其分布规律研究[J].岩石力学与工程学报, 1999，18(4): 414-418.[8] 蔡美峰,刘卫东,李远. 玲珑金矿深部地应力测量及矿区地应力场分布规律[J]. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(2): 227-233.[9] 康红普, 林健, 张晓, 等. 潞安矿区井下地应力测量及分布规律研究[J]. 岩土力学, 2010, 31(3): 827-831.[10]罗超文,李海波,刘亚群. 深埋巷道地应力测量及围岩应力分布特征研究[J].岩石力学与工程学报,2010, 29(7):1418-1423.[11]丰成君,陈群策,谭成轩, 等. 广东核电站地应力测量及其应用[J]. 岩土力学, 2013,34(6):1745-1752.[12]李云鹏,王芝银. 粘弹性位移反分析的边界元法[J].西安矿业学院学报,1989, (1):17-23.[13]郭锋,马震岳,金长宇. 抽水蓄能电站地下洞室初始地应力场反演分析-基于神经网络和快速拉格朗日算法[J]. 地下空间与工程学报, 2007, 3(2):208-212.[14]贾善坡,陈卫忠,谭贤君,等. 大岗山水电站地下厂房区初始地应力场Nelder-Mead 优化反演研究[J].岩土力学, 2008, 29(9): 2341-2349.[15]岳晓蕾,李术才,陈启辉,等.多元多方程地应力反演与工程应用研究[J].山东大学学报:工学版, 2010, 40(2): 66-70.[16]张国强,王桂萱. 基于神经网络结构分解与FLAC3D的初始地应力场反演[J].大连大学学报, 2007, 28(6):43-47.[17]杨志双,潘懋.基于遗传算法(GA)的地应力有限元反演研究[J]. 水文地质工程地质, 2006,33(2):80-83.[18]王福玉,高谦,张周平.金川矿区地应力规律与人工神经网络预测研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2003, 22(S2): 2601-2606.[19]罗润林,阮怀宁,黄亚哲,等.岩体初始地应力场的粒子群优化反演及在FLAC3D中的实现[J]. 长江科学院院报, 2008, 25(4):73～76.[20]张贵庆. 三峡地下厂房区地应力场反演分析[J]. 水利与建筑工程学报, 2011, 9(4):66-71.[21]张延新, 蔡美峰. 地应力场与地质构造运动关系研究[J]. 铜业工程, 2004, (3):7-9.[22]江权,冯夏庭,徐鼎平,等.基于围岩片帮形迹宏观地应力估计方法探讨[J].岩土力学, 2011,32(5):1452-1459.[23]张宜虎,卢轶然,周火明,等.围岩破坏特征与地应力方向关系研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(S2): 3526-3535.[24]杨志强, 高谦, 王玉山,等. 特大型镍矿工程地质与岩石力学[M].北京:科学出版社, 2013.。
QK-地应力研究在土木工程中的实践和应用
第31卷 第2期1998年4月哈 尔 滨 建 筑 大 学 学 报Jou rnal of H arb in U n iversity of C.E.&A rch itectu reV o l.31N o.2A p r.1998地应力研究在土木工程中的实践和应用凌贤长(博士后流动站) 沈跃生(深圳市东部实业股份有限公司) 摘 要 通过典型实例介绍,论述在土木工程的区域稳定性评价、选址与规划、设计与施工,以及灾害设防与治理等方面进行地应力研究的实践意义和应用前景。
关键词 地应力;土木工程;区域稳定性;灾害防治;规划与设计分类号 P642.40 引言存在于地球岩石及土层内的自然应力称为地应力,呈三维状态有规律分布构成地应力场。
人类对地应力的认识已有百余年历史[1～13]。
本世纪初,国外即已着手地应力的研究(海姆,1905～1912),并在30年代将其应用于土木工程的实践中(鲍尔德水坝设计,1932)。
我国研究地应力起步比较晚,李四光在《地质力学概论》(1962)中提出应将地应力作为一个重要的研究方向[1],在尔后土木工程的实践和应用中初见成效(关角铁路隧道灾害治理,1974)。
近二十多年来,地应力研究在理论上日臻完善,在技术和途径上趋于多样化,从而为某些土木工程的规划与选址、稳定与抗震设计、以及灾害预测与治理等提供了越来越多的依据。
现在,随着各种大型土木工程的兴建,工程稳定设计及破坏预测往往需要地应力测量数据。
此外,部分已建工程的加固及纠偏等灾害治理有时也应进行地应力研究。
本世纪60～70年代以来,地球岩石圈进入新的强烈活动时期,致使人类时刻面临地震之灾,尤其是我国复杂而特殊的大地构造体系决定其为多震的地区,所以区域稳定性预测及工程抗震设计迫切需要地应力研究资料。
事实上,世界许多大型工程在规划及设计阶段均进行了地应力测量与研究,从而取得节省投资、缩短工时、提高工效、确保质量的良好结果。
1 地下工程当今,人们为进一步拓宽生存空间而纷纷发展地下工程,各种地下洞室及隧道等相继兴建。
高地温高地应力下岩体初始地应力场反演分析
高地温高地应力下岩体初始地应力场反演分析作者：冉小东来源：《建筑与装饰》2020年第03期摘要在高地温高地应力环境下，岩体初始地应力场可近似由重力应力场、构造应力场及温度应力场组成。
而岩体温度应力场可结合地温梯度法并依据岩体热应力公式近似得到，再通過叠加原理将温度应力场叠加到重力及构造应力场中即可得到与高地温相符的岩体初始地应力场。
本文为使反演得到的岩体初始地应力场更加符合实际，首次提出了考虑地温的岩体初始地应力场反演思路，以供参考。
关键词岩石力学;高地温;高地应力;初始地应力场;反演;岩体1 岩体温度场的计算通过数值模拟法计算山岭重丘区的岩体温度场时需给出数值模型的热边界条件，其可分为3类：①给出边界的温度;②给出边界的热流密度;③给出边界与周围流体的对流换热系数及流体温度。
岩体表面是与空气的热对流进行热交换的，即岩体表面为第三类热边界条件，则需确定岩体表面的空气温度及岩体表面与空气的对流换热系数。
由于山岭重丘区工程区域的海拔高差、面积一般较大，不同高程处的空气温度存在差异，且同一高程处的空气温度在不同季节也存在较大差异，故要获取整个工程区域岩体表面的空气温度可见是较为困难的。
因此通过数值模拟法计算山岭重丘区岩体的温度场较难实现。
而工程上近似计算岩体温度场应用十分广泛的地温梯度法如下所示[1]：T = T0 + α（ H - h ）（1）T 为深度为H处的原岩温度（℃）;T0 为恒温带的温度（℃）;H 为埋深（m）;h 为恒温带离地表的距离（m）;α地温梯度（℃/（100m））。
式（1）的适用条件为：假定同种地层每一点各个方向的岩石导热系数都相同，且仅适用于浅部地壳。
恒温带等岩体温度变化层带定义如下：（1）变温带：在恒温带以上，离地表20～30m的地表层，其温度受太阳辐射而具有周期性变化，故变温带有日、月、年变化。
（2）恒温带：温度随时间基本没有变化的地层带，厚度3～5m，原因是在这地层附近大地热流和太阳的热辐射处于热流平衡状态。
某大型引水隧洞地应力场反演与分析
深埋 引水 隧洞 地应 力场 研究 。
：ａ ￣ ｓ ｉ ｎ 铅 ｃ ｏ ｓ 。 ０
１ Ｖ ｘ ｙ 一（ 一 ）
ｌ ｚ ＝ ＝ ：口
（ ２）
式中， ０为 计 算 模 型 坐 标 系 与侧 压 力 系数 坐 标
工 与 支 护 提 供 了参 考 。
关键词 ： 引水隧洞 ； 地应力 ； 反演 ； 有 限 元
中图分类号 ： Ｕ４ ５ ２ 文献标识码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ４ — ３ １ ５ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ５ ３ — ３
活动 如板 块运 动和 重力作 用 引起 。
系之 间 的夹角 。
２ 地 应 力 场 有 限 元 反 演 分 析 方 法
根据 国 内外 的 大量 地 应 力测 量 资 料 ， 可 以认 为 竖 向应力 主要 由重力 作 用 引起 ， 且 等 于 上 覆 岩 层 的
重量 ， 竖 向应 力是 主应 力之 一 ， 水 平应 力 主要 由构造
区域 的三 维初 始地 应 力 场 进行 了 反演 回归 分 析 ； 贾
般 的， 工 程 侧压 力 系 数 坐标 系 与计 算 模 型坐
标 系存 在 着一定 的夹角 ， 通过 坐标转 化 ， 可以得 到计 算模 型坐 标 系 ＸＯ Ｙ 下 的水 平 应 力 分 量 和 自重 应
力：
ｒ Ｏ ＂Ｃ Ｏ Ｓ Ｏ ａ＇
第２ ７ 卷第 ５期 ２ ０ １ ３年 １ ｏ Ｐ ｊ
土 工 基 础
Ｓ ｏ ｉ ｌ Ｅｎ ｇ ． ａ ｎ ｄ Ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｖ＿ ０ １ ． ２ ７ Ｎ０ ． ５ Ｏｃ ｔ ． ２ ０ｌ ３
利用套管变形量进行地应力反演
利用套管变形量进行地应力反演尹虎;李黔;李建涛;黄建智【摘要】地应力是石油工程设计与施工所需要的重要参数之一.通常获取地应力大小的方式是通过水压致裂法直接测量、室内试验以及测井资料计算得到,但水压致裂法和室内试验法获取地应力的成本较高,根据测井资料计算地应力需要根据经验校正.而油田具有丰富的套管变形资料,因此,可以利用套管变形量进行反演获取地应力.利用已知的套管变形量作为基础条件,构造符合套管在井下的边界椭圆应力模式,选择测点计算最大变形量与测量最大变形量差值的平方为目标优化函数,采用合理的优化技术对位移进行反分析来获取最大和最小地应力.利用该方法对新疆某油田的A井进行了分析,结果表明,采用该方法能快速有效地计算出套管变形条件下的实际非均匀载荷大小,且计算结果与利用测井资料计算出的结果相差不大,可为合理设计套管柱、减少套管损坏提供依据,为油田获取地应力提供一种新的途径.%In-situ stress is one of the important parameters for petroleum engineering design and operation. Usually in-situ stress is obtained by direct measurement and laboratory test, the two methods are higher cost,but oil field has much more data for casing deformation,it can be used to conduct inversion and calculation to get in-situ stress. Taking casing deformation data as the premise condition, in-situ stress inversion can be made to establish the oval stress boundary mode, which is consistent with down hole conditions of casing. The square of difference between calculated maximum deformation and measured maximum deformation is taken as the optimization objective function, the inverse analysis of casing displacement can be done to obtain the maximum and minimum stresses.This method has been used to analyze Well A in Xinjiang Oilfield,the results show that,the value of actual non-uniform load can be calculated rapidly under the casing deformation conditions by this method,and the calculation result has very little error compared with the result obtained from logging data, which provides the basis for rational design of casing strings, and eliminating the casing damage,it has offered a new way to get the in-situ stress for oil fields.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2012(040)003【总页数】4页(P54-57)【关键词】套管变形;地应力;反演【作者】尹虎;李黔;李建涛;黄建智【作者单位】西南石油大学石油工程学院,四川成都610500;西南石油大学石油工程学院,四川成都610500;西南石油大学石油工程学院,四川成都610500;中国石油青海石油管理局井下作业公司,青海格尔木816000【正文语种】中文【中图分类】TE21油田初始地应力对于井眼轨道设计、井壁稳定、套管柱设计及水力压裂设计具有重要的作用。
三峡地下厂房区地应力场反演分析
第９ 卷第 ４期
２０１１年 ８月
水利 与建筑 工程 学报
Ｊｕｎｌｏ ｔｒＲ ＳＵ￣ ｓａ ｄＡ ｃ ｉ ｃｍａ ｎ ｏｒａ ｆ Ｗａｅ ｅＯ Ｉｅ ｎ ｒｈｔ ｔ＇ Ｅ ｅ ｌ
Ｖｏ ． １９ Ｎｏ． ４ ｕ ｇ．，２０ １１
三峡 地 下厂 房 区地 应 力场 反演 分 析
ｍ ｅ ｈ ｄ ｆ ｒ ｇ ｏ ｔ ｔｃ ｓｒ ｓ ｔ ｏ ｏ ｅ ｓ ｉ ｔ ｅｓ ａ
岩体内部应力的形成是 由于地壳 内部的各种运 动过程的结果。已有的研究成果表明岩体内部的应 力来 自下面五个方面 ， 即岩体 自重 、 地质构造运动、 地形势、 剥蚀作用和封闭应力 ， 中岩体 自重应力场 其 与地质构造运动应力场是现今岩体内部应力场的主 要组 成部 分 。岩体 内赋存 的这 种应力 称之 为地应 力 或原岩应力［ 。岩体内部具有的这种初始地应力 卜
地应力反演报告
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 ∧σ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 σ作为自变量，则回归方程的形式为ikni i k L σσ∑=∧=1式中：k 为观测点的序号；k ∧σ 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 ∧σ和 ik σ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*)(∑∑∑===-=mk j ni i jki jkL S σσ残 (2)式中：*jkσ为k 观测点j 应力分量的观测值，i jkσ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∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑===================mk j n jk jk mk j jkjkm k j jk jk nmk j n jk m k j n jkjkm k j jkm k j n jk jk m k j jk jkm k j jkL L L 161*1612*1611*21161216121612216111612116121)()()(σσσσσσσσσσσσσσσ称对(3)解此方程式，得n 个待定回归系数Tn L L L L ),...,,(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∑==ni i jpi jp L 1σσ(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。
地应力测试及其在勘探开发中的应用
地应⼒测试及其在勘探开发中的应⽤综述地应⼒测试及其在勘探开发中的应⽤葛洪魁林英松王顺昌(⽯油⼤学⽯油⼯程系,⼭东东营257062)(⽯油物探局)摘要对国内外地应⼒测试与应⽤⼯作现状进⾏了综合分析。
论述了地应⼒的分布规律、地应⼒的矿场和岩⼼测试⽅法、地应⼒的计算及其在油⽓勘探开发中的应⽤等。
分析了⽔⼒压裂法、井壁崩落法、声发射法等地应⼒测试⽅法的原理、应⽤范围及计算⽅法,对⽬前应⽤的测试⽅法中存在的问题进⾏了研究,并指出了进⼀步发展的⽅向及需要解决的主要问题。
结合油⽓勘探开发的需要,对油⽥开展地应⼒研究问题提出了建议。
主题词岩⽯应⼒;测试;⽔⼒压裂;声发射;开发⽅案;裂缝;预测;定向射孔中图法分类号T E21;P554X第⼀作者简介葛洪魁,男,1963年⽣。
副教授,1989年获硕⼠学位,现在攻读博⼠学位。
主要从事岩⽯⼒学、地应⼒等⽅⾯的研究。
引⾔⽯油形成并赋存于地壳岩⽯中。
地应⼒的⼤⼩及其变化是控制油⽓富集区分布、⽔⼒压裂裂缝扩展、储集层裂缝分布、油井套管长期外载以及钻井地层破裂压⼒、坍塌压⼒等项参数的因素之⼀,也是油⽓⽥开发⽅案的制定及油井⼯程设计必不可缺少的基础数据。
认真分析研究国内外地应⼒测试及应⽤的现状,依此确定地应⼒研究⼯作的⽅向和路线,具有重要意义。
1地应⼒测试⽅法研究概况到⽬前为⽌,地应⼒的确定⽅法可以分为四⼤类:⼀是利⽤资料进⾏定性分析,如⽕⼭喷道、断层类型、油井井眼稳定情况、取⼼收获率、区域应⼒场、地形起伏、地质构造、震源机制等;⼆是矿场应⼒测试,如⽔⼒压裂应⼒测试,井壁崩落地应⼒反演;三是岩⼼测试,如差应变分析、波速各向异性测定、滞弹性应变分析、声发射(Kaiser效应)测定等;四是地应⼒计算,如地应⼒场有限元数值模拟、地应⼒测井解释、钻进参数反演等。
地应⼒测量⽅法虽较多,但真正能直接测量出地应⼒的⽅法,严格来讲还没有。
相对⽽⾔,⽔⼒压裂⽅法可给出⽐较可靠的最⼩地应⼒值,在⼀定精度范围内可视为地应⼒的直接测量。
地应力场边界条件反演的粒子群-差分进化耦合方法
为个体极值，记为：
pbest ( pi1, pi2 ,, pi6 ),i 1,2,, N
（3）
整个粒子群迄今为止搜索到的最优位置为全局极值（称
收稿日期：2018-09-07 作者简介：王国旺，中国葛洲坝集团第一工程有限公司。
第5期
王国旺等：地应力场边界条件反演的粒子群-差分进化耦合方法
215
为全局适应度），即当前所有计算应力分量与实测应力分量 方差和为最小时对应的 Vi，记为
导致粒子群的早熟收敛，因此引入差分进化方法与粒子群耦
合。 已有文献表明[20]差分进化（DE）算法的性能优于粒子群
和其它进化算法，己成为一种求解非线性、不可微、多极值
和高维的复杂函数的一种有效和鲁棒的方法，但目前在国内
的研究和应用较少。当粒子群出现早熟迹象时，将当前最优
（2）
由于地应力存在多个分量，寻优过程中存在对应于单个
应力分量的最优值，称为个体最优解。对应于所有应力分量
的最优值称为全局最优解。
迄今为止搜索到的个体最优位置，即某位移分量对应的
N 个计算应力分量与相应实测应力分量（例如由水平位移分
量
ui1
引起的对应的计算应力
i xx
及实测应力分量
xx
）方
差和（称为个体适应度）的最小值对应的 xij，j=1，2…6 称
第 19 卷 第 5 期 2019 年 5 月
中国水运 China Water Transport
Vol.19
No.5
May
2019
地应力场边界条件反演的粒子群-差分进化耦合方法
王国旺 1，夏新兵 2，3，郭运华 2
（1.中国葛洲坝集团第一工程有限公司，湖北 宜昌 443000；2.武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室，湖北 武 汉 430070；3. 中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160）
水电厂区地应力场反演分析方法及工程应用的开题报告
水电厂区地应力场反演分析方法及工程应用的开题报告一、研究背景和意义水电厂是我国重要的能源产业，其建设和运营对于改善能源结构、促进经济发展具有重要意义。
然而，水电厂建设对地质环境和地下水资源等方面的影响也十分显著。
因此，水电厂建设前必须进行地应力场反演分析，进而评估其对周边地质环境的影响。
地应力场反演分析可以帮助工程师了解地质体的力学性质，为建设水电厂提供可靠的技术支持，同时也有助于地下工程中应力场变化的研究，以及其他相关领域的研究。
二、研究目的和内容本文旨在研究水电厂区地应力场反演分析方法，探究其工程应用，并对其进行分析和评估。
研究内容包括：1. 水电厂区地应力场反演分析方法研究，包括地应力测量方法、数据处理方法、模型构建与反演方法等方面的研究；2. 对选择的水电厂区进行样本测试，确定样本范围、采集、处理及标准等，得出样本测试结果；3. 通过地应力场反演分析来研究水电厂区的地质应力状态及分布特征，分析地质地应力场变化的规律及影响因素；4. 对水电厂工程建设提供科学依据，为项目的规划、设计、施工及监测提供参考。
三、研究方法本文采用实验室和现场测试相结合的方法，采集水电厂区地应力数据，结合数值模拟和统计分析等方法进行数据处理，最终对水电厂区地应力场反演分析进行评估。
四、预期结果本研究预期结果为：1. 确定水电厂区地应力场反演分析方法，探究其理论基础和工程应用；2. 利用所得数据，分析水电厂区地质应力状态及分布特征，验证地应力场反演分析方法的可靠性；3. 提供科学依据，为水电厂工程建设及相关领域研究提供参考。
五、研究进度安排本论文的研究进度计划如下：1. 第一学期：完成水电厂区地应力场反演分析方法研究的概述和文献综述；2. 第二学期：采集和处理必要数据，对样本进行测试分析；3. 第三学期：对分析结果进行总结和评估，编写论文；4. 第四学期：进行论文修改和答辩准备。
六、总结本文的研究目的是研究水电厂区地应力场反演分析方法，并探究其工程应用。
基于多元线性回归原理的高海拔深埋隧道地应力反演分析
基于多元线性回归原理的高海拔深埋隧道地应力反演分析何军杰;胡松;郭永刚;陈亮【期刊名称】《防灾减灾工程学报》【年(卷),期】2024(44)1【摘要】基于青藏高原东南地区某特长深埋隧道工程,建立了高精度的山体三维有限元模型。
在横洞内钻取了岩芯试样,通过室内试验获得了岩石物理力学参数。
采用水压致裂法测得该工程区的现今构造应力,测区现今主应力场以南西-北东向挤压为主。
地应力数据转换角度后,通过多元线性回归的原理,得到构造应力的回归公式,回归公式和回归系数满足显著性检验。
计算得到隧道工程区域的构造应力场,反演计算精度良好,计算结果符合实际隧道工程区域的构造特征。
隧道轴线上的主应力分布规律表明:该隧道受到强烈的构造挤压作用,岩体内赋存较大的水平应力,最大水平主应力超过62 MPa。
为避让大断层而选择的隧道走向与最大水平主应力小角度相交,这将有利于隧道围岩的稳定。
隧道埋深较浅的里程地应力特征为S_(H)>S_(V)、S_(h),埋深较大的里程地应力特征为S_(H)>S_(V)>S_(h)。
从应力角度初步统计出该特长深埋隧道的岩爆灾害等级,该特长深埋隧道全线路发生岩爆灾害的概率较大。
【总页数】8页(P120-127)【作者】何军杰;胡松;郭永刚;陈亮【作者单位】西藏农牧学院水利土木工程学院;西藏土木水利电力工程技术研究中心;华中科技大学煤燃烧国家重点实验室;河海大学岩土工程科学研究所【正文语种】中文【中图分类】U452.2【相关文献】1.拉林铁路巴玉深埋隧道地应力场反演分析2.基于功效系数法和地应力场反演的深埋长大隧道岩爆预测研究3.深埋特长隧道初始地应力场数值反演分析4.基于有限元分析和多元线性回归的初始地应力场反演分析及应用5.长大深埋高铁隧道三维地应力场反演方法及应用———以银河山隧道为例因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
某水电站地下厂房初始地应力场反演计算分析
某水电站地下厂房初始地应力场反演计算分析向贵府;刘洋;崔杰【期刊名称】《西南科技大学学报》【年(卷),期】2017(032)004【摘要】拟建电站处于北西、北东及南北构造交汇的Y字型部位,地质构造条件复杂,应力水平高.结合电站地下厂房区地质条件,依据勘探中实测获得的地应力成果资料,采用多元线性回归有限元法对区域初始地应力场进行回归反演,并将结果与实测值进行对比分析.结果表明:地下厂房区构造应力占初始应力场比重较大,地应力场竖直方向(Z方向)以及水平方向(X方向、Y方向)的应力均大于自重作用产生的地应力,厂房区第一主应力量值在10.83～22.8 MPa范围,第一主应力方向为N30°W～S73°W,倾角19°～70°.研究结果可为地下厂房洞轴线方位确定提供依据.%The Y-shaped parts of the proposed power station are in the north-west,north-east and northsouth tectonics,and the geological structure is complicated and the stress level is high.Based on the geological conditions of the underground powerhouse in the power station,this paper uses the multiple linear regression finite element method to analyze the regional initial geostress field inversion,and compare the results with the measured values.The results show that the stress of the underground plant area is larger than that of the initial stress field,and the stress in the vertical direction (Z direction) and the horizontal direction (X direction and Y direction) of the geostress field isgreater than those of the stress caused by gravity stress.The principal stress value is in the range of 10.83-22.8MPa,the first principal stress direction is N30 ° W to S73 ° W and the inclination angle is 19 °-70 °,which provides a reliable basis for determining the orientation of the underground powerhouse.【总页数】7页(P26-31,48)【作者】向贵府;刘洋;崔杰【作者单位】成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059;西南科技大学环境与资源学院四川绵阳621010;中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072;西南科技大学环境与资源学院四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TU431;TV731+.6【相关文献】1.蟠龙抽水蓄能电站地下厂房区初始地应力场反演方法比较分析 [J], 徐卫中;胡光平;周曙光;胡绍沛2.文登抽水蓄能电站地下厂房初始地应力场反演分析 [J], 何少云;何军;胡紫航;卫洋波3.文登抽水蓄能电站地下厂房初始地应力场反演分析 [J], 何少云;何军;胡紫航;卫洋波4.丰宁抽水蓄能电站地下厂房初始地应力场反演 [J], 费万堂;张练;马雨峰;刘双华;王兰普;秦洋5.大岗山水电站地下厂房区初始地应力场Nelder-Mead优化反演研究 [J], 贾善坡;陈卫忠;谭贤君;吕森鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
【由实钻资料反演地应力及井壁稳定】 井壁稳定
【由实钻资料反演地应力及井壁稳定】井壁稳定【由实钻资料反演地应力及井壁稳定】井壁稳定第29卷增1岩石力学与工程学报 Vol.29 Supp.12010年5月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering May，2010由实钻资料反演地应力及井壁稳定赵海峰，陈勉(中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京102249)摘要：目前确定石油工程中地应力的方法均存在各自的局限性，为了得到直接反应地应力大小和方向的信息，提出一种基于实钻资料确定地应力的新方法，不将井眼看作理想的圆筒，而是通过力学分析建立井壁围岩的变形程度与岩石物理力学性质、地应力、孔隙压力及钻井液密度的关系，在此基础上由钻井液录井和常规测井，反演出地应力及孔隙压力，并进一步计算井壁坍塌和破裂压力。
研究发现，破裂压力计算值与实测值符合较好，而反演得到的孔隙压力与实用钻井液密度符合，说明该方法合理可行。
若结合随钻测量，该方法可实现地应力及井壁稳定的实时预测，应用前景广阔。
关键词：岩石力学；地应力；坍塌压力；破裂压力；孔隙压力；反演中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)增1–2799–06INVERSE ANALYSIS FROM ACTUAL DATA TO DETERMINEGEOSTRESS AND WELLBORE STABILITYZHAO Haifeng，CHEN Mian(Key Laboratory of Petroleum Engineering，MOE，China University of Petroleum，Beijing 102249，China) Abstract：A new method based on actual data to determine geostress is introduced. Without the traditional assumption that wellbore is cylindrical，the relationship among wellbore deformation，rock mechanical properties，geostress，pore pressure and mud density is established by using dual media elastic mechanics. Using this relationship，geostress and pore pressure are inverted from mud log and conventional log. Then collapse pressure and fracture pressure are calculated. The results show that the calculatedfracture pressure is in good agreement with the actually measured value，and the inverted pore pressure is in agreement with the practical mud density. The agreement verifies the rationality of this new method. It is a peakthrough to determine earth pressure and pore pressure from actual mud log and conventional log. Due to the basis of rigorous mechanical model and actual data，this new method has high degree of accuracy. With measurements while drilling，this method can predict pore pressure，geostress and wellbore stability at real time. So the method may be wildly used.Keywords：rock mechanics；geostress；collapse pressure；fracture pressure；pore pressure；inverse analysis1 引言地应力是客观存在的一种自然力，它影响着油收稿日期：2008–11–12；修回日期：2009–03–11基金项目：国家高技术研究发展计划(863)项目(2006AA06A109–1–1–1)气勘探和开发的过程。
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山东大学
硕士学位论文
大岗山地应力反演与工程应用研究
姓名：岳晓蕾
申请学位级别：硕士
专业：岩土与结构工程
指导教师：李术才
20060508
山东大学硕士学位论文
出一组最优的组合，然后再用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ进行计算，其他与上述方法
相同。
比较两种方法的利弊，本论文主要采用第二种方法进行计算。
具体的加载
方式如下：
（ａ）ｘ轴方向水平均匀挤压构造运动
通过在模型的一面上施加ｘ轴向水平位移，其他四面上加法向约束（包括下底面），边坡面自由，来模拟ｘ轴方向水平均匀挤压构造运动［７１１。
册（如图４－１）。
（ｂ）Ｙ轴方向水平均匀挤压构造运动
通过在模型的一面上施加Ｙ轴向水平位移，其他四面上加法向约束（包括下底面），边坡面自由，来模拟Ｙ轴方向水平均匀挤压构造运动（如图４．２）。
图４－１Ｘ轴方向水平均匀挤压构造运动图４．２Ｙ轴方向水平均匀挤压构造（ｃ）自重应力状态
假设岩体应力仅由自重引起，量值按所给地形图及材料参数进行计算，包括考虑
实际存在的断层的影响。
通过在模型的五个面上施加法向约束，边坡面自由，在
模型上施加自重应力来实现（图４－３）．
（ｄ）水平面内的均匀剪切变形构造运动
通过在垂直于ＸＯＹ面的四个平面上分别施加平行于ｘ轴、Ｙ轴的位移，下
底面施加全约束，来模拟水平面内的均匀剪切变形构造运动（图４－４）。
山东大学硕士学位论文
图４．３自重应力状态图４－４水平面内的剪切变形构造运动
（ｅ）ＸＯＺ面内的均匀剪切变形构造运动
通过在垂直于ＸＯＺ面的四个平面上分别施加平行于ｘ轴、ｚ轴的位移，其
他二个面上施加全约束，来模拟ＸＯＺ平面内的均匀剪切变形构造运动（图４－５）。
（ｆ）ＹＯＺ面内的均匀剪切变形构造运动
通过在垂直于ＹＯＺ面的四个平面上分别施加平行于ｘ轴、ｚ轴的位移，其他二个面上施加全约束，来模拟ＹＯＺ平面内的均匀剪切变形构造运动（图４．６）。
图４．５ＸＯＺ面内的剪切变形构造运动图４．６ＹＯＺ面内的剪切变形构造运动。