复杂地应力场反演优化算法及研究新进展_王金安

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复杂地应力场反演优化算法及研究新进展
２３，李飞１，王金安１，
（００８３；０１．北京科技大学土木与环境工程学院，北京１２．金属矿山安全高效开采教育部重点实验室，北京１０００８３；）００１４２３．中国电子工程设计院，北京１
摘要：地应力是采矿工程和岩土工程设计与动力灾害防治的重要依据．地应力场反演是基于现场个别离散点应力测量结果，采用数力方法对目标区域的地应力分布的推算和拓展．本文系统介绍了区域地应力场反演和构建方法，重点阐述了他们的学术思想、应用领域以及优缺点，总结凝练了国内外学者在地应力反演算法和工程运用中作出的改进和创新，特别是非线性数理方法在 —替 — 地应力场反演应用中的新进展．本文提出了一种新的地应力场计算的非 Fra Baidu bibliotek 性优化新算法 — 代模型加速优化算法，该方法能够保证高精度、快速获得全局最优解．为了适用大规模地应力场反演，发展了能产生降阶和特征提取作用的特征正交分解地应力反演优化算法．最后，提出面向深部岩石工程和地质灾害防治的地应力场研究发展方向．关键词：地应力；反演；优化算法；加速替代模型；本征正交分解中图分类号：５２ＴＵ４文献标志码：Ａ（）文章编号：１９０１１７００６４２０１５０２８９１０－－－
４卷１９０中国矿业大学学报第４
，ｃｈａｒａｃｔｅｒｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｔｈｅｔｒｅｎｄｏｆｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｉｎｓｔｕｄｏｆｉｎｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｙｐｙｆｉｅｌｄｉｓｕｔｆｏｒｗａｒｄｆｏｒｄｅｅｒｏｃｋｅｎｉｎｅｅｒｉｎａｎｄｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｅｏｌｏｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒ．ｐｐｇｇｐｇｇ；；；：ｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｉｎｖｅｒｓｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｔｉｍａｌａｌｏｒｉｔｈｍ；ｓｕｒｒｏａｔｅａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｍｏｄｅｌＫｅｗｏｒｄｓｉｎ－ｐｇｇｙｒｏｅｒｏｒｔｈｏｏｎａｌｄｅｃｏｍｏｓｉｔｉｏｎｐｐｇｐ岩体初始地应力是指岩体在自然状态下存在的应力，主要由重力和构造应力组成．在漫长的地质演变进程中，受地壳内部各种物理、化学和环境作用，地应力场也在不断地调整和演化，形成具有时间和空间复杂性的地应力分布．大量研究和工程经验表明，工程地质灾害与地应力在时间、空间的分布状态与演化过程密切相关
收稿日期：０１０６１４２０－－））；）基金项目：国家重点基础研究发展计划（项目（国家自然科学基金项目（３２０１０ＣＢ７３１５００４１１７２２６４；Ｕ１３６１２０３４９７，通信作者：李飞（女，山西省运城市人，工学博士，从事岩石力学与工程方面的研究．８５－）１９：：ａ６２３３４０９８ｉｌｌｉｆｅｉ３５２２８８７３＠１６３．ｃｏｍＴｅｌ０１０Ｅ－ｍ－
１２１３ＷＡＮＧＬＩＦＪｉｎａｎｅｉ，，，
（，，Ｕ１．ＢｅｉｉｎｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｎｉｖｅｒｓｉｔＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｊｇｇｙｙｇｇ；ｆｏｒＳａｆｅｔｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＭｉｎｉｓｔｒＬａｂｏｒａｔｏｒ１０００８３，Ｃｈｉｎａ２．ＫｅＢｅｉｉｎｙｙｙｙｊｇ；，１０００８３，ＣｈｉｎａｏｆＭｅｔａｌＭｉｎｅＢｅｉｉｎＭｉｎｉｎａｎｄＨｉｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｊｇｇｇｙ），１００１４２，ＣｈｉｎａＤｅｓｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＢｅｉｉｎ３．ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｊｇｇｇ
第４ｌ．４４Ｎｏ．２４卷第２期中国矿业大学学报Ｖｏｒ．２０１５２０１５年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＭｉｎｉｎ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏａＭｙｇｇｙ
DOI:10.13247/j.cnki.jcumt.000292
Ｒｅｓｉｖｉｅｗｏｆｉｎｖｅｒｓｅｏｔｉｍａｌａｌｏｒｉｔｈｍｏｆｉｎｔｕ－ｐｇｓｔｒｅｓｓｆｉｌｅｄａｎｄｎｅｗａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ
：ＡｂｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｅｎｉｎｅｅｒｓｔｒａｃｔＩｎｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｉｓａｎｉｍｏｒｔａｎｔｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｎｏｆｍｉｎｉｎａｎｄ－ｇｇｐｇｇｉｎａｎｄｄｎａｍｉｃｄｉｓａｓｔｅｒｒｅｖｅｎｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｉｎｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｇｙｐ，ｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｏｎａｆｅｗｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｏｉｎｔｓｃｏｍｂｉｎｉｎｗｉｔｈａｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｉｎ－ｐｇｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｔｏｒｅｒｅｓｓｅｓａｎｄｅｘｔｅｎｄｔｈｅｍｉｎｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕ－ｇ，，ｔｉｏｎ．Ｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅａｃａｄｅｍｉｃｉｄｅａｓｃｏｅｏｆａｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａ－ｐｐｐｇ，ｅｓｔｈｅｂａｓｉｃｉｎｖｅｒｓｅａｌｏｒｉｔｈｍａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｉｎｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄａｒｅｉｎｔｒｏ－ｇｇｄｕｃｅｄｉｎａｓｓｔｅｍａｔｉｃｍａｎｎｅｒ．Ｔｈｅｉｍｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｍａｄｅａｌｌａｒｏｕｎｄｏｆｔｈｅｗｏｒｄｉｎｙｐ，，ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｌｉｃａｔｉｏｎａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄｅｌａｂｏｒａｔｅｄａｒｔｉｃｕｌａｒｌｔｈｅｎｅｗａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｏｆｐｐｐｙｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ．Ｉｎ，ｓｕｔｈｅｒｅｓｅｎｔｅｄｗｏｒｋａｎｅｗｎｏｎｌｉｎｅａｒｏｔｉｍａｌａｌｏｒｉｔｈｍｒｒｏａｔｅａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｍｏｄｅｌｉｓｕｔｆｏｒ－－ｐｐｇｇｐ，ｗａｒｄｆｏｒｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｉｎｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｗｈｉｃｈｅｎｓｕｒｅｓｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｂｅｓｔｏｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒｐ，ｔｈｅｅｎｔｉｒｅａｎａｌｔｉｃｒｅｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｒｆｏｒｍｌａｒｅｓｃａｌｅｉｎｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｐｒｏ－ｙｇｐｇｐ，ｅｒｏｒｔｈｏｏｎａｌｄｅｃｏｍｏｓｉｔｉｏｎａｌｏｒｉｔｈｍｉｓｄｅｖｅｌｏｅｄｗｈｉｃｈｌａｓａｒｏｌｅｉｎｏｒｄｅｒｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｇｐｇｐｐｙ