【技术实现步骤摘要】
一种正应力和剪应力不同权重二维应力场反演方法及系统
本专利技术涉及岩土工程和数值分析
，尤其涉及一种正应力和剪应力不同权重二维应力场反演方法及系统。
技术介绍
随着社会经济的快速发展及西部大开发战略的实施，我国在水利水电工程、交通、国防等领域的建设正密集展开，与此相关的地下工程越来越多，并呈现出“深埋、超长、特大”的发展趋势。工程实践表明，地应力是引起地下工程围岩变形和破坏的根本作用力，伴随着工程安全问题的日益重视，预先对工程区地应力分布特征进行研究是一项必备的工作，已成为当今岩石力学界研究的热点和重要课题之一。由于地应力成因的复杂性和不确定性，人们很难准确地认识其形成机理，只能通过外部的观测信息、现场有限的实测资料及地质构造条件，采用有效的分析方法进行岩体应力场反演。目前国内外模拟岩体应力场的方法主要包括位移反分析方法和应力反演分析方法，对于地质条件较为复杂、地应力场非线性特征较为突出区域，常常采用应力场反演分析法。然而，在采用应力反演法进行分析时，现有的研究成果在地应力场反演目标函数的建立方面，较常采用离差平方和来度量两个应力张量之间的接近程度。由于应力张量中的剪应力较之正应力要小得多，尤其对于深埋工程，甚至存在数量级的差异，若仍然采用该方法势必会导致剪应力拟合处于次要甚至被忽略不计的地位，从而容易产生对硐室围岩破坏特征的误判，对工程安全建设危害极大。然而，该方面现有成果相对较少，尚未建立起合理反映正应力和剪应力权重影响的地应力场反演方法。可见，如何构建正应力与剪应力不等权重下的二维应力场反演目标函
【技术保护点】
1.一种正应力和剪应力不同权重二维应力场反演方法,其特征在于，包括如下步骤：/n通过原位应力测试和承压板载荷试验，获取二维空间不同部位测点的应力参数测量信息；/n根据工程地质信息建立有限元数值分析模型，并在二维空间内不同方向上分别施加荷载，分别确定对应荷载作用下测点处的应力计算值；/n建立正应力和剪应力不同权重的二维地应力场反演目标函数模型：/n
【技术特征摘要】
1.一种正应力和剪应力不同权重二维应力场反演方法,其特征在于，包括如下步骤：
通过原位应力测试和承压板载荷试验，获取二维空间不同部位测点的应力参数测量信息；
根据工程地质信息建立有限元数值分析模型，并在二维空间内不同方向上分别施加荷载，分别确定对应荷载作用下测点处的应力计算值；
建立正应力和剪应力不同权重的二维地应力场反演目标函数模型：
其中，S残'为残余误差值，分别为第k个测点在不同方向荷载作用下的应力测量值，w为正应力权重，w的范围为[0,1]；分别为第k个测点在不相同方向荷载作用下的应力计算值；
分别采用正应力和剪应力不同权重下的地应力场反演目标函数对目标地应力场进行反演分析，获得不同权重下测点处的应力计算值和应力回归系数；
建立地应力场反演效果评价的误差计算公式，并根据所述应力参数测量信息以及不同权重下测点处的所述应力计算值和应力回归系数确定目标地应力场。
2.根据权利要求1所述的正应力和剪应力不同权重二维应力场反演方法,其特征在于，所述通过原位应力测试和承压板载荷试验，获取二维空间不同部位测点的应力测量参数信息具体包括如下步骤：
在施工现场勘探平硐内进行原位应力测试，获取二维空间分析断面处的不同部位m个测点的应力测量值和应力方向；
在施工现场勘探平硐内进行承压板载荷试验，采用逐级一次循环法分级施加荷载，获取现场试验实测的压力-变形(P-W)关系曲线，利用半无限空间弹性体公式求得岩体弹性模量E，具体公式如下：
其中，为第k个测点、第l个应力分量测量值，W为岩体弹性变形，单位为cm；P为按承压板面积计算的压力，单位为MPa；D为承压板直径单位为cm；ν为泊松比。
3.根据权利要求2所述的正应力和剪应力不同权重二维应力场反演方法,其特征在于，所述根据工程地质信息建立有限元数值分析模型，并分别施加重力荷载、水平方向单位挤压荷载及单位剪切荷载，确定对应荷载作用下测点处的应力计算值具体包括如下步骤：
根据工程地质信息，建立有限元数值分析模型，并对所述有限元数值分析模型进行有限元网格划分，并根据所述岩体弹性模量E初始化所述有限元数值分析模型的参数信息；
沿所述有限元数值分析模型边界分别施加重力荷载、水平方向单位挤压荷载及单位剪切荷载，通过有限元数值处理，并分别提取对应载荷作用下测点处的应力计算值。
4.根据权利要求3所述的正应力和剪应力不同权重二维应力场反演方法,其特征在于，所述建立正应力和剪应力不同权重的二维地应力场反演目标函数模型具体包括如下步骤：
以测点处的所述应力测量值与应力计算值之差的平方和达到最小为优化目标，建立m个测点的正应力与剪应力相互独立的二维反演目标函数模型；
其中：分别为第k个测点、第l个应力分量的测量值和计算值，分别为第k个测点、第i个正应力的测量值和计算值，分别为第k个测点剪应力的测量值计算值；
根据上述公式(2)建立正应力权重为w时的二维地应力场反演目标函数模型，具体如下：
假设第k个测点、第i个正应力σik权重为w，相应的第k个测点、第j个剪切应力τjk权重为1-w，代入公式(2)中，可得：
其中，w为0-1.0之间的任意值；
根据上述公式(3)对应力测量值和计算值进行形式变换，建立一般形式下的二维地应力场反演目标函数模型，可得：
其中，分别为第k个测点的应力测量值；分别为第k个测点在对应荷载作用下的应力计算值。
5.根据权利要求4所述的正应力和剪应力不同权重二维应力场反演方法,其特征在于，所述获得不同权重组合下正应力的应力计算值和应力回归系数具体包括如下步骤：
根据对应载荷下不同权重正应力的应力计算值和应力回归系数计算回归应力值，计算公式如下：
其中，为第i个荷载作用下、第k个测点的第j个应力分量计算值，j＝1,2,3，为第k个测点的第j个回归应力值；
根据多元回归分析理论，将上式(5)代入式(4)的公式中，可得：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：裴启涛，姚华，陈建斌，和礼红，熊永华，彭定新，蔡清，杨安民，吴磊，
申请(专利权)人：武汉市政工程设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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