基于改进NGO算法的煤体应力反演

大直径钻孔卸压是防治煤矿冲击地压的有效手段之一,研究钻进过程煤体应力的变化情况对防止冲击地压有重要意义。目前关于钻进参数与煤体应力的关系模型研究较少且精度有限,对此提出一种基于北方苍鹰优化算法(northern goshawk optimization,NGO)与支持向量回归(support vector regression,SVR)的PSO-NGO-SVR煤体应力反演模型。首先,该模型在NGO种群初始化阶段引入Tent混沌映射,并将粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)的优势融入到北方苍鹰算法中,使改进后的北方苍鹰算法拥有更好的性能;接着,使用改进后的北方苍鹰算法对支持向量回归中的超参数迭代寻优;最后,以迭代后的最优超参数建立模型。结果表明:改进后北方苍鹰算法的敛速度和收敛精度有较大提升,PSO-NGO-SVR煤体应力反演模型拥有较高精度。

基于地应力反演的褶曲区煤层冲击危险性评价研究

为科学评价褶曲区急倾斜特厚煤层的冲击危险性,并给冲击地压的防治提供理论指导,以乌东煤矿南采区的冲击地压防控为背景,建立了包含褶曲构造的数值模型;借助多元线性回归方法以及CASRock工程岩体破裂过程计算软件,进行了乌东矿褶曲区急倾斜特厚煤层地应力场的反演;以其中的B1+2煤层为研究对象,提取煤层、顶板和底板中的应力数据,绘制应力-埋深变化曲线,探究地应力场分布特征,确定地应力相关的危险性评价指标;根据地应力反演数据和前人的研究成果,从地质因素与开采条件等方面确定了冲击危险性评价指标;运用层次分析法,分别求出7项地质因素类指标和5项开采条件类指标的静态权重;将静态权重代入动态权重计算公式,并结合传统的综合指数法,对乌东矿南采区+500 m水平B1+2工作面进行危险性评估,对照冲击地压危险状态分级表可知,该工作面的冲击危险性为中等,与地质报告结论一致,验证了方法的合理性;运用该方法对不同埋深范围的煤层进行冲击危险性预估;同时设置对照组,运用传统的综合指数法评价相同区域的冲击危险性,结果显示该方法获得的危险性评分均高于传统方法获得的评分,说明该方法突出了评价指标中的危险性因素,克服了其他指标因素相互干扰引起的评估误差。

五岳抽水蓄能电站地下厂房初始地应力反演及围岩稳定性分析

河南五岳抽水蓄能电站地下厂房洞室群结构复杂,主厂房最大跨度26.0 m,高55.1 m,为大型地下洞室。岩体结构面发育,强度低,断层f1贯穿三大厂房,安全问题突出,需分析其开挖后围岩的稳定性。为此,使用FLAC3D程序建立地质模型,采用BSA-BP神经网络反演计算了该区的初始地应力场,而后进行地下厂房开挖的模拟计算,分析了围岩应力场、位移场及塑性区发育分布规律,结果表明地下厂房洞室群围岩基本稳定,但在断层发育部位及母线洞两端存在局部变形破坏的可能。研究成果可为该工程设计、施工提供指导,也可为同类工程提供参考。

深埋隧道层状岩体地应力反演研究

结合渝沙高速公路共和隧道地应力量测资料,通过调整多种组合的侧压系数,获得隧址区山体多组地应力。将每一组侧压系数下获得的测试段地应力,利用横观各向同性弹塑性本构模型对测试段层状岩体进行计算,并将计算的结果与实测结果对比分析,确定出隧址区山体合理的侧压系数,从而得到了隧道轴线方向的初始地应力大小和方向,研究表明,隧道轴线初始地应力与隧道的埋深和地形地貌有关,靠山侧初始地应力大于靠河侧,最大初始地应力主要集中在埋深500-1 000m,即K41＋500-K43＋000里程段,最大初始地应力为19.7MPa,与水平面的夹角为-71.58°。这为隧道设计和施工提供了重要的基础资料。

基于断层滑动矢量应力反演的燕山中段中侏罗世–早白垩世构造应力场序列

燕山板内造山带中段承德一带地层记录齐全且构造变形复杂。该区域主要构造形迹及其运动学特征已经得到了比较系统的研究，但有关形成这些构造形迹的古构造应力场及其演变过程的研究鲜有报道。本文根据断层滑动矢量应力反演理论和方法，通过露头与区域尺度断层运动学数据的搜集与处理，结合研究区域构造层划分特征及主要岩石地层单位的年代学资料，对研究区中侏罗世–早白垩世的构造应力场演变过程进行了研究。经过对擦痕数据进行应力反演并综合分析，共划分出3期5阶段应力场：中侏罗世下花园组沉积之后–髫髻山组火山活动之前的NNW向挤压（D1）（〈173~165 Ma）；晚侏罗世土城子组沉积中–晚期 N-S 向挤压（D2-1）（〈152~139 Ma）；早白垩世初土城子组沉积期末 NNE-NE 向挤压（D2-2）（〈139~135 Ma）；以及早白垩世张家口组火山喷发之后垂向挤压主导的多向伸展（D3-1）和 NW-NNW 向弱挤压（D3-2）（〈125 Ma之后）。其中，中–晚侏罗世至早白垩世初以挤压为主，最大主压应力方向发生了大〈60°的顺时针旋转，且土城子组沉积作用发生于此挤压作用为主的构造背景之下。早白垩世以伸展为主，并有弱挤压作用出现。同时，研究区内未发现与中侏罗世以来古太平洋板块或伊佐奈岐（Izanagi）板块俯冲作用相关的近 W-E 向或 NW-SE 向挤压应力场的存在，可能与克拉通内部变形不均匀有关。

基于断层滑动数据古应力反演的影响因素及其误差分析

古构造应力场是构造动力学研究中的一个重要内容，且断层滑动数据奇应力反演已经成为古构造应力场恢复研究中比较常用的重要方法之一。近年来，断层滑动数据古应力反演方法研究和应用取得了一系列重要进展，但有关反演结果的解释仍存歧义，反演结果的影响因素及其误差范围等并未得到深入研究与定量分析。本文总结指出，影响断层滑动数据古应力反演结果的主要因素包括变形体制、剪切破裂面类型、断层面的形态以及地质体内薄弱面的存在等。在此基础上，分别对新生断层和先存薄弱面滑动数据的古应力反演综合误差进行了定量分析。研究指出，在可以大致厘定变形体制或误差在允许范同内的前提下，将断层滑动数据反演结果解释为应力状态是合理可行的。各种因素导致的反演误差定量分析表明，同一期构造应力场形成的破裂面滑动数据的古应力方位反演误差最大不超过35°。换言之，存没有证据表明存在不同期次的应力作用情况下，主应力方位变化小于35°的应力状态，可以划归同一期应力场。

考虑洞室岩体应力型破坏特征的局部地应力反演方法及应用

介绍了一种考虑地下洞室片帮、钻孔剥落等岩体应力型破坏特征为信息源,通过数值模拟智能反演方法预测高应力大型地下洞室群围岩局部应力场的新思路。该方法将地下洞室群片帮、钻孔剥落等应力型破坏的位置、深度或者宽度进行定量描述,以弹性模型计算获得的常偏应力大于岩体启裂强度的范围来表示应力型破坏范围,通过分析实测地应力数据约束部分地应力数量,然后采用智能数值反演方法得到其他的地应力分量。采用该方法预测了白鹤滩水电站右岸地下厂房0+76断面附近围岩地应力场,反演获得最大主应力在34 MPa左右。通过其他部位岩体破裂的数值模拟和观测结果对比,验证了地应力场预测的合理性。

基于应力反演的隧道衬砌病害快速诊断技术研究

隧道病害严重影响了隧道结构的稳定性、可靠性及安全性,严重影响隧道的正常使用,病害严重时甚至可引发安全事故.基于隧道信息检测及反分析方法,提出采用一种隧道病害快速诊断及其防治技术,并以重庆某顶压隧道为工程依托进行应用,得出以下结论:1)隧道病害快速诊断技术能快速获取隧道病害,有利于快速及时预防治理隧道病害;2)通过隧道衬砌结构变形监测,结合位移反分析及应力反演方法,可准确定点隧道病害部位并提出针对性防治措施;3)诊断结果显示,顶压隧道拱脚及拱底的衬砌结构受力最大,提出对拱脚可进行嵌缝补强,对拱底可采用先回填后注浆的病害防治措施.研究成果对隧道病害诊断及其防治具有显著的工程意义及良好的经济价值,可推广应用.

南海北部新生代构造应力反演及其动力学背景探讨

南海北部为我国重要的含油气区之一,但目前南海北部盆地的演化史及其与周边构造事件的关系仍不明确。基于钻孔和地震资料,通过数学模拟,反演了琼东南盆地和珠江口盆地的构造应力演化特征和初始地壳厚度。结果表明,南海北部盆地具有较薄的初始地壳厚度和岩石圈厚度。珠江口盆地存在两期应力松弛期,而琼东南盆地在深水区和浅水区分别存在一期应力松弛期。南海北部第一期应力松弛在空间上具有连续性,主要分布在深水区,在时间上东早西晚;第二期应力松弛空间上存在东西分异性。分析认为,南海北部深水区应力松弛期由东至西的演化应为西北次海盆由东至西的剪刀式张裂所致。珠江口盆地第二期构造应力松弛与局部岩浆侵入有关,琼东南盆地浅水区的构造应力松弛期与红河走滑断裂平静期相对应。

水力压裂微地震监测中应力场的复杂性对应力反演的影响

在微地震监测过程中,压裂区域的应力状态对于水力压裂的效果有着不可忽视的影响,但是由于压裂区域裂缝形态交错,应力场较为复杂,往往很难有效地获取较为准确的应力状态。本文将探究应力场的复杂程度对于应力反演的影响,通过数值模拟均一应力场条件下和复杂应力场条件下的震源机制解,利用Vavry?uk的迭代联合反演方法进行应力反演,并对反演结果进行误差分析。发现均一应力场作用下震源机制的不确定性对于求解应力模型的影响不大,但是会对滑动方向的误差统计带来一定程度的影响;在复杂应力场的条件下进行应力反演,滑动方向的误差值会随着应力场复杂程度的增加而增大,并且比震源机制的不确定性造成的误差值大得多。此外,当应力场的复杂程度增加到一定水平时,反演得到的单一应力模型将使得相当一部分断层面无法满足摩尔—库伦破裂准则,这种反演结果是不可取的。本文还选择了与数值实验有相似特征的两组实际数据,大庆油田某压裂井和长宁区块的某压裂井监测数据,分别进行应力反演和误差分析,用以验证上述结论。

钢板轧后控冷模拟及残余应力反演研究

采用有限元软件Ansys中的实体单元、壳单元及子模型技术模拟钢板的轧后控冷过程,得到钢板冷却后的三维温度场。结果表明,子模型技术是一种可以方便获得最佳网格密度的方法;在同样的网格密度下,壳单元可以获得较实体单元更精确的结果,因而可以使用壳单元对钢板的轧后控冷过程进行高效率的模拟。进一步推广Prime提出的残余应力测量方法,将其应用于钢板残余应力的反演,实现单次切割反演,获得单个切割面处的残余应力分布;提出单向多次切割和正交多次切割方法,以获得钢板内多个截面处的残余应力分布,应用数值模拟验证残余应力反演方法的可行性。该工作为工程中获得钢板内三维残余应力场及预测钢板切割变形提供一种可行的方法。

MATLAB在复杂地质区域地应力反演中的应用

地应力场反演工作是深部矿井安全有序、高效生产的重要基础工作之一。为了提升复杂地质区域地应力场的建模和反演速度,利用MATLAB特性将其"胶水式"地应用于地应力场反演过程,减少手动干预的影响,主要开展了以下工作:(1)利用MATLAB编制了模型搜索程序,快速找寻到与工程现场实测测点对应的数值模型中ZONE单元编号及位置;(2)根据主应力、正-剪应力的相互关系,编写了基于MATLAB的二者转换模块,实现了由主应力向正-剪应力的快速变换;(3)利用MATLAB中的regress模块,建立了地应力反演的多元线性回归模型,求解得到的判定系数达到88.26%(1为最大),从而实现了对初始地应力场的重构,为矿井后期的开采设计、安全分析提供依据。结果表明,MATLAB的应用使整个反演与重构过程实现了无缝衔接,大大减少了人工工作量,杜绝了大量数据人工处理带来的误差,提高了工作效率。

拉西瓦拱坝施工期温度应力反演计算与典型坝段裂缝成因分析

主要依托拉西瓦水电站工程,结合拉西瓦拱坝基本体型参数和施工期实测气象资料、施工期及运行期大坝监测资料和现场实际的温控措施,对坝体施工期温度应力进行全过程反演分析计算,进一步分析了高寒地区高拱坝混凝土施工期温度应力的实际变化规律,并对施工过程中出现的典型裂缝进行了裂缝成因分析。

小样本数据下三维地应力反演分析

对于地下矿山等工程,初始地应力场的有效获取意义重大,但由于地质情况复杂、实测数据不足等原因,小样本数据下的三维地应力反演分析不易进行。在进行现场应力测量的基础上,提出了一种以边界荷载法为基础,结合反向传播神经网络(back propagation neural network, BP)的FLAC地应力反演改进方法。以建个元高速公路五老峰隧道为示例,首先通过建立反演区域的三维地质模型,通过边界荷载法试算各边界条件的大致范围,再利用BP神经网络的非线性特征建立反演参数与地应力之间的函数关系,最后进行正算反推求解反演最佳边界条件。实测值与反演值进行对比,误差在可接受的范围内,证明了该方法在复杂地质体地应力反演中的可靠性与实用性。

隧道工程基于人工智能的应力反演方法研究

在新奥法施工中,采用应力数据进行反演分析,可以进一步提高隧道信息化设计的科学性。结合人工智能中的遗传算法、人工神经网络和数值模拟的方法对数据进行处理。利用遗传算法全局优化特性对神经网络进行优化,利用神经网络的映射、推理和预测功能建立岩性参数和应力之间的隐式关系,最后利用遗传算法对岩性参数进行整体寻优。

偏压作用下各向异性深埋软岩隧道的地应力反演

依托云南某新建铁路软岩隧道,开展了软岩隧道开挖扰动下的地应力分布反演研究。反演过程首先依据现有地质勘察资料,确定隧道地应力场受到偏压和各向异性的影响,随后利用有限元进行数值模拟实验,并对二者的参数值进行了标定,初步模拟出隧道断面的地应力场,结合现场少数测点在数值模拟结果的基础上利用MATLAB中的griddata函数插值对地应力场的分布进行进一步反演。将数值模拟结合griddata函数插值法所得结果与实测值进行比较,结果表明:利用有限元对地应力场的反演可以与实测值较为接近。而结合数值模拟的griddata函数法对地应力场的计算精度较高,具有一定的参考价值,能够给实际工程做出相应的指导。

PSO-BP模型在引水隧洞初始应力反演计算中的应用

本文应用PSO-BP模型对辽宁某引水隧洞初始应力计算求解进行优化,并结合原位应力观测数据,对其应力反演计算结果进行精度分析。结果表明:PSO-BP模型可实现连续介质应力的优化计算,相比于多元线性回归、多元非线性回归以及BP神经网络等常用模型,其优化求解精度更高,能够实现引水隧洞工程设计应力反演的快速、准确计算。

基于MLR–ANN算法的地应力场反演与裂缝预测

中国页岩气储层埋藏深,受构造运动影响,地应力分布规律复杂,传统方法很难准确反演区域地应力大小和方向。提出多元线性回归和人工神经网络的耦合算法,对川南长宁—建武区块的页岩气储层及周边地应力场进行反演,并采用综合破裂系数法,对储层裂缝进行预测,划分裂缝发育区域。研究表明,基于多元回归和神经网络的耦合算法能准确反演区域的地应力场分布规律。研究区的地应力以挤压应力为主,方向在NE115°左右。受构造运动产生的断层周边应力较为集中,易发育剪切裂缝,裂缝以发育和较发育程度为主。研究区在邻近龙马溪组底部的五峰组上段和构造大断层部位裂缝发育程度较高。研究成果对该区块完善页岩气开采的井网布置、压裂优化设计和套管损坏防治等有一定的参考价值。

基于弹性理论的残余应力反演和变形计算

毛坯在制造过程中,材料力学性能的非均匀性导致其内部产生残余应力.残余应力会造成结构破坏,在工件的切削去除过程中,残余应力会逐渐释放并引起变形.采用有限元的“生死单元”技术模拟材料的切削去除过程,并转化为残余应力的释放,基于板壳理论、小变形理论、弹性理论和叠加原理,将径向基函数插值法与几何方程、物理方程相结合,开发出一种新的解析方法,反演残余应力场并计算变形.结果表明解析方法的理论解与有限元解高度吻合,能够用于判断残余应力分布并计算残余应力弹性释放引起的变形.

基于水压致裂法的三山岛深竖井工程区地应力测量与反演分析

山东省三山岛西岭矿区拟建2000 m深副井,属于超深井建设工程。揭示建井工程区地应力场特征是开展竖井设计、建设施工的必要先决条件之一,研究中采用水压致裂法开展了深部竖井地应力现场测量工作,测量深度达到1899.00 m,通过数值仿真模拟方法反演了竖井工程区2017.56 m深的地应力场。结果表明:在水压致裂测试的钻孔357.76~1899.00 m深度范围内,最大水平主应力(SH)为23.16~70.86 MPa,最小水平主应力(Sh)为15.24~47.06 MPa;主应力随深度近于线性增加,地应力测量孔实测最大水平主应力方向分别为NW55.5°、NW60.4°、NW58.4°,为近北西方向;竖井工程区应力场主要以水平应力为主导,1200.00 m以下铅直主应力(Sv)为中间应力,SH与Sv之比平均值为1.53;通过FLAC 3D软件的反演分析获得了建井工程区内地应力场随深度、地层变化的分布规律,测试点的反演结果与实测值基本一致。近2000 m超深地层地应力状态及其分布规律,为竖井工程的井筒井壁设计和工程风险评估提供了基础科学依据。