南水北调西线泥曲—杜柯河段初始地应力场反演分析

摘要

岩体中的初始应力场是地下工程围岩稳定与支护结构设计所需要的基本资料之一，也是高边坡岩体稳定或边坡开挖设计与支护的决定性的因素之一。 虽然现场实测地应力是提供地应力场信息最直接的途径，但是在工程现场，由于场地和经费等原因，不可能进行大量的测量，而且地应力场成因复杂，影响因素众多，各测点的测量成果在很大程度上反映了当地的局部应力场，且测量结果受到测量误差的影响，使得地应力测量成果有一定程度的离散性。以现场部分实测地应力数据为基础，进行反演分析得到初始应力场是一种有效的手段。 本文结合南水北调西线工程，以泥曲——杜柯河段地应力测量结果为基础，首先对本段内的地应力测量结果进行统计分析，总结该工程区域内的地应力场特征，初步分析地应力组成因素、最大水平主应力随深度变化的关系等。在分析地应力场特征的基础上，拟假定初始地应力场为六个主要的形成因素，建立有限元模型，运用有限元软件对各因素作用下的地应力场进行计算分析。 结合水压致裂法测量数据的特点，采用均匀分布荷载因子和三角形荷载因子共同模拟构造应力的作用。而且，三角形荷载的斜率是通过对地应力测量结果统计分析得到的，其更能反映实际情况。 对各因素作用下的地应力计算结果采用回归分析方法和遗传算法相结合的反演分析方法。其一为单方程多元回归分析，此种方法比较传统，容易理解，便于掌握。其次为多方程多元回归分析方法，用此方法可以同时考虑一组自变量和一组因变量之间的相互关系。最后为遗传算法分析，此方法实际上为一种随机理论方法，此法具有简单、鲁棒性强、搜索速度快和适应性强等优点。通过计算，综合确定各回归因素的系数，再将其施加到有限元模型上进行有限元计算，进而得到整个输水线路的初始应力场。 分析结果表明：(1)单方程多元回归分析方法，多方程多元回归分析方法和遗传算法优化分析三种反演分析方法在理论上都是可行的，但从实际工程回归效果上看，多方程多元回归分析的效果较好。(2)在合理的简化地形、地貌和地质条件基础上，采用三维有限元回归分析方法，复相关系数达到了0.953，回归结果与实测值比较接近，说明该方法能够获得与实测结果较为吻合的结果。(3)自重应力和构造应力是初始地应力场的主要组成部分，自重应力对地应力场的影响相对确定，只要参数相对准确就可确定；而构造应力场的影响不同的地区由于地质条件的不同差别很大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题的依据及研究意义

1.2初始地应力场反分析的研究现状

1.3本文的主要工作及研究思路

1.3.1本文研究思路

1.3.2本文的主要工作

第二章 地应力场研究成果分析

2.1关于对几个概念的认识

2.2地应力成果分析

2.2.1地应力量测的发展历史

2.2.2地应力成因分析

2.2.3地应力场的分布规律

2.2.4地应力场的主要影响因素

2.2.5地应力的测量方法

2.3地应力研究的必要性及其对地下工程的影响

2.4本章小结

第三章工程概况及地应力测量结果分析

3.1工程概况

3.1.1地层岩性及地质概况

3.1.2工程地质条件

3.2地应力测量及结果分析

3.2.1水压致裂法简介

3.2.2地应力里测量结果

3.2.3地应力场特征分析

3.3本章小结

第四章三维有限元回归分析方法

4.1待定回归分析因素与有限元计算模型

4.1.1待定回归分析因素

4.1.2有限元计算模型

4.1.3数据的整理及坐标转换

4.2初始应力场回归分析方法

4.2.1单方程多元线性回归方法

4.2.2多方程多元回归分析方法

4.2.3逐步回归分析

4.2.4回归计算的实现

4.3工程分析

4.3.1有限元计算模型

4.3.2岩土材料模型及单元选择

4.3.3荷载工况的模拟

4.3.4单方程多元回归结果分析

4.3.5多方程多元回归结果分析

4.4本章小结

第五章初始地应力场遗传算法优化分析

5.1遗传算法的基本原理

5.2遗传算法基本实现技术

5.2.1编码

5.2.2初始化

5.2.3目标函数和适应度函数

5.2.4遗传操作设计

5.2.5参数控制

5.3遗传算法和其它搜索算法的比较

5.4遗传算法在地应力场计算中的实现

5.5遗传算法实现与计算结果

5.6初始应力场计算结果与分析

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目

致谢