基于SLR-ANN的地应力场三维智能反演方法研究

发布时间：2019-11-12 11:13

【摘要】：基于黄登引水发电系统区域地应力实测结果及建立的三维数值仿真计算模型,揭示了工程所在区域的三维地应力场分布特征,为地下工程的开挖加固设计提供更加准确的基础资料。分别采用传统多元线性回归方法、人工神经网络方法与考虑地质历史过程的基于逐步回归原理耦合人工神经网络(SLR-ANN)的非线性智能方法获得黄登水电站厂址区域的地应力场,再将地应力的实测值与反演数值解进行对比。结果表明:3种方法下反演所得引水发电系统区域内三维地应力场均与实测结果相一致,表明3种方法较为真实地模拟了整个地下洞室群区域三维地应力场的分布规律及特征。但采用SLR-ANN二次智能反演方法进行地应力反演,模拟效果更加接近监测值,且因减少了反演参数的个数而大幅度地提高了反演效率,可将反演计算结果应用于后续洞室开挖及锚固仿真分析中。
【图文】：

登水电站以发电为主，其引水发电系统位于枢纽左岸，整个地下洞室群布置密集、纵横交错。岩层横河展布，产状为N10°～20°E，NW∠75°～90°。地下洞室群区域地段岩层主要为T3xd7、T3xd8变质火山角砾岩、变质火山细砾岩夹变质凝灰岩，微风化～新鲜、未卸荷，岩体以微透水为主。3.2地应力测点分布在可行性研究阶段，工程于左岸PD230勘探平硐（厂房平硐）及下支段布置了4组空间地应力测点，其位置示意见图3，采取三孔交汇孔径法测量得到4个实测点230-1、230-2、230-3及230-4，地下洞室群区域主应力测试结果见表1。图3空间地应力测点位置示意Fig.3Schematicofin-situstressmeasuringpoints表1地应力测试主应力结果Table1Principalstressresultsofin-situstressmeasurement123测点位置编号位置应力值/MPa方位倾角/(°)应力值/MPa方位倾角/(°)应力值/MPa方位倾角/(°)230-1PD230105.0～129.5m6.97S36.4°E39.72.49N35°E21.01.77S76°E-42.9230-2PD230198.7～217.0m11.88S12.6°E34.36.17N58.2°E25.73.28S60.2°E-44.7230-3PD230307.0～324.0m14.63S39.7°E18.25.02N86.3°E-60.71.82N42.6°E22.1230-4PD230下支165左支15m13.25S40.5°E22.77.24S81.5°E-61.04.81N42.1°E17.13.3地应力大小及方向从地应力实测成果可以看出：黄登地下洞室群区域初始地应力水平属中等，主要受到岩体自重与构造运动的双重影响而形成，分布规律总结如下：（1）从实测地应力数值上来看，3个主应力表现出一定的离散性，实测最大主应力1量值均为压应力，其量级为7.0～15.0MPa，随测点水平埋深的增加而增大；2值为2.5～7.5MPa；3值为1.5～5.0MPa；（2）实测地应力水平1方向一致性较好

反演方法研究2741向为南东（西北）方向，方位角基本上在S15°～40°E；倾向主要表现为顺坡向，倾角则略小于坡角，并随实测点水平埋深的增大而减校4黄登引水发电系统区域三维地应力场反演4.1数值计算模型依据几何仿真、本构仿真的基本原则，综合考虑黄登地下洞室群区域地形地貌、地质构造及厂房结构间距和轴线布置方案，构建包括1#～4#4个机组段内的精细化三维数值仿真计算模型，计算模型沿x、y、z轴3个方向的计算范围分别为450.0、478.0、596.0m。如图4所示，单元共计618027个，节点共计104583个。图4三维计算模型Fig.4Three-dimensional(3D)calculationmodel在本次数值反演分析中，选择大型通用ABAQUS软件进行辅助计算，洞室群所在的II、III类围岩及F230-1、F230-10、F230-15、F9、F14、F20共6条主要断层带及III、IV类凝灰岩夹层带均采用Mohr-Coulomb本构模型进行模拟，且岩土体采用C3D8R实体应力/位移单元，模型底部边界施加法向约束[20]，边坡表面为自由表面。根据工程地质勘测资料和岩石力学试验结果，数值计算中各岩性岩体力学参数取其平均值（见表2），其中：E0为岩体弹性模量，为泊松比，f为岩体内摩擦系数，c为黏聚力，，c为岩体抗压强度，t为抗拉强度。表2岩体力学参数Table2Mechanicalparametersofrockmasses岩体类别E0/GPafc/MPac/MPat/MPaII140.251.31.3551.5III120.271.11.1351.2IV80.290.90.8150.3V20.300.50.350.14.2地应力场反演结果分析4.2.1应力回归参数依据左岸PD230勘探平硐及下支段布置的4组空间地应力实测点资料，分别运用传统的多元线性回归分析（MLR）、人工神经网络（ANN）及基于SLR-ANN的非线性智能反

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本文编号：2559744