岩体初始应力场的回归分析方法研究.pdfVIP

ISSN1671一2900 采矿技术 第6卷 第4期 2006年 12月 CN43一1347/TD MiningTechnology,Vol.6,No.4 Dec.2006 岩体初始应力场的回归分析方法研究 李长洪，张 永 (北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083) 摘 要:运用工程地质力学方法和数理统计原理，建立了初始地应力场的三维有限元反演 及回归分析模型。该模型具有很好的实用价值和易操作性，能够较准确地反演出区域初 始地应力场。 关键词:初始地应力场;反演回归分析;有限单元法 初始地应力场是工程边坡，地下洞室或地基岩 动0s，见图3; 体稳定性的影响因素之一。地下工程失稳主要是由 (6)南北向垂直平面内的竖向均匀剪切构造运 于开挖过程中引起的应力重分布超过围岩强度或造 动，6，见图30 成围岩过分变形而造成的，而应力重分布是否会达 到危险的程度，要看初始地应力场的具体情形而定。 虽然现场实测地应力是提供地应力场最直接的途 径，但由于场地和经费等原因，不可能进行大量的全 面量测，且地应力成因复杂，影响因素很多，多测点 的测量成果在很大程度上反映的是当地的局部应力 图1 东西向挤压构造运动 场，且测量结果受到测量误差的影响，使测量值有一 定的离散。为了更好地满足工程设计和施工的需 要，还必须在实测地应力的基础上，结合现场地质条 件，同时考虑工程区域的地形地貌特点，通过有效的 计算分析方法，采用计算软件进行模拟计算，进行地 应力场的回归反演分析，以获得更为准确的适用范 围较大的地应力场。 1地应力回归分析计算模型 图2 南北向挤压构造运动 为使回归分析得出合理的结果，通过对基本受 力状态测点应力的计算和比较，逐步排除对所论区 域不起主导作用的因素，即借助试计算对可能起作 用的，与现存构造形迹相应的构造应力逐个筛选和 检验，求得与工程地质勘察资料一致的优化解(此 过程称为 “逐步回归分析法”)。通常情况下，将下 列6种因素作为模拟岩层自重和地质构造力作用的 基本因素，即作为逐步回归分析的基本可能因素: (1)自重应力状态。i; 图3 剪切构造运动 (2)东西向水平均匀挤压构造运动。:，见图1; (3)南北向水平均匀挤压构造运动，3，见图2; 对于地应力实际所在不同的面沿不同方向分布 (4)水平面内的均匀剪切构造运动，;，见图3; 荷载的具体量值是未知的，可通过对计算域边界加 (5)东西向垂直平面内的竖向均匀剪切构造运 相应的单位分布荷载，利用常规有限元正演法对各 李长洪，等:岩体初始应力场的回归分析方法研究 种因素单独作用情形下进行计算，即先求得各点的 然使用约束理论来考虑重力引起的横向水平应力。 测点应力，再按照现实的可能性，根据地应力实测 假定研究区域内有若干个已知测量数据(应力 值，建立初始地应力场与各基本影响因素之间的回 分量、位移或应力不变量等)SI,S2,S3,...A(见图 归方程。由测得的地应力资料，可分层筛选和回归 2)，表示为: / 口 2 月 、 出对枢纽区域的初始地应力场有影响的构造因素并 S=[SISZS3，… Sn]T 了 获得各种影响因素的唯一解，进而得到可供工程使 又假定有。个边界载荷，则: r 户 八 、 、