CN107014683A - 一种地表岩体移动参数的获取方法 - Google Patents

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张宗涛
刘鹏
程布康
任康
赵志华
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郭纯建
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Abstract

本发明提供一种地表岩体移动参数的获取方法，地表岩体移动参数的获取方法是解决融合了数值方法与岩土工程，地表岩体移动参数的获取方法既依赖于工程地质和岩石力学理论，又依托岩体工程的现场实际量测，地表岩体移动参数的获取方法具有理论性和实践性的实用技术。将地表岩体移动参数的获取方法应用于地表岩移参数计算中，不但能形象的反应岩层和地表移动的力学性质，还能通过计算得到相对准确的地表移动参数。

Description

一种地表岩体移动参数的获取方法
技术领域
本发明涉及地表岩体领域，尤其涉及一种地表岩体移动参数的获取方法。
背景技术
计算地表移动的常用方法为概率积分法、典型曲线法、剖面函数法等。其中概率积分法使用高斯曲线作为开采的连续影响曲线，配合使用概率积分函数计算，使该方法比较严密符合实际，但是使用方法较为繁琐，工作量大。而典型曲线法将同类型地质采矿条件地表下沉盆地的移动和变形分布用无因次曲线和表格表示，但是这种方法要求应用于类型相同的地质采煤条件，有局限性。剖面函数法是根据地表下沉盆地剖面形状来选择描述下沉盆地剖面的响应函数作为地表移动和变形的公式，这种方法建立在整理大量实测资料的基础上，用数理统计方法确定参数。因此如何能够既依赖于工程地质和岩石力学理论，又依托岩体工程的现场实际量测得到地表岩体移动参数是丞待解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种地表岩体移动参数的获取方法，方法包括：
在二维和三维地应力场分析中，回归元素都定为三个，把地应力回归计算值作为因变量，把数值计算求得的自重应力场和地质构造应力场相应于实测点的应力计算值作为自变量，则回归方程的形式为：
其中，k为观测点的序号；为第k观测点的回归计算值；Li为相应于自变量的多元回归系数；为相应应力分量计算值的单列矩阵；
其中坐标轴为：对二维地应力场分析，Y轴为计算剖面走向；对三维地应力场分析，X轴和Y轴为计算域水平边界方向，z轴为铅垂向上方向；
对每一个应力状态可确定一个回归计算值观测值与回归方程的偏离程度，用该观测值与回归计算值之差，即该观测的残差表示全部观测与回归方程的偏离程度，用全部观测值与回归计算值的残差平方和表示，即：
其中，k为观测点序号；n为观测点的个数，n＝n1+n2,n1为三维地应力测点(套钻孔应力解除法测量)的个数，n2为二维地应力测点(水压致裂法测量)的个数，二维应力测点编列在三维应力测点后面；j为应力分量序号；m为应力分量的个数；为第k观测点序号为j应力分量实测值，例如对二维地应力场分析，当k≤n1时，m＝3，当k>n1时，m＝1；对三维地应力场分析，当k≤n1时,m＝6，当k>n1时，m＝3；采用数理统计的最小二乘法原理，使残差平方和为最小，对Li取偏导并令其为0，得到求解回归系数Li的正规方程组：
解得回归系数(Li＝1～3)后，就可根据回归方程和数值计算结果求得计算域内各处的应力回归计算值；应力回归的效果依照回归方程和回归元素的显著性检验值F和Fi进行检验：
其中，Rv和R分别为回归差平方和与残差平方和；N为回归差平方和的自由度；Vi为回归方程中各自变量的贡献，用变量的偏回归差平方和表示：其中，Cii为正规方程组系数矩阵逆阵的主元素。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
地表岩体移动参数的获取方法适用于水电站地下厂房的建造和矿山开采中。地表岩体移动参数的获取方法还应用于基坑工程、边坡、大坝等各个领域。地表岩体移动参数的获取方法的计算精度较高，对地表沉降预测有较强的实用性。
地表岩体移动参数的获取方法是解决融合了数值方法与岩土工程，地表岩体移动参数的获取方法既依赖于工程地质和岩石力学理论，又依托岩体工程的现场实际量测，地表岩体移动参数的获取方法具有理论性和实践性的实用技术。将地表岩体移动参数的获取方法应用于地表岩移参数计算中，不但能形象的反应岩层和地表移动的力学性质，还能通过计算得到相对准确的地表移动参数。
具体实施方式
本发明提供一种地表岩体移动参数的获取方法，岩体初始地应力场地下工程区别于地面工程一个很重要的方面就是存在初始地应力场，岩体赋存这种应力场中处于平衡状态，施工开挖引起的对围岩的扰动使得围岩应力场发生重分布。无论是二维地应力场分析还是三维地应力场分析，自重应力场数学计算模型都是侧面(或侧边)为水平向约束、垂直向自由，底部边界为水平向自由、垂直向约束，内部介质作用垂向的体积力。在二维地应力场分析中，地质构造应力场模拟为：在加载的侧面边界上施加梯形分布(即均匀分布和适量的三角形分布压力的叠加)水平向压力。在三维地应力场分析中，地质构造应力场模拟采用两种形式：一是模拟构造应力场的主压应力和次压应力情况，即对两个水平主应力的模拟；二是模拟构造应力场的一般应力状态情况，即对两个正应力分量和一个剪应力分量的模拟。
具体方法包括：
在二维和三维地应力场分析中，回归元素都定为三个，把地应力回归计算值作为因变量，把数值计算求得的自重应力场和地质构造应力场相应于实测点的应力计算值作为自变量，则回归方程的形式为：
其中，k为观测点的序号；为第k观测点的回归计算值；Li为相应于自变量的多元回归系数；为相应应力分量计算值的单列矩阵；
其中坐标轴为：对二维地应力场分析，Y轴为计算剖面走向；对三维地应力场分析，X轴和Y轴为计算域水平边界方向，z轴为铅垂向上方向；
对每一个应力状态可确定一个回归计算值观测值与回归方程的偏离程度，用该观测值与回归计算值之差，即该观测的残差表示全部观测与回归方程
的偏离程度，用全部观测值与回归计算值的残差平方和表示，即：
其中，k为观测点序号；n为观测点的个数，n＝n1+n2,n1为三维地应力测点(套钻孔应力解除法测量)的个数，n2为二维地应力测点(水压致裂法测量)的个数，二维应力测点编列在三维应力测点后面；j为应力分量序号；m为应力分量的个数；为第k观测点序号为j应力分量实测值，例如对二维地应力场分析，当k≤n1时，m＝3，当k>n1时，m＝1；对三维地应力场分析，当k≤n1时,m＝6，当k>n1时，m＝3；采用数理统计的最小二乘法原理，使残差平方和为最小，对Li取偏导并令其为0，得到求解回归系数Li的正规方程组：
解得回归系数(Li＝1～3)后，就可根据回归方程和数值计算结果求得计算域内各处的应力回归计算值；应力回归的效果依照回归方程和回归元素的显著性检验值F和Fi进行检验：
其中，Rv和R分别为回归差平方和与残差平方和；N为回归差平方和的自由度；Vi为回归方程中各自变量的贡献，用变量的偏回归差平方和表示：其中，Cii为正规方程组系数矩阵逆阵的主元素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种地表岩体移动参数的获取方法，其特征在于，方法包括：
在二维和三维地应力场分析中，回归元素都定为三个，把地应力回归计算值作为因变量，把数值计算求得的自重应力场和地质构造应力场相应于实测点的应力计算值作为自变量，则回归方程的形式为：
其中，k为观测点的序号；为第k观测点的回归计算值；Li为相应于自变量的多元回归系数； 为相应应力分量计算值的单列矩阵；
其中坐标轴为：对二维地应力场分析，Y轴为计算剖面走向；对三维地应力场分析，X轴和Y轴为计算域水平边界方向，z轴为铅垂向上方向；
对每一个应力状态可确定一个回归计算值观测值与回归方程的偏离程度，用该观测值与回归计算值之差，即该观测的残差表示全部观测与回归方程的偏离程度，用全部观测值与回归计算值的残差平方和表示，即：
其中，k为观测点序号；n为观测点的个数，n＝n1+n2,n1为三维地应力测点(套钻孔应力解除法测量)的个数，n2为二维地应力测点(水压致裂法测量)的个数，二维应力测点编列在三维应力测点后面；j为应力分量序号；m为应力分量的个数；为第k观测点序号为j应力分量实测值，例如对二维地应力场分析，当k≤n1时，m＝3，当k>n1时，m＝1；对三维地应力场分析，当k≤n1时,m＝6，当k>n1时，m＝3；采用数理统计的最小二乘法原理，使残差平方和为最小，对Li取偏导并令其为0，得到求解回归系数Li的正规方程组：
解得回归系数(Li＝1～3)后，就可根据回归方程和数值计算结果求得计算域内各处的应力回归计算值；应力回归的效果依照回归方程和回归元素的显著性检验值F和Fi进行检验：
其中，Rv和R分别为回归差平方和与残差平方和；N为回归差平方和的自由度；Vi为回归方程中各自变量的贡献，用变量的偏回归差平方和表示：其中，Cii为正规方程组系数矩阵逆阵的主元素。
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