一種地表巖體移動參數的獲取方法與流程

本發明涉及地表巖體領域，尤其涉及一種地表巖體移動參數的獲取方法。

背景技術：

計算地表移動的常用方法為概率積分法、典型曲線法、剖面函數法等。其中概率積分法使用高斯曲線作為開采的連續影響曲線，配合使用概率積分函數計算，使該方法比較嚴密符合實際，但是使用方法較為繁瑣，工作量大。而典型曲線法將同類型地質采礦條件地表下沉盆地的移動和變形分布用無因次曲線和表格表示，但是這種方法要求應用于類型相同的地質采煤條件，有局限性。剖面函數法是根據地表下沉盆地剖面形狀來選擇描述下沉盆地剖面的響應函數作為地表移動和變形的公式，這種方法建立在整理大量實測資料的基礎上，用數理統計方法確定參數。因此如何能夠既依賴于工程地質和巖石力學理論，又依托巖體工程的現場實際量測得到地表巖體移動參數是丞待解決的技術問題。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供一種地表巖體移動參數的獲取方法，方法包括：

在二維和三維地應力場分析中，回歸元素都定為三個，把地應力回歸計算值作為因變量，把數值計算求得的自重應力場和地質構造應力場相應于實測點的應力計算值作為自變量，則回歸方程的形式為：

其中，k為觀測點的序號；為第k觀測點的回歸計算值；li為相應于自變量的多元回歸系數；為相應應力分量計算值的單列矩陣；

其中坐標軸為：對二維地應力場分析，y軸為計算剖面走向；對三維地應力場分析，x軸和y軸為計算域水平邊界方向，z軸為鉛垂向上方向；

對每一個應力狀態可確定一個回歸計算值觀測值與回歸方程的偏離程度，用該觀測值與回歸計算值之差，即該觀測的殘差表示全部觀測與回歸方程的偏離程度，用全部觀測值與回歸計算值的殘差平方和表示，即：

其中，k為觀測點序號；n為觀測點的個數，n＝n1+n2,n1為三維地應力測點(套鉆孔應力解除法測量)的個數，n2為二維地應力測點(水壓致裂法測量)的個數，二維應力測點編列在三維應力測點后面；j為應力分量序號；m為應力分量的個數；為第k觀測點序號為j應力分量實測值，例如對二維地應力場分析，當k≤n1時，m＝3，當k>n1時，m＝1；對三維地應力場分析，當k≤n1時,m＝6，當k>n1時，m＝3；采用數理統計的最小二乘法原理，使殘差平方和為最小，對li取偏導并令其為0，得到求解回歸系數li的正規方程組：

解得回歸系數(li＝1～3)后，就可根據回歸方程和數值計算結果求得計算域內各處的應力回歸計算值；應力回歸的效果依照回歸方程和回歸元素的顯著性檢驗值f和fi進行檢驗：

其中，rv和r分別為回歸差平方和與殘差平方和；n為回歸差平方和的自由度；vi為回歸方程中各自變量的貢獻，用變量的偏回歸差平方和表示：其中，cii為正規方程組系數矩陣逆陣的主元素。

從以上技術方案可以看出，本發明具有以下優點：

地表巖體移動參數的獲取方法適用于水電站地下廠房的建造和礦山開采中。地表巖體移動參數的獲取方法還應用于基坑工程、邊坡、大壩等各個領域。地表巖體移動參數的獲取方法的計算精度較高，對地表沉降預測有較強的實用性。

地表巖體移動參數的獲取方法是解決融合了數值方法與巖土工程，地表巖體移動參數的獲取方法既依賴于工程地質和巖石力學理論，又依托巖體工程的現場實際量測，地表巖體移動參數的獲取方法具有理論性和實踐性的實用技術。將地表巖體移動參數的獲取方法應用于地表巖移參數計算中，不但能形象的反應巖層和地表移動的力學性質，還能通過計算得到相對準確的地表移動參數。

具體實施方式

本發明提供一種地表巖體移動參數的獲取方法，巖體初始地應力場地下工程區別于地面工程一個很重要的方面就是存在初始地應力場，巖體賦存這種應力場中處于平衡狀態，施工開挖引起的對圍巖的擾動使得圍巖應力場發生重分布。無論是二維地應力場分析還是三維地應力場分析，自重應力場數學計算模型都是側面(或側邊)為水平向約束、垂直向自由，底部邊界為水平向自由、垂直向約束，內部介質作用垂向的體積力。在二維地應力場分析中，地質構造應力場模擬為：在加載的側面邊界上施加梯形分布(即均勻分布和適量的三角形分布壓力的疊加)水平向壓力。在三維地應力場分析中，地質構造應力場模擬采用兩種形式：一是模擬構造應力場的主壓應力和次壓應力情況，即對兩個水平主應力的模擬；二是模擬構造應力場的一般應力狀態情況，即對兩個正應力分量和一個剪應力分量的模擬。

具體方法包括：

在二維和三維地應力場分析中，回歸元素都定為三個，把地應力回歸計算值作為因變量，把數值計算求得的自重應力場和地質構造應力場相應于實測點的應力計算值作為自變量，則回歸方程的形式為：

其中，k為觀測點的序號；為第k觀測點的回歸計算值；li為相應于自變量的多元回歸系數；為相應應力分量計算值的單列矩陣；

其中坐標軸為：對二維地應力場分析，y軸為計算剖面走向；對三維地應力場分析，x軸和y軸為計算域水平邊界方向，z軸為鉛垂向上方向；

對每一個應力狀態可確定一個回歸計算值觀測值與回歸方程的偏離程度，用該觀測值與回歸計算值之差，即該觀測的殘差表示全部觀測與回歸方程

的偏離程度，用全部觀測值與回歸計算值的殘差平方和表示，即：

其中，k為觀測點序號；n為觀測點的個數，n＝n1+n2,n1為三維地應力測點(套鉆孔應力解除法測量)的個數，n2為二維地應力測點(水壓致裂法測量)的個數，二維應力測點編列在三維應力測點后面；j為應力分量序號；m為應力分量的個數；為第k觀測點序號為j應力分量實測值，例如對二維地應力場分析，當k≤n1時，m＝3，當k>n1時，m＝1；對三維地應力場分析，當k≤n1時,m＝6，當k>n1時，m＝3；采用數理統計的最小二乘法原理，使殘差平方和為最小，對li取偏導并令其為0，得到求解回歸系數li的正規方程組：

解得回歸系數(li＝1～3)后，就可根據回歸方程和數值計算結果求得計算域內各處的應力回歸計算值；應力回歸的效果依照回歸方程和回歸元素的顯著性檢驗值f和fi進行檢驗：

其中，rv和r分別為回歸差平方和與殘差平方和；n為回歸差平方和的自由度；vi為回歸方程中各自變量的貢獻，用變量的偏回歸差平方和表示：其中，cii為正規方程組系數矩陣逆陣的主元素。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。