申请/专利权人：北京科技大学

申请日：2024-02-01

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN117686309B

主分类号：G01N3/00

分类号：G01N3/00;G01N3/08;G06N5/048;G06F17/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2024.03.29#实质审查的生效;2024.03.12#公开

摘要：本发明公开了一种基于岩体性质的岩层最大水平主应力预测方法，属于地应力测量技术领域，具体步骤如下：在目标岩体区域进行钻孔得到岩心试样，并获取岩石质量指标1值；并进行相关测试得到点荷载强度指标、平均单轴抗压强度、平均弹性模量和平均泊松比，并根据上述五个指标参数计算得到特征参数；采用信息分配原理和模糊近似推理方法，通过样本学习建立最大水平主应力与特征参数之间的函数关系，最后得到最大水平主应力的预测值。采用上述一种基于岩体性质的岩层最大水平主应力预测方法，根据岩体性质预测岩层最大水平主应力，并解决现有地应力测量方法无法准确测试软弱岩层地应力状态的状况及测试结果误差大的难题。

主权项：1.一种基于岩体性质的岩层最大水平主应力预测方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤S1：在目标岩体区域进行钻孔，钻孔达到原岩应力区得到岩心试样，并获取岩石质量指标值，对若干岩心试样分为三份；步骤S2：对第一份岩心试样进行点荷载测试，得到平均点荷载强度指标；步骤S3：将第二份岩心试样加工为若干标准岩石试样，并对若干标准岩石试样进行抗压测试并计算平均单轴抗压强度；步骤S4：对第三份岩心试样进行围压率定测试，并计算平均弹性模量和平均泊松比；步骤S5：根据岩石质量指标值、平均点荷载强度指标、平均单轴抗压强度、平均弹性模量和平均泊松比计算得到用于评价岩体结构性质的特征参数；步骤S6：采用信息分配原理和模糊近似推理方法，通过样本学习建立最大水平主应力与特征参数之间的函数关系，最后得到最大水平主应力的预测值；岩石质量指标值计算公式如下：岩石质量指标值=（长度等于或大于10cm的岩心试样的累计长度钻孔进尺总长度）100；岩石质量指标值用于反应岩体原始结构面的状况；步骤S2具体为，选取若干岩芯试样，岩芯试样为圆柱形，岩芯试样的直径为30mm-l00mm，岩芯试样的高度与直径之比大于1，对若干岩芯试样进行点荷载测试试验，得到若干岩芯试样各自的点荷载强度指标，计算若干点荷载强度指标的平均值得到平均点荷载强度指标；标准岩石试样的直径为50mm，标准岩石试样的高度为100mm，通过单轴压缩试验对若干标准岩石试样进行抗压强度检测得到各自的单轴抗压强度，并根据单轴抗压强度计算得到平均单轴抗压强度；特征参数的计算公式如下： （1）其中，λ为修正系数，λ的计算方法如下： （2）其中，d为岩心试样的直径；步骤S6具体为： 和的论域分别取为： （3） （4）其中，m为的论域中元素个数，n为的论域中元素个数；设有N个原始数据，每个数据有两个分量和；以（，）为原始数据，其中≤≤，≤≤，信息分布公式为： （5）对所有原始数据进行处理和累加，得到原始信息分布矩阵如下： （6）其中， （7） （8）根据（6）、（7）以及（8），确定矩阵中每列的最大值，并组合成数据集z： （9） 是矩阵中的元素，则通过将所有元素除以来获得和之间的模糊关系矩阵： （10）其中，为模糊关系矩阵中的元素；基于模糊关系矩阵应用模糊推理的原理来进行计算： （11）式中，运算符号“•”表示组合运算，为值，为的值；对于任意给定的特征参数，通过线性地分配给其论域中的离散点；当，特征参数的线性分配计算方法为： （12）其中，为特征参数S的线性分配值；则通过下式推导得出： （13）式中：为的推导值，运算符号“”表示的隶属函数，定义为： （14）式中：表示在离散点处的隶属度，代表特征参数在离散点处的隶属度；由于最大水平主应力的大小依赖于岩体的性质，为了表征最大水平主应力对岩体性质的敏感性，建立全局敏感性分析函数： （15）式中：表示在第q个样本上输入变量对输出变量的敏感性系数，w1表示输出层激活函数对其输入的一阶导数，w2表示输出层激活函数对其输入的二阶导数，F为隐含层神经元个数，为输入层i与隐含层j间的连接权重，为输入层k与隐含层j间的连接权重，为隐含层j与输出层间的连接权重，表示隐层神经元j对第q个样本的输出值；建立敏感性系数计算方法： （16）式中：为输入参数对输出参数的敏感性系数，为参与敏感性分析的数据量；采用信息集中法对进行预测估算，的最终预测分布看作一个离散随机变量，即： （17）最后，将的数学期望值作为信息集中预测的结果，即： （18）式中：是离散点出现的概率分布。

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权利要求：

百度查询： 北京科技大学 基于岩体性质的岩层最大水平主应力预测方法

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