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基于构造控制的地应力预测理论与方法

李耀民  
【摘要】: 针对赵楼井田区域构造演化、矿井构造规律、地应力场特征及其预测理论与方法等研究内容,以构造与地应力的耦合关系为核心,综合运用构造地质、岩土力学、分形几何、神经网络等多个学科的理论和成果,系统分析了中小型构造的分布规律和形成演化模式,结合分形几何的信息维和容量维定量评价了矿井构造复杂程度;应用水压致裂法和应力解除法实测了井田地应力的大小和方位,结合有限元数值模拟总结了井田内地应力场的分布特征;分析了井田地应力场的主要影响因素,研究了构造控制下的地应力场变化规律,探讨了构造与地应力场的耦合关系;通过筛选和构建输入指标,建立了5×7×3结构的3层BP神经网络模型对地应力进行预测等。研究结果表明:区域构造演化控制了矿井构造的发育和演化,在剖面上表现为地堑、地垒相间的构造样式;断层信息维较之于容量维表征矿井构造复杂程度更客观、更合理;研究区以水平应力为主导,最大水平主应力的方向为NE65o~87o,最大主应力(水平)与最小主应力(垂直)的差值处于较低的水平,反映了研究区处于构造的相对稳定期,岩体不易变形与破坏;影响研究区地应力的主要因素为现代地壳运动、断裂构造、地层岩石组合和地震活动,构造特征控制了地应力场的分布格局,造成了主应力大小和方向的变化,同时,地应力场的分布对矿区构造演化又具有促进作用;在人工神经网络建模中引入具有构造意义的输入指标—岩组相对强度(I)、断层相对距离(D),实现了研究区地应力的预测,显示出其高效性和鲁棒性,更深刻的揭示了构造与地应力之间的耦合关系。


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