›› 2009, Vol. 30 ›› Issue (6): 1850-1855.

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

构造应力场边界载荷反演的有限元逆逼近法

付玉华1, 2,王兴明2,袁海平2   

  1. 1.中南大学 资源与安全工程学院,长沙 410083;2.江西理工大学 应用科学学院,赣州 341000
  • 收稿日期:2008-11-11 出版日期:2009-06-10 发布日期:2011-03-09
  • 作者简介:付玉华,男,1977年生,博士研究生,主要从事岩土力学与采矿工程教学与研究。

Finite element inverse analysis of boundary load for tectonic stress field

FU Yu-hua 1, 2,WANG Xing-ming2,YUAN Hai-ping2   

  1. 1. School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, China; 2. School of Application and Science, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China
  • Received:2008-11-11 Online:2009-06-10 Published:2011-03-09

摘要:

构造应力场问题的边界条件、加载方式是地应力场分析的难题,由于构造运动未知和地质构造复杂,无法直接求解。边界力反演是进行构造应力场研究的重要手段。从弹性力学基本方程出发,针对油气储层地应力场反问题,结合对区域构造应力场认识,利用阻尼最小二乘法建立了应力场反演的约束模型,提出了一种用于反演构造应力场边界力的反分析方法,该方法根据部分实测点的应力值进行边界力反演,并与有限元方法和有限差分法相结合,以边界力为参量逼近目标函数。根据研究区少量地应力实测资料采用该方法进行最优化计算,使得计算应力场与实测应力达到最优拟合,以弥补目前的回归反演方法和边界载荷调整法的不足来提高计算精度。算例表明了该方法的有效性,可用于解决构造应力场边界力的反演问题。

关键词: 构造应力场, 有限元, 最小二乘法, 有限元逆逼近

Abstract:

Tectonic stress analysis is particular important in the course of petroleum exploration and development. The geological structure complexity, its boundary problem, the loading paths, etc. are difficult problems in the numerical simulation of tectonic stress field; and the field stress data is very limited. Because of the unknown tectonic movement and complicated geological structure, tectonic stress field cannot be calculated immediately. The boundary load inversion is a particular important means for tectonic stress field analysis. Starting from the fundamental equations of elastic mechanics, the inverse problem of tectonic stress field of oil-gas reservoirs is proposed. Based on the least square method, a method is presented to identify and calculate inversely the boundary load on the geological model by the stresses in the geological model. The finite element method and the finite difference method are combined to apply the method that chooses the boundary loads as fitting parameters in the objective function. The calculated results are in good agreement with the in-situ measured data. This method has excellent practical value and can provide references to the back analysis of tectonic stress field. This method and model can get over the shortage of common back analysis method such as adjusting boundary loads and regression method; so it can calculate exactly the tectonic stress field by back analysis. The results show that the method is simple, credible and has high precision and rapid calculation velocity. Therefore, it may find its uses in the boundary load inversion of tectonic stress field. This method can provide references to petroleum exploration and production.

Key words: tectonic stress field, finite elements, least square method, finite element inverse analysis

中图分类号: 

  • TE 131.1
[1] 孙锐, 杨峰, 阳军生, 赵乙丁, 郑响凑, 罗静静, 姚捷, . 基于二阶锥规划与高阶单元的 自适应上限有限元研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 687-694.
[2] 叶观宝, 郑文强, 张 振, . 大面积填土场地中摩擦型桩负摩阻力分布特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 440-448.
[3] 赵密, 欧阳文龙, 黄景琦, 杜修力, 赵旭, . P波作用下跨断层隧道轴线地震响应分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3645-3655.
[4] 蒋若辰, 徐奴文, 戴峰, 周家文. 基于快速行进迎风线性插值的微震定位算法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3697-3708.
[5] 张海廷, 杨林青, 郭芳, . 基于SBFEM的层状地基埋置管道动力 响应求解与分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2713-2722.
[6] 曹洪, 胡瑶, 骆冠勇. 滤管两端均不在含水层层面的承压不 完整井近似计算方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2774-2780.
[7] 王翔南, 李全明, 于玉贞, 喻葭临, 吕禾, . 基于扩展有限元法对土体滑坡破坏过程的模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2435-2442.
[8] 周小文, 程 力, 周 密, 王 齐, . 离心机中球形贯入仪贯入黏土特性[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1713-1720.
[9] 梅慧浩, 冷伍明, 聂如松, 刘文劼, 伍晓伟, . 重载铁路路基面动应力峰值随机分布特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1603-1613.
[10] 吴顺川, 马 骏, 程 业, 成子桥, 李建宇, . 平台巴西圆盘研究综述及三维启裂点研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1239-1247.
[11] 邱 敏, 袁 青, 李长俊, 肖超超, . 基于孔穴扩张理论的黏土不排水抗剪强度 计算方法对比研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1059-1066.
[12] 郑安兴, 罗先启, 陈振华, . 基于扩展有限元法的岩体水力劈裂耦合模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 799-808.
[13] 王冬勇, 陈曦, 于玉贞, 吕彦楠, . 基于二阶锥规划有限元增量加载法的条形浅基础极限承载力分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4890-4896.
[14] 刘庆彬, 潘懋, 刘洁, 郭艳军, 张小双, 姚健鹏, 李芳玉, . 基于ParaView的Abaqus有限元输出结果的 可视化与虚拟现实[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4916-4924.
[15] 刘锋涛, 张绍发, 戴北冰, 张澄博, 林凯荣, . 边坡稳定分析刚体有限元上限法的锥规划模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 4084-4091.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 谢兴华,王国庆. 深厚覆盖层坝基防渗墙深度研究[J]. , 2009, 30(9): 2708 -2712 .
[2] 宋 晶,王 清,孙 铁,李晓茹,张中琼,焦志亮. 吹填土自重沉淤阶段孔隙水压力消散的试验研究[J]. , 2010, 31(9): 2935 -2940 .
[3] 陈正汉,方祥位,朱元青,秦 冰,魏学温,姚志华. 膨胀土和黄土的细观结构及其演化规律研究[J]. , 2009, 30(1): 1 -11 .
[4] 夏力农,雷 鸣,聂重军. 桩顶荷载对负摩阻力性状影响的现场试验[J]. , 2009, 30(3): 664 -668 .
[5] 潘鹏志,冯夏庭,周 辉. 脆性岩石破裂演化过程的三维细胞自动机模拟[J]. , 2009, 30(5): 1471 -1476 .
[6] 叶为民,黄 伟,陈 宝,郁 陈,王 驹. 双电层理论与高庙子膨润土的体变特征[J]. , 2009, 30(7): 1899 -1903 .
[7] 陈 明,卢文波,周创兵,罗 忆. 初始地应力对隧洞开挖爆生裂隙区的影响研究[J]. , 2009, 30(8): 2254 -2258 .
[8] 张 红 ,郑颖人 ,杨 臻 ,王谦源 ,葛苏鸣. 黄土隧洞支护结构设计方法探讨[J]. , 2009, 30(S2): 473 -478 .
[9] 陈建功 ,周陶陶 ,张永兴. 深部洞室围岩分区破裂化的冲击破坏机制研究[J]. , 2011, 32(9): 2629 -2634 .
[10] 刘海明 ,杨春和 ,张 超 ,冒海军 ,曹 净 . 高压下尾矿材料幂函数型摩尔强度特性研究[J]. , 2012, 33(7): 1986 -1992 .