本發明涉及巖土工程，尤其涉及非線性地應力場反演方法、裝置、設備及介質。

背景技術：

1、受限于原位地應力實測鉆孔成本高昂且場地要求較高，無法對巖土工程開展大規模的初始地應力場實測工作。因此，通過有限的鉆孔實測數據反演整個巖土工程范圍內初始地應力場是目前工程設計階段調查地應力場分布規律的常用手段。

2、相關技術中所采用的應力場反演技術，其核心假設通常是將線性的邊界條件應用于數值模型之中，且這些邊界條件多為單側或雙向對稱設置。然而，這種簡化處理忽略了地應力場固有的非均質特性，未能充分捕捉并準確再現工程現場地應力分布的復雜非線性特征。因此，在實際應用中，這些反演方法的反演結果往往與實際存在較大偏差，進而導致三維數值模型地應力反演的精準度較差。

技術實現思路

1、本發明提供一種非線性地應力場反演方法、裝置、計算機設備及介質，以至少解決相關技術中將線性邊界條件應用于數值模型之中，地應力場反演結果往往與實際存在較大偏差的技術問題。本發明的技術方案如下：

2、根據本發明實施例的第一方面，提供了一種非線性地應力場反演方法，該方法包括：基于待反演區域的工程地質資料、地應力實測數據和地層巖性數據，構建三維數值模型，并確定多個預設測量點的多個應力分量實測值；建立三維數值模型中每個模型邊界面對應的多個粗糙起伏面，并基于多個粗糙起伏面的三維坐標數據，生成每個模型邊界面對應的多組非線性變化系數矩陣；基于待反演區域的地應力實測數據，確定多個線性邊界條件，并基于多組非線性變化系數矩陣，對多個線性邊界條件進行調整，生成多個非線性邊界條件；在三維數值模型上施加多個非線性邊界條件，通過數值模擬，得到每個預設測量點的應力分量計算值；對多個應力分量計算值和多個應力分量實測值進行回歸分析，得到每個非線性邊界條件的回歸系數，以回歸系數為權重進行加權，并代入三維數值模型進行計算，得到三維數值模型的地應力場。

3、根據本發明實施例的第二方面，提供了一種非線性地應力場反演裝置，用于實現第一方面的非線性地應力場反演方法；該裝置包括：第一構建模塊，用于基于待反演區域的工程地質資料、地應力實測數據和地層巖性數據，構建三維數值模型；第一確定模塊，用于確定多個預設測量點的多個應力分量實測值；第二構建模塊，用于建立三維數值模型中每個模型邊界面對應的多個粗糙起伏面；第一生成模塊，用于基于多個粗糙起伏面的三維坐標數據，生成每個模型邊界面對應的多組非線性變化系數矩陣；第二確定模塊，用于基于待反演區域的地應力實測數據，確定多個線性邊界條件；第二生成模塊，用于基于多組非線性變化系數矩陣，對多個線性邊界條件進行調整，生成多個非線性邊界條件；第三生成模塊，用于在三維數值模型上施加多個非線性邊界條件，通過數值模擬，得到每個預設測量點的應力分量計算值；第四生成模塊，用于對多個應力分量計算值和多個應力分量實測值進行回歸分析，得到每個非線性邊界條件的回歸系數，以回歸系數為權重進行加權，并代入三維數值模型進行計算，得到三維數值模型的地應力場。

4、根據本發明實施例的第三方面，提供了一種計算機設備，包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器中并可在處理器上運行的計算機程序，處理器執行計算機程序時能夠實現第一方面的非線性地應力場反演方法的步驟。

5、根據本發明實施例的第四方面，提供了一種計算機可讀存儲介質，計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執行時能夠實現第一方面的非線性地應力場反演方法。

6、本發明的實施例提供的技術方案至少帶來以下有益效果：基于待反演區域建立三維數值模型，利用非線性變化系數生成方法生成一個與三維數值模型邊界大小相匹配的非線性變化系數矩陣，將非線性變化系數矩陣作為關鍵基石，結合模型邊界劃分出的多個小網格構建非線性邊界條件。其后，對三維數值模型施加非線性邊界條件，最后根據回歸系數反演應力場。通過上述方式，成功克服了相關技術中采用線性反演技術在表達初始非均勻地應力場時的局限性，可有效提升三維數值模型地應力反演的精確度。

7、應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發明實質內容。

技術特征：

1.一種非線性地應力場反演方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于待反演區域的工程地質資料、地應力實測數據和地層巖性數據，構建三維數值模型，并確定多個預設測量點的多個應力分量實測值的步驟，具體包括：

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立所述三維數值模型中每個模型邊界面對應的多個粗糙起伏面，并基于所述多個粗糙起伏面的三維坐標數據，生成所述每個模型邊界面對應的多組非線性變化系數矩陣的步驟，具體包括：

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述對所述三維坐標數據進行坐標轉換，生成模型邊界面的一組非線性變化系數矩陣的步驟，具體包括：

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對多個應力分量計算值和多個應力分量實測值進行回歸分析，得到每個非線性邊界條件的回歸系數，以所述回歸系數為權重進行加權，并代入所述三維數值模型進行計算，得到所述三維數值模型的地應力場的步驟，具體包括：

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于回歸系數確定計算回歸應力值的表達式之后，還包括：

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述回歸應力值，對回歸系數進行合理性檢驗的步驟，具體包括：

8.一種用于實現權利要求1中非線性地應力場反演裝置，其特征在于，包括：

9.一種計算機設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現如權利要求1至7任一項所述非線性地應力場反演方法的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現如權利要求1至7任一項所述非線性地應力場反演方法的步驟。

技術總結
本發明公開了一種非線性地應力場反演方法、裝置、設備及介質，涉及巖土工程技術領域，以至少解決反演結果與實際偏差較大的技術問題。該方法包括：構建三維數值模型，并確定多個應力分量實測值；建立三維數值模型中每個模型邊界面對應的多個粗糙起伏面，生成每個模型邊界面對應的多組非線性變化系數矩陣；基于多組非線性變化系數矩陣，對多個線性邊界條件進行調整，生成多個非線性邊界條件；在三維數值模型上施加多個非線性邊界條件，得到每個預設測量點的應力分量計算值；對應力分量計算值和應力分量實測值進行回歸分析，得到每個非線性邊界條件的回歸系數，以回歸系數為權重進行加權，并代入三維數值模型進行計算，得到三維數值模型的地應力場。

技術研發人員：劉溪鴿,黃晨春,朱萬成,關凱,牛雷雷,李薈
受保護的技術使用者：東北大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24