基于GD-PSO的水电站地下洞室初始地应力场反演

包腾飞; 程健悦; 邢钰; 周喜武; 陈雨婷; 赵向宇

doi:10.13705/j.issn.1671-6833.2025.05.002

郑州大学学报（工学版） ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (05) : 130 -136. DOI: 10.13705/j.issn.1671-6833.2025.05.002

基于GD-PSO的水电站地下洞室初始地应力场反演

包腾飞, 程健悦, 邢钰, 周喜武, 陈雨婷, 赵向宇

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摘要

针对现有的初始地应力场反演方法难以平衡收敛速度和非线性回归精度的问题，提出了一种联合梯度下降法(GD)和粒子群优化算法(PSO)的初始地应力场反演分析方法。首先，考虑影响初始地应力场的重力场及5种构造应力场的8种基础边界条件，利用有限元软件计算各边界条件下测点应力值；其次，以实测地应力值为目标值，利用GD-PSO算法进行回归分析，得到各边界条件的影响系数；最后，计算模型各点的回归地应力值，并作为初始地应力场输入三维有限元模型进行地应力平衡。实例分析表明：对比使用PSO算法的计算结果，使用GD-PSO算法求得的三次回归多项式精度最高，均方误差为0.579,回归结果与实测地应力值拟合较好，地应力平衡后除竖直方向应力值外，测点地应力值与实测值差值较小，围岩各向位移基本为零，最大位移仅有5.26 mm。