Inverse analysis procedures and possible applications in drilling operations

The purpose of this dissertation is to define a new experimental methodology to identify the information that can be obtained during drilling operations that can be used in different fields of application. The points that will be addressed are an outline of the different phases of the experiment and of the simulation, and a description of the methodologies of inverse analysis relevant to parameter identification. Different specific applications will need different numerical models to perform parameters identification: the computational model that describes the behaviour of concrete, for instance, is obviously very different from the one needed to describe multiphase geological material. This made it necessary to focus on a specific application: the diagnostic of structures subjected to structural deterioration, such as concrete dams. A numerical model that best represented the experiment for this specific application has been studied, and through that model the experimental equipment has been optimised, by comparing computational simulations. Through the experimental phases that will be defined and the process of inverse analysis, the elastic parameters, state of stress before the excavation, the plastic and fracture parameter of the structure can be evaluated.

L’obiettivo di questa tesi è di ideare una nuova metodologia sperimentale per determinare informazioni ottenibili durante le operazioni di perforazione, che possano essere utilizzate in diversi campi di applicazione. L’enfasi di questo studio è quindi posta sulla procedura delle fasi necessarie alla determinazione di queste informazioni e alle metodologie di analisi inversa che possono essere applicate per risalire a ciò che si vuole determinare. Ovviamente al variare dell’applicazione specifica varierà il modello numerico su cui si fonda il processo di identificazione dei parametri: infatti, il modello computazionale che descrive il comportamento di un calcestruzzo ad esempio è indubbiamente molto diverso da quello necessario per descrivere un materiale geologico multifase. Per questo nello sviluppo del lavoro presentato ci si è concentrati su una specifica applicazione: la diagnostica di strutture ammalorate quali dighe in calcestruzzo soggette al deterioramento strutturale. E’ stato quindi studiato un certo tipo di modello numerico che rappresentasse al meglio l’esperimento per questa specifica applicazione e su quel modello è stata ottimizzata, tramite simulazioni, la strumentazione sperimentale in modo che permettesse una migliore identificazione delle informazioni ricercate. Attraverso le fasi sperimentali così definite e il processo di analisi inversa, è quindi possibile ricavare i parametri elastici, lo stato di sforzo in situ preesistente all’operazione di scavo, i parametri plastici e di frattura della struttura analizzata.