CN105719026B - 一种露天矿滑坡预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种露天矿滑坡预测方法，其属于基础理论、岩石力学、爆破科学、地质灾害预测理论及其应用研究领域。它主要包括如下步骤：露天矿滑坡基本方程的建立和工作方向、目标和工作内容与任务的确立；测量控制露天矿滑坡的作用量；确定露天矿边坡的虚度与作用之间的关系；露天矿边坡虚度和实度变化率的测试方法；露天矿爆破与滑坡之间关系的作用学研究方法。本发明的有益效果是：建立了作用学滑坡运动新理论，给出了滑坡与爆破及其它作用与滑坡之间的定量关系函数，进一步完成了滑坡预测科学研究史上的突破，使滑坡预测工作科学、省力，方法简便、实用、准确可靠。

Description

一种露天矿滑坡预测方法

技术领域

本发明涉及一种露天矿滑坡预测方法，其属于基础理论、岩石力学、爆破科学、地质灾害预测理论及其应用研究领域。

背景技术

滑坡构成了露天矿安全生产的一大灾害。因此，长期以来，人们十分重视露天矿边坡稳定性、预测与防治滑坡灾害的研究。目前，国内外研究露天矿边坡稳定性、预测滑坡的方法如下：1、工程地质类比法；2、结构分析法；3、极限平衡分析法；4、数值分析法、5、概率分析法。虽然这些方法应用了很长一段历史时期，但由于传统基础理论和应用基础理论对作用与变化关系规律认识的不全面性，对作用、变化、材料性质概念及其统一关系规律认识的不准确性，导致了人们对露天矿边坡性质概念和露天矿滑坡与其控制因素之间关系规律认识的不准确性。

归结起来，目前滑坡预测研究理论主要存在如下缺陷：

没有正确表述滑坡运动与其控制因素之间关系的正确理论与方程，从而导致人们在进行滑坡预测研究中不能正确确定需要观测哪些必要的物理量，不能准确建立滑坡与其控制因素之间的关系方程，也就难以准确描述和有效分析预测滑坡事故孕育、发展与发生过程。在滑坡预测实践中，研究人员不只是走了一些弯路问题，而且大部分研究工作都是在做无用功。由于研究方向不正确，人们在观测研究中获取的观测数据常常是与滑坡预测需要不相干的数据，在数据分析问题上也总是偏离核心，分析来分析去，始终找不到滑坡预测所需要的最终数据，获取的结果常常是无效数据。人们对滑坡事故发生与其控制因素之间的定量关系规律认识极其模糊，如对爆破、大气降水、地表地下水、在边坡上运行的车辆和行人与滑坡孕育、发展、发生过程之间的定量关系规律的认识，迄今为止，国内外都不很明确。实际上，在爆破理论中，目前也很难找到关于爆破与岩层破坏之间关系规律描述的直接关系理论公式。

对爆破作用与滑坡之间关系的认识，目前，国内外有两种观点：一种观点认为将介质质点振动速度作为衡量爆破控制滑坡的标准合理，因为观测结果认为，爆破产生的破坏程度与质点振动速度关系比较密切。另一种观点认为将质点振动加速度作为衡量爆破控制滑坡的标准合理，因为加速度反映荷载大小。在边坡稳定性研究中，有人采用质点振动速度作为边坡稳定性判据，也有人将质点振动速度和对应频率同时作为判据。笔者认为，这种观点都不是正确的，因为质点振动速度和加速度都不是爆破产生的作用量。爆破对滑坡的控制，其实质是爆破对滑坡物质产生了一种加载作用，构成了控制滑坡运动的直接作用因素。

爆破对滑坡构成的是一种加载作用。如果在滑坡体上爆破，炸药爆炸产生的作用合量几乎全部用于驱动滑坡体运动；如果在滑坡体以外爆破，炸药产生的作用量会有一部分用于驱动滑坡体运动。在露天矿生产阶段，爆破是滑坡孕育、发展、发生整个过程的直接驱动因素。至于滑坡体是否滑坡，还与其它作用如重力、大气降水作用有关，还与滑坡面的性质有关。用爆破震动速度、加速度和对应的频率等数据作判据是不合适的，判别是否存在滑坡危险性的判据应该根据滑坡运行的基本规律来确定，不是随意可选的数据。能够确切反映滑坡危险性的数据主要是滑面的性质及其变化率：在作用控制下表现为滑动还是不滑动？滑面生成速度缓慢还是很快？滑面的可滑性指数(或不可滑性指数)的变化率大还是小？这种数据才能直接告诉人们是否具有滑坡灾害发生的危险！爆破震动速度、加速度的大小不能体现是否具有滑坡危险性。基本认识不正确，是滑坡预测不准确、工作效率低下的根本原因。

总之，目前露天矿滑坡灾害事故预测与防治的困难，其关键原因在于理论力学与应用力学体系存在不科学的思想方法和不科学的理论内容。

发明内容

本发明针对自然科学不能正确认识滑坡与其控制因素之间关系规律的不足，提供一种露天矿滑坡预测方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

1、露天矿滑坡基本方程的建立和工作方向、目标和工作内容与任务的确立

根据作用学，滑坡运动与其控制因素之间的关系可用如下方程式表述：

式中，m表示滑坡体的质量；A表示驱动滑坡体运动的主动作用量；E表示滑坡体的可滑程度(活动性指数，叫虚度)；T表示滑坡体的不可滑程度(稳定性指数，叫实度)；θ表示滑坡角(滑面倾角)；t表示滑坡体存在的时间(滑坡现象孕育、发展、发生时间)。其中，A＝Ft，F表示驱动滑坡体运动的主动作用力。

在露天矿边坡稳定性探测和滑坡预测研究工作开展之前，首先必须明确露天矿滑坡与其控制因素之间关系的理论方程，然后，确立工作方向、工作内容、工作目标和工作任务。根据上述基本理论方程，在露天矿工程地质勘探阶段、生产设计阶段、生产阶段，研究露天矿边坡物质性质、进行滑坡预测的主要工作方向、目标、内容与任务是确定上述方程中涉及到的作用量、作用力、虚作用量、虚作用力、实作用量、实作用力、虚度、实度、虚度变化率、实度变化率、滑坡角、滑坡质量、滑坡体与滑面间的接触面或将来可能形成的滑面、可能形成的滑坡动力、滑坡预测方案与滑坡防治措施。

2、测量控制露天矿滑坡的作用量

与爆破有关的滑坡，其控制作用量主要有如下几个：

滑坡体的初动量：A₀＝mv₀；该作用量可通过观测获得。m表示滑坡质量；v₀表示滑坡初速度；A₀表示因滑坡质量运动而构成的滑坡驱动作用量，等于滑坡体的动量。

重力产生的作用量：A₁＝mgt；该作用量是由重力产生的加载作用量，其值可在观测确定滑坡质量基础上通过计算获得。

爆破产生的作用量：A₂＝m_zI₀；式中，m_z表示爆破所用炸药的质量；I₀表示单位质量炸药产生的最大动量。炸药爆炸对滑坡体构成直接作用，从而使滑坡体在爆破加载作用下形成加载运动和加载变形。爆破加载作用量等于炸药爆炸传递给滑坡体的动量。

如果有大气降水，这些运动的水还将对滑坡体产生作用，并改变滑面的可滑动性和不可滑动性。大气降水产生的驱动作用量为：A₃＝S_Sq²t；式中，q为降雨流量；t为时间；S_S为滑坡体分布的水平面积(水平投影面积)。该作用量可通过实验、观测、计算获得。

地表水或地下水对滑坡体产生的作用可根据实际情况具体确定。

如果有车辆和行人在边坡上运行，需进行统计并计算其作用量。其大小为：

式中，m_i表示任意车辆的质量；t_i表示任意车辆对边坡的作用时间。

在受爆破影响条件下，边坡滑坡体受的作用总量是

露天矿边坡物质之所以形成滑坡，其关键原因在于边坡物质受着作用量A的驱动作用。

由于各种作用量都是可获得量，所以，作用总量可被看作是已知量。滑坡角可根据实际生成的滑面(或边坡上可能出现的滑动面)来确定，可以视为已知量。滑面以上的质量可视为滑坡质量，可以确定，为已知量。因此，在滑坡运动方程中只有虚度E(或实度T)与滑坡位移x两个量是未知量。如果通过观测或勘测或生产实践研究再确定了虚度或实度变化规律，将虚度或实度化为已知量，便可根据方程

随时掌握滑坡动态，计算、评价边坡物质的稳定性，预测滑坡灾害。

3、确定露天矿边坡的虚度与作用之间的关系

a、露天矿边坡物质可滑性指数与作用量之间的一般关系规律

根据作用学，虚度与作用量和虚作用量之间的一般关系式是

式中，A表示作用量；A_F表示虚作用量；E表示虚度。在滑坡现象中，虚作用量A_F等于滑坡体滑动的动量。在边坡稳定性测试中，可通过对边坡施加作用、迫使边坡物质沿斜面滑动方式来确定边坡物质的可滑动性质(不稳定性质)。如果采用静压作用方式进行测试，施加的静压力为F(叫加载力)，并且F＝mg，m表示加载作用物质的质量，用M表示滑体的质量，在加载力和滑体自身重力控制下，边坡中的一部分物质从缓慢变形、逐渐产生滑面、最后形成滑动(滑坡)。如果加载作用力很大，受作用点处的边坡物质会很快形成滑坡现象，并且，其初始滑动动量就比较大。假若滑动加速度为a，那么，根据力学

式中，v₀和v_t分别表示滑体滑动的初始运动速度和终止运动速度；t表示加载作用时间。在实验测试中，滑体的初速度一般等于零，所以，需要观测记录的数据主要是实验时间、滑动时的位移距离(距离与时间之比等于位移速度)、滑动质量。当测试数据产生以后，就可以根据作用学理论来计算滑坡体的虚度(可滑性指数)E值了。即，边坡物质的虚度为

这个式子可以被看作是边坡物质的可滑动指数与作用之间的一般关系式。边坡物质的实度(抗滑动指数)为

通过实验测试所得到的虚度(可滑性指数)或实度(抗滑性指数)并不是常数。虚度和实度值与作用强度大小有关。一般来说，作用力小(作用强度小)，虚度值就小，实度值就大；作用力大(作用强度大)，虚度值就大，实度值就小；作用力越大，虚度值就越大，实度值就越小。因此，通过实验测试方法来确定边坡物质的性质特征，必须变换作用强度多次重复测试，分时间段进行分析计算，获得不同作用强度、不同时间段的不同虚度值或实度值。

b、确定露天矿边坡虚度变化和实度变化的一般规律

随着受作用时间的延长，露天矿边坡的虚度和实度指数都会发生改变。一般来说，作用力不变，边坡物质的可滑指数(虚度)随着作用时间的延长不断增大，抗滑指数(实度)随作用时间延长不断减小。当滑面完全形成时，虚度达到最大值，实度达到最小值。在滑面形成之前，滑坡体虽然处于稳定或近似稳定不动状态，但处在孕育生成中的滑面，其虚度(可滑指数)和实度(抗滑指数)一直在变化。最初，虚度(可滑指数)等于零，即E₀＝0；实度(抗滑指数)等于1，即T₀＝I；当滑体出现微动时，虚度不再等于零了，而是大于零，即E₁＞0；实度小于1，即T₁＜1.随着时间推移，虚度值越来越大，实度值越来越小，直到快速滑动。不同土层、不同岩层，其虚度值的变化速度和实度值的变化速度是不同的。一般来说，松散软弱地层的虚度和实度变化速度快，密实坚硬岩层的虚度和实度变化速度慢。根据这个规律，可以通过实验、探测或观测手段来掌握边坡物质的滑坡规律。

假设边坡的初始虚度和终止虚度分别为E₀和E_t，变化时间为t，则有虚度变化率

相应，假设初始实度和终止实度分别为T₀和T_t，变化时间为t，实度的变化率为

虚度变化率与实度变化率之间的关系式是一种对立统一关系，即

α+β＝0或α＝-β.

虚度变化率和实度变化率是判定边坡是否滑坡、什么时候滑坡的必要物理量，因此，研究虚度变化率和实度变化率是滑坡预测研究过程中必不可缺的工作内容。

c、抗滑能力和露天矿滑坡性质指数(虚度和实度)的测试方法

发明专利《地基极限承载力的测量方法》(专利号：201310012898x)给出了探测地基极限承载力的方法，但没有给出抗滑能力和抗滑性质的测量方法。为了使人们能够进一步掌握抗滑能力和抗滑性质的测量方法，本发明专题探讨了露天矿边坡岩土层的抗滑性质、可滑性质和抗滑能力的测试方法或探测方法。与承载性质相比，抗滑性质有其独特的特点。根据滑坡与其控制因素之间的关系方程

和阻力R与实作用力F_T和作用力F之间的关系式R＝-F_T＝-TF，滑坡体的抗滑指数T与探测作用力F、极限抗滑力R_max(阻力的极限值)之间的关系方程为

R_max＝-TF sinθ.

式中，θ表示滑面倾角。特定的岩层或土层，在特定的作用强度控制下，其极限抗滑力R_max是一个确定的值。当作用力较小时，抗滑力等于作用力(探测力)的负值。当作用力超过某一数值时，抗滑力的绝对值小于作用力。抗滑力负值或绝对值的最大值就等于极限抗滑力。在作用力大于抗滑力的负值条件下，随着作用力的增加，极限抗滑力不变，但抗滑性质不断变化，其变化特征是：抗滑指数(稳定性系数——实度)T值不断减小；可滑动性指数(不稳定性系数——虚度)E值不断增大。当滑动面生成以后，滑体从边坡岩层中分离出来，抗滑指数只反映滑面的抗滑性质。滑面的抗滑指数一般会小于岩层的抗滑指数。这是因为滑体原有的维持它与岩层关系不变的作用能(力学称之为粘聚力)被消除了。根据这个规律和上述方程，可以探测确定边坡岩层抗滑性质。探测方法如下：

根据传统力学方法进行的工程地质勘探方法很难准确确定虚度和实度值，虚实度必须采用特殊方法进行探测。根据滑坡特点，需要建造特殊的滑坡性能探测工程。如图1所示，模拟露天矿边坡条件，开挖台阶，在台阶上垂直向下布置加载作用力或爆破，使台阶产生滑动面，并沿滑面滑动，记录加载力的大小、作用时间、变形时间和滑动时间、不同时刻对应的滑动位移(用于计算滑动速度和加速度)，测滑动质量和滑面倾角，然后，分析计算极限抗滑力和可滑动指数列表。

分析计算方法与步骤：

第一步，测作用力：F＝mg+Sσ；m表示滑坡质量；g表示重力加速度；S表示加载作用面面积；σ表示加载作用应力；如图1所示。

第二步，测虚作用力：F_F＝ma；a表示滑体运动加速度。

第三步，计算虚度：

第四步，计算实度：

第五步，计算极限抗滑力(阻力)：R_max＝-TF sinθ.

第六步，测算滑体与边坡物质的接触面面积S_h，分析计算单位滑面的极限抗滑力：

叫滑面的极限抗化强度。

第七步，预测计算露天矿设计生产深度中可能出现的滑面的极限抗滑力：R_max＝S′σ_h.

推测滑坡事故发生的可能性：在露天采矿生产过程中，如果边坡上存在一个滑坡面或可能生成的滑坡面，其受力状态满足不等式

F sinθ＞|R_max|

所确定的条件，那么，在生产过程中必将出现滑坡现象。要想避免滑坡事故发生，就必须通过工程降低作用力F sinθ值的大小，使其满足不等式

F sinθ＜|R_max|

所规定的条件。

如果最初边坡物质受作用状态满足不等式F sinθ＜|R_max|，但随作用时间延长，出现了满足不等式

所确定的条件，在未来发生滑坡事故的危险也很难避免。例如，在露天矿边坡形成的初期，滑坡体受的阻力由维持岩层关系不变的约束力(内聚力)、摩擦阻力、斜面支撑力合成，随着时间的推移，边坡接受的作用力虽然几乎不变，但作用量(力与时间之积)不断增大，滑面逐渐形成，约束力逐渐消失，阻力合量快速减小，从而出现了

的情况，滑坡现象发生。

d、露天矿边坡虚度和实度变化率的测试方法

对同质边坡施加不同加载作用力，使其产生缓慢滑动变形、乃至形成滑面、直到滑动，计算同质岩层在不同作用条件、不同时间段的虚度变化率和实度变化率的数值，比较差别，找出规律；对不同质边坡施加相同加载力，令其滑坡，计算、比较不同岩层和实度变化率的差异，确定规律。

第一步，测定边坡在特定作用强度条件下的虚度和实度变化规律：

第一阶段，如图2a所示，对刚生成的边坡施加一定的加载作用力，记录加载作用时间，观测边坡滑面的生成与发展状况。在没有滑面变形以前，滑面的实度是T₀＝1，虚度是E₀＝0，这段时间是滑面性质没有明显变化阶段，称不变阶段，其受作用时间记为t₀.

第二阶段，滑面出现微变形，滑体形成微小的位移量，并且，变化极其缓慢，其变化时间记为t，测量其位移加速度a，计算其虚作用量

A_F＝mat，

式中，m表示加载作用质量；a表示加载作用面的位移加速度(此时，滑体还没有形成整体滑动，所以，不能用滑体受作用与变化量进行计算)。控制加载作用面位移的作用量只考虑加载作用力，加载作用量等于加载力P与加载时间t₁之积，即

A＝Pt₁ sinθ，

滑体接受的滑动加载作用量为A＝Pt₁ sinθ；此时，边坡岩层或土层的虚度为

其虚度变化率为

其实度为

其 实度变化率为

是滑面倾角。

第三阶段，滑面初步形成，滑体出现整体性的缓慢滑动现象，其滑向作用量为

A＝Ft₂ sinθ＝(P+G)t₂ sinθ＝(m+M)gt₂ sinθ；

式中，P是加载作用力；G是滑体受的重力；F是驱动作用力的总和；t₂是滑体受作用时间；g是重力加速度；θ是滑面倾角。驱动滑体缓慢位移的虚作用量是

A_F＝(m+M)a₂t₂；

滑面的虚度是

滑面的虚度变化率为

实度变化率为

第四阶段，滑体在作用控制下滑动的速度增大，其加速度为a₃，滑体不再接受岩层 内力(维持关系不变的约束力)控制，只接受驱动作用力和滑面阻力控制，进入了近似等加 速度运动的状态，即，a₃几乎不再变化。此时，滑体的虚度为

实度为

虚度变化率为

实度的变化率为

当滑体的一部分摆脱滑面甚至全部摆脱滑面，滑体的运行加速度还会增大，虚度值将继续增大。当滑体遇到地面阻碍作用时，便对地面发生作用。

虚度和实度的变化率能反映边坡岩层或土层的性质：虚度变化率(或实度变化率的绝对值)越大，岩层或土层的可变能力越大，边坡的稳定性越差；反之，虚度变化率(或实度变化率的绝对值)越小，岩层或土层的可变能力越小，边坡的稳定性越好。

根据作用学推导，滑坡时间t与滑坡体接受的驱动作用力F、实作用力F_T、滑坡角θ、虚度变化率β、滑坡质量m之间的关系式为

由此式得知，虚度变化率越小(取值范围在0和1之间)，滑坡时间越长，边坡越稳定；初始实度值越大(最大值等于1)，滑坡时间越长，边坡越稳定。

相应，滑坡时间t与滑坡体接受的驱动作用力F、虚作用力F_F、滑坡角θ、虚度变化率β、滑坡质量m之间的关系式为

根据此式，驱动作用力F越小，滑坡孕育、发展、发生所经历的时间越长，边坡越稳定；滑坡角越小，边坡越稳定。

事实上，在自然条件下，滑坡接受的驱动作用力、驱动作用量和边坡物质性质都被自然确定，与之存在统一关系的滑坡质量、滑坡角、滑坡时间也就被限定。因此，在何时、何地、发生何种强度的滑坡现象是确定的，是可以预测的。

第二步，测定边坡在不同作用强度条件下的虚度和实度变化规律：

不同作用强度条件下，同一种地层的虚度和实度不同，其虚实度的变化率也不同，因此，施加不同作用强度进行测试，同一种岩性的地层将产生不同虚实度值和不同虚实度变化率数值。施加不同作用强度，重复上一步实验与分析过程，得到不同地层的虚实度及其变化率数据列表，为露天矿开采设计和滑坡预测与防治创造依据。

第三步，对不同性质的边坡地层性质及其变化率进行测试研究

对不同性质的边坡地层和不同结构构造的同质地层的不同区段分别施加相同加载作用，令它们各自形成滑坡孕育、发展与发生过程，记录不同时间段的变形、滑动量，按照上述方法分析计算不同地层或同质不同构造地段地层的虚度和实度及其变化率，将结果制成数表，进行对比研究，并备案备用。

e、露天矿爆破与滑坡之间关系的作用学研究方法

由于根据理论力学和应用力学，都无法正确认识爆破与滑坡之间统一关系规律，所以，长期以来，人们只是把爆破看作是对露天矿滑坡产生影响的因素，一直没有给爆破与露天矿滑坡建立理论公式，也就很难找到解决露天矿滑坡预测与防治的正确方法。

①、爆破与滑坡之间的一般关系规律

要正确确立爆破与滑坡关系的测试研究方法，首先必须将爆破与滑坡之间的一般关系规律搞清楚。

根据作用学，露天矿生产爆破对露天矿滑坡产生一种特殊的加载作用，构成了控制露天矿滑坡事故发生的直接原因之一。前面已经论述了爆破与滑坡之间的关系：爆破对滑坡体产生一种作用量，从而加速滑坡事故发生的进程。爆破对滑坡体产生的控制作用量的大小，与爆破位置(包括方位、距离、炮眼深度、)、爆破方式、装药量多少、炸药质量都有关系。爆破位置与滑坡关系十分密切。在露天矿开采生产过程中，爆破点(炮眼)常常位于滑坡体上，也有位于滑坡体之外的爆破点。无论爆破点位于滑坡体上还是位于滑坡体以外某作用点上，爆破对滑坡体产生的都是一种重要的加载作用量。

如果爆破点炮眼位于滑坡体上，炸药爆炸产生的作用量直接作用于滑坡体。炸药爆炸产生的作用主要是光能和爆炸气体动能，这些能量集中作用于炮孔中较小的作用面上，以冲击爆炸作用为特征。如果单位质量炸药产生的最大冲击作用量为I₀，炮孔装药质量为m_z，那么，m_z产生的冲击作用量为A₂＝m_zI₀.该作用量几乎全部用于驱动滑坡体运行。假设其它作用量的合成量为A₁，那么，滑坡体接受的作用量等于A₁与A₂之合量。即

A＝A₁+A₂。

如果爆破作用点不在滑坡体上，而位于滑坡体以外某作用点上，那么，爆破产生的作用量A₂就不等于爆破对滑坡体产生的作用量了。这时，爆破对滑坡体产生的作用量仅仅是爆破作用量中的一个部分，即，如图4所示，爆破对滑坡体产生的作用量为

式中，

表示爆破产生的爆炸冲击作用合量A₂与其对滑坡体构成作用的作用分量A₂′之间的夹角。控制滑坡运行的作用量是爆破对滑坡体产生的作用量A₁′与其它控制滑坡运行的作用合量A₁之间的合量，即

在平行于滑面方向上，滑体受的的驱动作用量是

如果滑坡体接受滑坡体的初动量A₀、重力产生的作用量A₁、爆破产生的作用量A₂、大气降水产生的驱动作用量A₃、车辆产生的作用量A₄五个作用量的共同控制，那么，露天矿爆破与露天矿滑坡之间的关系方程有两种：

Ⅰ、作用于滑体上的爆破作用量A₂与露天矿滑坡之间的关系方程：

式中，l表示滑坡现象的位移距离。

Ⅱ、不在滑坡体上的爆破作用与滑坡之间的关系方程：

可见，露天矿爆破与露天矿滑坡之间的关系是加载作用与滑坡之间的关系，并不是一般的干扰因素或影响因素。

②、露天矿爆破与滑坡关系测量方法

基本任务：确定放炮对滑坡之间的关系规律，为制定合理的开采与爆破方案、避免滑坡灾害奠定基础。

方法与步骤：

第一步，在露天矿边坡或边坡附近打炮眼、装药爆破，观测边坡物质的变化，如图5所示；

第二步，确定滑坡面、滑坡角、滑坡质量，观测滑坡位移、滑坡体受作用时间；

第三步，计算滑坡体接受的各种驱动作用量和驱动作用合量；

第四步，计算滑坡体在爆破前后的虚度和实度，然后计算爆破前后虚实度的变化率；

第五步，计算滑坡体的极限抗滑强度；

第六步，给出放炮装药量的极限数值；

第七步，根据工程地质资料和采矿设计计算预测可能出现滑坡灾害的时间、位置和强度，给出防范措施；

综上所述，无论控制滑坡事故发生的主动作用有多少，无论边坡物质和空间环境是什么状态，无论边坡物质自身的结构构造如何，无论边坡物质的裂隙、孔隙怎样发育，滑坡事故的孕育、发展与发生过程都遵守作用与变化之间的统一规律和统一方程，都遵守滑坡运行方程所揭示的规律。由此规定，滑坡预测的工作方法、内容与步骤都是相同的，都是由滑坡规律确定的。一句话，在意识上必须清楚，爆破对滑坡体产生的是一种加载作用量，加载作用与滑坡之间存在直接关系函数。爆破与露天矿滑坡之间的关系是露天矿滑坡预测与防治的基础，而爆破与露天矿滑坡关系研究的核心任务是搞清楚爆破作用给露天矿滑坡增加多大动力及其与滑坡之间的定量关系式，并在此基础上给出露天矿边坡的最大抗滑力和边坡物质的性质及其变化规律，进而预测滑坡的可能性，给出避免滑坡、防治滑坡的合理方案。

概括来说，滑坡预测工作有三项基本任务：①滑坡观测；②数据分析；③计算滑坡预测成果数据、设计滑坡事故免除、防范与防治措施。

滑坡观测必须获取的数据(必要数据)是：各种主动作用量或各种主动作用力数据(或获取计算驱动作用量所必要的其它物理量，如降雨量、爆破装药量、炮孔位置等)及其与时间之间的关系函数、滑坡质量、边坡角、滑坡位移、速度、加速度、对应的时间。其它不需要观测，如爆破造成的震动速度、幅度、频率、震动加速度不需要观测，因为滑坡预测不需要这些物理量。

数据分析的目标是：获得表征边坡物质滑坡难易程度的客观数据，并在获得充足数据后计算合理的开采方案，选择最合理的边坡角、台阶标准、爆破装药量和爆破布局，预测可能发生滑坡事故的时间、位置和强度，以便及时处理。

滑坡预测成果数据包括虚度和实度及其变化率、极限抗滑力及其变化率、可能出现滑坡的时间、地点、强度，还包括免除、防治滑坡的相关数据。在获得这些成果数据基础上提交研究报告。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：基于作用学理论研究，即贯穿在自然发展演化整个过程中的最基本规律是作用的对立统一定量规律，其数学表达式为：

式中，A叫作用量，A＝Ft，F叫作用力，t叫作用时间；A_F叫虚作用量，A_F＝F_Ft，F_F叫虚作用力；A_T叫实作用量，A_T＝F_Tt，F_T叫实作用力；E叫虚度；T叫实度；T₀和T_t分别叫做初始实度和终止实度；E₀和E_t分别叫做初始虚度和终止虚度；α和β分别叫做实度变化率和虚度变化率。这种定量关系规律将引导我们正确认识和解决露天矿滑坡问题。

打破了传统滑坡理论中存在的不科学观念，建立了作用学滑坡运动新理论，给出了滑坡与爆破及其它作用与滑坡之间的定量关系函数，进一步完成了滑坡预测科学研究史上的突破。根据滑坡与爆破之间的关系式，本发明建立了更客观的滑坡预测理论与方法，使露天矿滑坡实验、观测与分析计算真正做到了科学化、系统化、理论化、实用化。本发明明确了滑坡预测工作中的主要任务是什么，消除了过去那些滑坡预测中的不必要的劳动，节省了人力、财力和物力，使滑坡预测工作科学、省力——方法简便，方便实用，且准确可靠。

附图说明

图1为露天矿边坡地层性质探测工程示意图；

图2为爆破点与滑坡体关系示意图；

图3为爆破对滑坡体产生的作用量与其它作用量的合成示意图；

图4为滑坡体外爆破与其它作用关系示意图；

图5为爆破试验示意图；

图6为露天矿滑坡预测方法与步骤的程序图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一、通过实验测定单位炸药在炮孔中爆炸后对地层产生的垂直向下的冲击作用量(动量)最大值。

二、现场观测控制滑坡的各种作用量或用于计算作用量的相关数据(如装药量、单位炸药产生的作用量、降雨量、矿坑补给水流量)，各种受作用面积、同时观测滑坡质量(或可能出现的滑坡质量)、滑坡角、滑坡位移。在滑坡前，通透的滑面常常是不存在的，相应的滑坡位移也是不存在的，但局部变形或下沉现象会存在。所以，在滑坡位移产生前，可以观测局部变形量(局部下沉量、局部裂隙长度等数据)。局部下沉或局部变形可用于研究滑坡性质研究的参考数据。

三、分析计算作用量、虚作用量、实作用量、虚度、实度、虚度变化率(或实度变化率)、在爆破加载作用前后的虚实度及其变化率、在断续爆破中的虚实度及其变化率。

四、计算可能出现滑坡灾害的时间，对滑坡灾害进行定量预测。

五、编制滑坡灾害免除、防治报告。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种露天矿滑坡预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

一、露天矿滑坡基本方程的建立和工作方向、目标和工作内容与任务的确立；根据作用学，滑坡运动与其控制因素之间的关系可用如下方程式表述：

式中，m表示滑坡体的质量；A表示驱动滑坡体运动的主动作用量；E表示滑坡体的可滑程度，即活动性指数，也叫虚度；T表示滑坡体的不可滑程度，即稳定性指数，也叫实度；θ表示滑坡角，即滑面倾角；t表示滑坡体存在的时间，即滑坡现象孕育、发展、发生时间；其中，A＝Ft，F表示驱动滑坡体运动的主动作用力；

二、测量控制露天矿滑坡的作用量；包括滑坡体的初动量A₀＝mv₀、重力产生的作用量A₁＝mgt、爆破产生的作用量A₂＝m_zI₀；式中，m表示滑坡质量，v₀表示滑坡初速度，A₀表示因滑坡质量运动而构成的滑坡驱动作用量，等于滑坡体的动量，m_z表示爆破所用炸药的质量，I₀表示单位质量炸药产生的最大动量；

三、确定露天矿边坡的虚度与作用之间的关系；

A、露天矿边坡物质可滑性指数与作用量之间的一般关系规律，根据作用学得出虚度与作用量和虚作用量之间的一般关系式为

即边坡物质的虚度为

边坡物质的实度为

式中，M表示滑体的质量，a表示滑动加速度，实度等同于抗滑动指数；

B、确定露天矿边坡虚度变化和实度变化的一般规律，虚度变化率与实度变化率之间的关系式是一种对立统一关系，即α+β＝0或α＝-β；α表示边坡实度变化率，β表示边坡虚度变化率；

四、露天矿边坡虚度和实度变化率的测试方法；

A、测定边坡在特定作用强度条件下的虚度和实度变化规律，B、测定边坡在不同作用强度条件下的虚度和实度变化规律，C、对不同性质的边坡地层性质及其变化率进行测试研究；

五、露天矿爆破与滑坡之间关系的作用学研究方法包括，

A、爆破与滑坡之间的一般关系规律，及露天矿爆破与露天矿滑坡之间的关系方程，即

(1)作用于滑体上的爆破作用量A₂与露天矿滑坡之间的关系方程为

(2)不在滑坡体上的爆破作用与滑坡之间的关系方程为

式中，l表示滑坡现象的位移距离，

表示爆破产生的爆炸冲击作用合量A₂与其对滑坡体构成作用的作用分量A′₂之间的夹角；

B、露天矿爆破与滑坡关系测量方法包括，

(1)在露天矿边坡或边坡附近打炮眼、装药爆破，观测边坡物质的变化；

(2)确定滑坡面、滑坡角、滑坡质量，观测滑坡位移、滑坡体受作用时间；

(3)计算滑坡体接受的各种驱动作用量和驱动作用合量；

(4)计算滑坡体在爆破前后的虚度和实度，然后计算爆破前后虚实度的变化率；

(5)计算滑坡体的极限抗滑强度；

(6)给出放炮装药量的极限数值；

(7)根据工程地质资料和采矿设计计算预测可能出现滑坡灾害的时间、位置和强度，给出防范措施。

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