CN108665146A - 大型露天矿山边坡稳定性评价精度确定方法 - Google Patents

Abstract

一种大型露天矿山边坡稳定性评价精度确定方法，将计算模型、潜在滑移面抗剪强度参数，输入边坡稳定性计算软件Slide软件中，计算边坡的稳定系数k₀和设计安全系数为F_s0；不消除随机误差δ_r的设计安全系数F_si，边坡稳定系数与设计安全系数满足比例关系；根据所获得的准确的边坡稳定系数k₀、安全系数F_s0，结合通过边坡稳定性计算得到的实际结果k_i，即求解随机误差δ_r；若已知几何误差δ_1g、计算误差δ_1c中任意项的大小计算剩余的误差项；根据已知给定的系统误差δ_s，结合随机误差δ_r计算得边坡稳定性分析的总误差，得到大型露天矿山边坡稳定性评价精度。本发明有效定量确定了大型露天矿山边坡稳定性评价精度。

Description

大型露天矿山边坡稳定性评价精度确定方法

技术领域

本发明涉及一种大型露天矿山边坡稳定性评价精度确定方法，特别的是本发明构建了边坡稳定性系数误差与评价精度的关系，为大型露天矿山边坡稳定性评价结果的可靠性提供了一种定量化判断方法，本发明属于工程技术领域。

背景技术

边坡是露天矿山最主要的结构要素。由于开采活动贯穿于矿山服务期的始终，露天矿山边坡一直处于被不断开挖的动态变化过程中。随着矿业的发展和露天开采深度的加大，大型露天矿山边坡的稳定性已成为直接关系到矿山安全生产与发展的重大问题。

露天矿山边坡稳定性评价与公路、铁路、建筑、水利等工程边坡相比，具有鲜明的特色和复杂性。首先，公路、铁路、建筑、水利等工程涉及到的边坡稳定性评价对象通常是具有可选择性的，人们可通过绕避改线方式选择工程地质条件相对优越的地段开挖边坡。矿山生产只能在既定的工程地质条件下进行开挖和施工，其目的是为了开采赋存于特定的地质环境或地质结构之中的地下矿产资源，所以露天矿山没有这种对象的选择性。因此，矿山边坡工程地质条件一般远比其他工程边坡复杂多变。其次，大型露天矿山按构成要素与规模大小可划分为总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡3个层次，需分别评价它们的整体稳定性和局部稳定性。对于公路、铁路、建筑、水利等边坡工程而言，边坡稳定性评价对象一般不存在这么多层次，通常只需要保证边坡总体稳定即可。露天矿山边坡的结构性导致了其稳定性评价 的复杂性。第三，安全性与经济性是边坡工程中的一对矛盾统一体，不同类型的边坡，对经济性和安全性要求的侧重不同。水利、公路、铁路等工程边坡更注重边坡的安全性，尤其是大型或特大型工程，往往是百年大计或千年大计，确保安全是重中之重，从保证工程安全的角度，较高的工程资金投入是可以接受的，通常的做法是取更高的设计安全系数来预留足够大的安全储备，对此类工程边坡而言，边坡稳定性计算的精度显得不那么重要。采矿是一项经济活动，经济性显得更加重要，与其他工程边坡相比，矿山边坡更加注重经济性和安全性的平衡，并由此提出了最优边坡角的概念，每一种边坡角都包含两项资金投入，剥离废石的投入和维护边坡的投入，曲线1表示剥石费随边坡角增大而下降，曲线2表示边坡维护费随边坡角增大而上升，两项费用投入之和最小所对应的边坡角为最优边坡角，大致在两条曲线的交点附近。矿山边坡工程安全与稳定只需要满足安全采出矿产资源，只要求边坡在生产服务期内稳定即可，即边坡在开采服务期内确保边坡“安全使用”的前提下，实现边坡工程的最大经济效益和社会效益。在大多数的情况下，开采结束后，边坡仍处于稳定状态并非最佳方案，而是在即将闭坑的较短时间内边坡处于临界稳定状态或发生渐近破坏，才是最佳设计结果。第四，水利、公路、铁路等工程边坡都需要在未开挖前开展工程地质勘察、岩体结构面几何特征调查和物理力学参数获取，这些工程与尚未开采的矿山一样，由于地表工程地质调查条件的局限性、物探资料的多解性和勘探成果的零散性，工程地质勘察所获取的边坡稳定性计算所需的几何建模和参数取值存在诸多不确定性，直接影响边坡稳定性计算的精度，边坡稳定性评价可靠性相对较低，在边坡工程设计时，预留较高安全储备不但是可以接受的，而且是必 须的。露天矿山开采是最完整的工程地质勘探工程，全面、系统、完整地揭露了矿山边坡的工程地质信息，完全有条件开展详细的工程地质现场调查和精细的工程地质描述，完全有可能高精度地建立边坡稳定性评价计算模型、定准物理力学参数取值对象和精细获取边坡稳定性计算参数，实现更高精度的边坡稳定性计算和更加可靠的边坡稳定性评价，更精确地确定边坡设计安全系数，设计最优边坡角。

基于大型露天矿山边坡的自身特点，以及日益突出的边坡安全和经济效益之间的矛盾，露天矿开采应该重视边坡稳定性评价精度的研究，解决好经济性和安全性这一对矛盾，以获得最佳的综合效益。

发明内容

为了克服现有方法无法准确衡量边坡稳定性评价精度的不足，本发明提供一种大型露天矿山边坡稳定性评价精度确定方法，为大型露天矿山边坡稳定性评价结果的可靠性判断提供了一种定量化的解决方案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大型露天矿山边坡稳定性评价精度确定方法，包括以下步骤：

(1)选定典型露天矿山边坡作为研究对象，开展细致的工程地质现场调查与相关资料的收集整理工作；

(2)选择用于边坡稳定性评价的方法，结合实际工况条件，计算该工况条件下研究对象的稳定系数k_i，此时存在随机误差δ_r，即δ_r≠0；

(3)基于边坡稳定性分级分析与岩体结构面抗剪强度参数精细取值，消除随机误差δ_r，即δ_r＝0；采用相同的边坡稳定性 评价的方法计算得到该工况条件下研究对象的稳定系数k₀；

(4)结合实际工况条件、步骤(3)确定的计算模型、步骤(4)确定的潜在滑移面抗剪强度参数，计算该工况条件下边坡的稳定系数k₀，此时所对应的设计安全系数为F_s0；

(5)随机误差δr由几何误差δ1_g、计算误差δ1c两部分构成；不消除随机误差δ_r的设计安全系数F_si，通过下式计算：

F_si＝1+δ_r＝1+δ_1g+δ_1c (1)

(6)边坡稳定系数与设计安全系数满足以下比例关系：

(6)根据所获得的准确的边坡稳定系数k₀、安全系数F_s0，结合通过边坡稳定性计算得到的实际结果k_i，即求解随机误差δ_r；若已知几何误差δ_1g、计算误差δ_1c中任意项的大小计算剩余的误差项；

(7)根据已知给定的系统误差δ_s，结合随机误差δ_r计算得边坡稳定性分析的总误差δ：

δ＝|δ_s|+|δ_r| (3)

(8)大型露天矿山边坡稳定性评价精度通过下式计算：

ε＝(1-δ)×100％ (4)。

本发明的有益效果主要表现在：有效定量确定了大型露天矿山边坡稳定性评价精度。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。

一种大型露天矿山边坡稳定性评价精度确定方法，包括以下步骤：

(1)选定典型露天矿山边坡作为研究对象，开展细致的工程地 质现场调查与相关资料的收集整理工作；

(2)选择用于边坡稳定性评价的方法，结合实际工况条件，计算该工况条件下研究对象的稳定系数k_i，此时存在随机误差δ_r，即δ_r≠0；

(3)基于边坡稳定性分级分析与岩体结构面抗剪强度参数精细取值，消除随机误差δ_r，即δ_r＝0；采用相同的边坡稳定性评价的方法计算得到该工况条件下研究对象的稳定系数k₀；

(4)结合实际工况条件、步骤(3)确定的计算模型、步骤(4)确定的潜在滑移面抗剪强度参数，计算该工况条件下边坡的稳定系数k₀，此时所对应的设计安全系数为F_s0；

(5)随机误差δ_r由几何误差δ_1g、计算误差δ1c两部分构成；不消除随机误差δ_r的设计安全系数F_si，通过下式计算：

F_si＝1+δ_r＝1+δ_1g+δ_1c (1)

(6)边坡稳定系数与设计安全系数满足以下比例关系：

(6)根据所获得的准确的边坡稳定系数k₀、安全系数F_s0，结合通过边坡稳定性计算得到的实际结果k_i，即求解随机误差δ_r；若已知几何误差δ_1g、计算误差δ_1c中任意项的大小计算剩余的误差项；

(7)根据已知给定的系统误差δ_s，结合随机误差δ_r计算得边坡稳定性分析的总误差δ：

δ＝|δ_s|+|δ_r| (3)

(8)大型露天矿山边坡稳定性评价精度通过下式计算：

ε＝(1-δ)×100％ (4)。

本实施例的大型露天矿山边坡稳定性评价精度确定方法，包括以下步骤：

(1)以某组合台阶边坡为例，采用Morgenstern-Price法对边坡稳定性进行计算。固定泵站地基开挖过程中，该组合台阶边坡发生了较大规模的滑塌，滑动面完全暴露，这为滑动面的精确测量提供了条件，基于智能全站仪对滑动面进行了精确测量。由于该计算模型是在分级建模基础上，经过野外现场精准测量边坡坡面形态和滑动面形态建立的，边坡静态随机误差中的几何误差δ_1g＝0。

(2)经过边坡岩体物理力学参数的精细取值，得到该组合台阶边坡稳定性分析所需的计算参数如下：滑体饱和容重为25.0kN/m³、滑移面上沿滑动方向测得的结构面粗糙度系数JRC为5.88、壁岩强度JCS为33.05MPa、残余摩擦角为26.54°、等效振动加速度系数为0.0392。由于取值过程中消除了各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应的影响，边坡静态随机误差中的计算误差δ_1c＝0。

(3)在饱和+自重+爆破振动工况下，对该组合台阶边坡进行几何分级建模(随机几何精度ε_1g＝100％)和计算参数精细取值(随机计算精度ε_1c＝100％)，计算得到稳定系数k₀＝1.15。

(4)传统分析方法不进行几何分级建模(随机几何精度ε_1g≠100％，随机几何误差δ_1g≠0)，只进行计算参数精细取值(随机计算精度ε_1c＝100％，随机计算误差δ_1c＝0)，该组合台阶边坡所对应的稳定系数k_i＝0.987。

(5)边坡稳定系数与设计安全系数满足以下比例关系

则有

因此，可得δ_1g＝7.09％。

(6)根据已知给定的系统误差δ_s为3.60％，结合随机误差δ_r＝δ_1g，计算可得边坡稳定性分析的总误差δ：

δ＝|δ_s|+|δ_r|＝10.69％

(7)传统方法在计算该边坡稳定系数时，边坡稳定性评价精度为：

ε＝(1-δ)×100％＝89.31％。

Claims (1)

1.一种大型露天矿山边坡稳定性评价精度确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)选定典型露天矿山边坡作为研究对象，开展细致的工程地质现场调查与相关资料的收集整理工作；

(2)选择用于边坡稳定性评价的方法，结合实际工况条件，计算该工况条件下研究对象的稳定系数k_i，此时存在随机误差δ_r，即δ_r≠0；

(3)基于边坡稳定性分级分析与岩体结构面抗剪强度参数精细取值，消除随机误差δ_r，即δ_r＝0；采用相同的边坡稳定性评价的方法计算得到该工况条件下研究对象的稳定系数k₀；

(4)结合实际工况条件、步骤(3)确定的计算模型、步骤(4)确定的潜在滑移面抗剪强度参数，计算该工况条件下边坡的稳定系数k₀，此时所对应的设计安全系数为F_s0；

(5)随机误差δ_r由几何误差δ_1g、计算误差δ_1c两部分构成；不消除随机误差δ_r的设计安全系数F_si，通过下式计算：

F_si＝1+δ_r＝1+δ_1g+δ_1c (1)

(6)边坡稳定系数与设计安全系数满足以下比例关系：

(6)根据所获得的准确的边坡稳定系数k₀、安全系数F_s0，结合通过边坡稳定性计算得到的实际结果k_i，即求解随机误差δ_r；若已知几何误差δ_1g、计算误差δ_1c中任意项的大小计算剩余的误差项；

(7)根据已知给定的系统误差δ_s，结合随机误差δ_r计算得边坡稳定性分析的总误差δ：

δ＝|δ_s|+|δ_r| (3)

(8)大型露天矿山边坡稳定性评价精度通过下式计算：

ε＝(1-δ)×100％ (4)。