CN114809038A - 一种露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法 - Google Patents

一种露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法，首先将边坡滑体划分为两个区域，测量并计算位于下部区域的滑面底界面的长度和重量；然后确定锚索安装角度，并计算锚固力垂直弱层方向和沿着弱层方向的分力；接着利用两个方向上的分力计算锚固力使底界面的黏聚力、内摩擦系数增加的值，从而计算出锚索加固后底界面的等效黏聚力和等效内摩擦角；最后将等效黏聚力和等效内摩擦角带入剩余推力法中，得到锚索加固边坡稳定性系数。本发明的方法将莫尔库伦强度准则与剩余推力法相结合使用，准确快速的计算出锚索加固边坡稳定性系数，克服了现有方法计算锚索加固边坡稳定性系数流程繁琐、操作复杂等的不足。

Description

一种露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法
技术领域
本发明涉及露天开采技术领域，尤其涉及一种露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法。
背景技术
滑坡是露天矿最为常见的地质灾害，预应力锚索加固是滑坡防治的重要措施之一。岩土工程界的专家与学者应用不同的理论及方法着力于研究预应力锚索的加固作用和机制，部分学者采用数值模拟手段分析了锚索加固边坡稳定性，但受岩土体变形参数不确定性的影响，该手段难以在工程中推广。因此，迫切需要寻求一种露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法，填补边坡稳定性分析方法和滑坡防治方面的不足。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法，包括如下步骤：
步骤1：以边坡滑面的侧界面与弱层底界面的交点A为基准将边坡划分为两个区域，具体过程如下：
步骤1.1：采用刚体极限平衡法，确定边坡滑面的侧界面与弱层底界面的交点A；
步骤1.2：以A点向上作垂线与边坡线交于点B，AB线将滑体划分为两个区域。
步骤2：测量两个区域中位于下部区域的滑面底界面的长度L；
步骤3：计算两个区域中位于下部区域的滑体的重量W；
具体的计算公式如下：
Figure BDA0003663986200000011
其中，
Figure BDA0003663986200000012
为下部滑体的加权容重，α为弱层的倾角，φ为边坡角。
步骤4：确定锚索安装角度ω；
进一步的，所述确定锚索安装角度ω的参数包括：弱层倾角α、内摩擦角
Figure BDA0003663986200000013
和单位抗滑力。
步骤5：分别计算锚固力垂直弱层方向和沿着弱层方向的分力，具体过程如下：
计算锚固力垂直弱层方向的分力P1：P1＝Psin(ω+α)；
计算锚固力沿着弱层方向的分力P2＝Pcos(ω+α)；
其中，P为锚索的锚固力。
步骤6：根据莫尔库伦强度准则计算锚固力使底界面的黏聚力、内摩擦系数增加的值，具体过程如下：
步骤6.1：计算锚固力使得底界面黏聚力增加的值：
Figure BDA0003663986200000021
步骤6.2：计算锚固力使得内摩擦系数增加的值：
Figure BDA0003663986200000022
其中，P1为锚索的锚固力垂直弱层方向的分力，P2为锚索的锚固力沿着弱层方向的分力。
步骤7：计算锚索加固后底界面的等效黏聚力cd和等效内摩擦角
Figure BDA0003663986200000023
将等效黏聚力cd和等效内摩擦角
Figure BDA0003663986200000024
带入剩余推力法中，得到锚索加固边坡稳定性系数。
进一步的，所述锚索加固后底界面的等效黏聚力cd的计算方法如下：
Figure BDA0003663986200000025
其中，c为弱层的黏聚力，P2为锚索的锚固力沿着弱层方向的分力。
进一步的，所述锚索加固后底界面的等效内摩擦角
Figure BDA0003663986200000026
的计算方法如下：
Figure BDA0003663986200000027
其中，P1为锚索的锚固力垂直弱层方向的分力。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的方法是基于莫尔库伦强度准则，将锚固力垂直弱层方向的分力与沿着弱层方向的分力等效为弱层底界面的黏聚力与内摩擦角，再与成熟的剩余推力法相结合，能够准确快速的计算出锚索加固边坡稳定性系数。本方法克服了现有方法计算锚索加固边坡稳定性系数流程繁琐、操作复杂等的不足，同时能够为确定锚索数量提供理论支撑。
附图说明
图1为本发明实施例中露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法的流程图；
图2为本发明实施例中边坡的滑面形态位置及区域划分的示意图；
图3为本发明实施例中锚固力为20000kN时计算的边坡稳定性系数结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例中。某露天煤矿最终开采深度为240m，最终开采煤层为4煤，设计边坡角为17°。边坡体岩层自下至上分别为4煤、泥岩、3煤、泥岩和第四系，在4煤底板处赋存弱层，其倾角约为5°，弱层的主要矿物成分为蒙脱石，具有遇水崩解的特性。露天矿设计的锚索锚固力为20000kN。根据以往的研究成果，确定的岩土体物理力学参数如表1所示。
表1岩土体力学计算指标表
Figure BDA0003663986200000031
如图1所示，本实施例中露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法如下所述。
步骤1：以边坡滑面的侧界面与弱层底界面的交点A为基准将边坡划分为两个区域，具体过程如下：
步骤1.1：采用刚体极限平衡法，确定边坡滑面的侧界面与弱层底界面的交点A；
步骤1.2：以A点向上作垂线与边坡线交于点B，AB线将滑体划分为两个区域。
本实施例中，AB线将滑体划分为2个区域，如图2所示。
步骤2：测量两个区域中位于下部区域的滑面底界面的长度L；
本实施例中，测量两个区域中位于下部区域的滑面底界面的长度L＝635.21m，如图2所示。
步骤3：计算两个区域中位于下部区域的滑体的重量W；
具体的计算公式如下：
Figure BDA0003663986200000032
其中，
Figure BDA0003663986200000033
为下部滑体的加权容重，α为弱层的倾角，φ为边坡角。
本实施例中，计算两个区域中位于下部区域的滑体的重量：
W＝16.20×(635.21cos5°)2·(tan17°-tan5°)/2＝708839kN
步骤4：确定锚索安装角度ω；
进一步的，所述确定锚索安装角度ω的参数包括：弱层倾角α、内摩擦角
Figure BDA0003663986200000034
和单位抗滑力。
本实施例中，确定的锚索安装角度ω＝25°。
步骤5：分别计算锚固力垂直弱层方向和沿着弱层方向的分力，具体过程如下：
计算锚固力垂直弱层方向的分力P1：P1＝Psin(ω+α)；
计算锚固力沿着弱层方向的分力P2＝Pcos(ω+α)；
其中，P为锚索的锚固力。
本实施例中，锚索锚固力为P＝20000kN，计算锚固力垂直弱层方向的分力P1＝Psin(ω+α)＝10000kN，锚固力沿着弱层方向的分力P2＝Pcos(ω+α)＝17320.50kN，如图3所示。
步骤6：根据莫尔库伦强度准则计算锚固力使底界面的黏聚力、内摩擦系数增加的值，具体过程如下：
步骤6.1：计算锚固力使得底界面黏聚力增加的值：
Figure BDA0003663986200000041
步骤6.2：计算锚固力使得内摩擦系数增加的值：
Figure BDA0003663986200000042
本实施例中，计算锚固力使得底界面黏聚力增加的值
Figure BDA0003663986200000043
计算锚固力使得内摩擦系数增加的值
Figure BDA0003663986200000044
步骤7：计算锚索加固后底界面的等效黏聚力cd和等效内摩擦角
Figure BDA0003663986200000045
将等效黏聚力cd和等效内摩擦角
Figure BDA0003663986200000046
带入剩余推力法中，得到锚索加固边坡稳定性系数。
进一步的，所述锚索加固后底界面的等效黏聚力cd的计算方法如下：
Figure BDA0003663986200000047
其中，c为弱层的黏聚力，P2为锚索的锚固力沿着弱层方向的分力。
进一步的，所述锚索加固后底界面的等效内摩擦角
Figure BDA00036639862000000411
的计算方法如下：
Figure BDA0003663986200000048
其中，P1为锚索的锚固力垂直弱层方向的分力。
本实施例中，得到锚索加固后底界面的等效黏聚力
Figure BDA0003663986200000049
得到锚索加固后底界面的等效内摩擦角
Figure BDA00036639862000000410
再将锚索加固后底界面的等效黏聚力cd，等效内摩擦角
Figure BDA00036639862000000412
带入剩余推力法中，即可计算锚索加固边坡稳定性系数为0.987，从而确定了在锚固力为20000kN，锚索安装角度ω＝25°时，锚索加固边坡稳定性系数。本发明的方法克服了现有方法计算锚索加固边坡稳定性系数流程繁琐、操作复杂等的不足，同时能够为确定锚索数量提供理论支撑。

Claims (8)

1.一种露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：以边坡滑面的侧界面与弱层底界面的交点A为基准将边坡划分为两个区域；
步骤2：测量两个区域中位于下部区域的滑面底界面的长度L；
步骤3：计算两个区域中位于下部区域的滑体的重量W；
步骤4：确定锚索安装角度ω；
步骤5：分别计算锚固力垂直弱层方向和沿着弱层方向的分力；
步骤6：根据莫尔库伦强度准则计算锚固力使底界面的黏聚力、内摩擦系数增加的值；
步骤7：计算锚索加固后底界面的等效黏聚力cd和等效内摩擦角
Figure FDA0003663986190000011
将等效黏聚力cd和等效内摩擦角
Figure FDA0003663986190000012
带入剩余推力法中，得到锚索加固边坡稳定性系数。
2.根据权利要求1所述的露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法，其特征在于，所述步骤1的过程如下：
步骤1.1：采用刚体极限平衡法，确定边坡滑面的侧界面与弱层底界面的交点A；
步骤1.2：以A点向上作垂线与边坡线交于点B，AB线将滑体划分为两个区域。
3.根据权利要求1所述的露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程如下：
计算两个区域中位于下部区域的滑体的重量公式如下：
Figure FDA0003663986190000013
其中，
Figure FDA0003663986190000014
为下部滑体的加权容重，α为弱层的倾角，φ为边坡角。
4.根据权利要求1所述的露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法，其特征在于，所述确定锚索安装角度ω的参数包括：弱层倾角α、内摩擦角
Figure FDA0003663986190000015
和单位抗滑力。
5.根据权利要求1所述的露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法，其特征在于，所述步骤5的具体过程如下：
计算锚固力垂直弱层方向的分力P1：P1＝Psin(ω+α)；
计算锚固力沿着弱层方向的分力P2＝Pcos(ω+α)；
其中，P为锚索的锚固力。
6.根据权利要求1所述的露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法，其特征在于，所述步骤6的具体过程如下：
步骤6.1：计算锚固力使得底界面黏聚力增加的值：
Figure FDA0003663986190000016
步骤6.2：计算锚固力使得内摩擦系数增加的值：
Figure FDA0003663986190000021
其中，P1为锚索的锚固力垂直弱层方向的分力，P2为锚索的锚固力沿着弱层方向的分力。
7.根据权利要求1所述的露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法，其特征在于，所述锚索加固后底界面的等效黏聚力cd的计算方法如下：
Figure FDA0003663986190000022
其中，c为弱层的黏聚力，P2为锚索的锚固力沿着弱层方向的分力。
8.根据权利要求1所述的露天矿锚索加固边坡稳定性确定方法，其特征在于，所述锚索加固后底界面的等效内摩擦角
Figure FDA0003663986190000023
的计算方法如下：
Figure FDA0003663986190000024
其中，P1为锚索的锚固力垂直弱层方向的分力。
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