一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法技术
【技术实现步骤摘要】
一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法
本专利技术涉及采矿安全工程
，尤其涉及一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法。
技术介绍
目前，随着高寒高海拔高陡矿开采深度的加深和开采范围的扩大，加上复杂的工程地质条件、水文地质条件及井工采动的影响，必然引起边坡的位移，位移的大小直接反映了边坡的稳定程度。高寒高海拔高陡矿边坡在其服务年限内的稳定性，一直是矿业生产部门及科技人员最为关心的课题。因为它不仅直接关系到作业人员及设备的安全，同时也影响着生产的顺利进行。由于影响边坡稳定性的因素十分复杂，通常需要根据边坡演化过程中的各种信息和条件，如岩性条件、岩体结构、水文地质条件、边坡形态、地震和爆破等，所以如何及时、全面研究分析它们的变化，判定边坡失稳破坏的可能、时间及可能发生失稳破坏的空间位置，进行有针对性的研究，保证人机安全，因此，有必要建立全面的稳定性判断标准。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法，其具有能对边坡的岩性条件、岩体结构、水文地质条件、边坡形态、地震和爆破参数及边坡稳定性等进行分析，从而建立全面的稳定性判断标准的特点。为实现...
【技术保护点】
一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法，其特征在于：包括现场工程地质水文地质调查、工程地质岩体质量评价及岩体力学参数确定、边坡稳定性分析以及防治对策，所述现场工程地质水文地质调查包括：一、工程地质水文地质补充勘察，一是对地层岩性进行定名及层组划分，了解岩石的破碎情况及层间软弱夹层的性质和位置；二是采取室内岩石物理力学试验样品；二、工程地质水文地质编录包括：1、钻孔岩芯工程地质编录划分工程地质岩组和获取岩石质量指标，描述岩石节理、裂隙发育程度、充填物、粗糙度；2、钻孔水文地质编录研究地层的岩性、裂隙发育规律、含水层的透水性和富水性，为确定含水层的厚度、空间分布提供依据；三、钻孔...
【技术特征摘要】
1.一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法，其特征在于：包括现场工程地质水文地质调查、工程地质岩体质量评价及岩体力学参数确定、边坡稳定性分析以及防治对策，所述现场工程地质水文地质调查包括：一、工程地质水文地质补充勘察，一是对地层岩性进行定名及层组划分，了解岩石的破碎情况及层间软弱夹层的性质和位置；二是采取室内岩石物理力学试验样品；二、工程地质水文地质编录包括：1、钻孔岩芯工程地质编录划分工程地质岩组和获取岩石质量指标，描述岩石节理、裂隙发育程度、充填物、粗糙度；2、钻孔水文地质编录研究地层的岩性、裂隙发育规律、含水层的透水性和富水性，为确定含水层的厚度、空间分布提供依据；三、钻孔摄像声波测试及成果整理，获取钻孔中岩体动力参数，评价边坡的稳定性，确定岩体风化带、构造破碎带、裂隙密集带等的位置、厚度，评价岩体的完整性和强度；四、岩石强度点荷载试验及取样，按现场实际钻取的岩性，根据不同位置的钻孔岩性，在现场进行了岩石的点载荷试验及取样；所述工程地质岩体质量评价及岩体力学参数确定包括：一、室内岩石力学试验，在实验室制成标准试样后，进行高寒高海拔高陡的岩石物理力学参数的试验；二、工程地质岩体质量评价，岩体质量评价的基本方法为岩体分级，岩体分级评价方法有：RQD值分级法、岩体基本质量等级分类表格法、岩体基本质量等级BQ法、CSMR边坡岩体质量分类法、节理岩体的CSIR分级法、Q系统分级法、GSI分类法；三、试验参数的工程处理，通过费辛柯法、格吉(Georgi)法、经验折减法、岩体内摩擦角换算法、GSI方法来对岩石参数进行计算；所述边坡稳定性分析包括以下步骤：a、影响因素的敏感性分析，影响边坡稳定性的因素有很多，根据高寒高海拔高陡的具体情况，分析考虑了以下5种因素：(a)边坡高度(H)；(b)粘结力(c)；(c)内摩擦角(φ)；(d)边坡角(α)；(e)岩体容重(γ)；按高寒高海拔高陡的赋存条件、采矿工艺、室内岩石力学试验等，在理论和实践分析的基础上把5个影响因素的各水平值控制在适当范围内，试验中每个因素取5个水平。各因素在不同水平的值，若按一固定增加或减少顺序以一定步长变化，做试验时易产生系统的顺序偏差，为克服这种偏差，在取值范围内，部分影响因素采用随机序列构造试验的水平取值，边坡安全系数的计算公式：根据计算大小排序，得出影响因素顺序；b、赤平投影定性分析，根据结构面与坡面的组合关系，对边坡的稳定性进行初步的定性分析，即判断边坡的危险结构面组合；根据高寒高海拔高陡实际边坡进行分区结果，可以分成多个不同的区域；根据钻孔成像测试成果的统计分析，将优势产状和分区区域边坡面的产状分别作出相应的赤平投影图，以便得到不同工程地质分区边坡面与岩体结构面的组合关系，分析不同岩体结构面对各分区边坡稳定性的影响；c、边坡破坏模式分析，边坡稳定性分析时，判定边坡破坏模式主要是考虑岩性、岩体结构面类型、优势结构面产状和边坡结构参数等因素及其关系，对岩质边坡主要依据是岩体结构与边坡的组合关系，主要遵循以下原则：(1)根据已有的工程地质水文地质资料，尽量找出“确定面”或“特征面”，即为坡体内不连续面或软弱夹层、破碎带、岩层控制面等相互连通、与边坡临空面构成的形状、位置、大小都已确定的潜在剪切面，这类潜在剪切面主要受控于工程地质和力学特征；(2)按节理裂隙组数、产状或岩体强度来考虑边坡破坏模式，有下列条件之一者，均可判定为圆弧型破坏模式：①均匀松散介质、冲积层、大型岩层破碎带；②有三组或多组产状各异的软弱结构面存在，且不与边坡面同向；③强风化碎裂结构的岩体；④某些强度很低的岩石边坡；(3)采用先进的数值模拟分析技术，根据边坡体内最大剪应变和剪切破坏区的发展状况与趋势，来确定或验证边坡体的滑动模式；d、极限平衡与可靠性分析，其中极限平衡分析包括以下步骤：(1)分析剖面，根据边坡工程地质分区、补勘钻孔及其它钻孔的布置情况，对高寒高海拔高寒高海拔高陡边坡的剖面进行极限平衡分析，分析剖面主要是依据高寒高海拔高陡境界终了图、补勘钻孔编录成果，且在原有地质剖面上切取而成，(2)坡体受力计算分析，极限平衡分析考虑三种受力情况：I：自重状况；II：自重+地震状况；III：自重+地下水稳定渗流场状况；(3)边坡稳定性分析步骤与合理边坡角的确定(a)采用极限平衡法分析方法进行稳定性分析计算，极限平衡法分析方法主要有：瑞典条分法(或Fellenius法)、简化Bishop法、Janbu简化法和Spencer法；因为简化Bishop法分析精度高且计算速度快，最能反映边坡稳定性的实际状态，故此次将Bishop法作为稳定性分析计算的主要方法；(b)每个剖面先进行三种受力情况及不同边坡角的整体稳定性分析，找到各工程地质分区临界稳定状态的最小边坡角，分析采取一面坡的形式；(c)根据不同工程地质分区各剖面的分析结果，确定各分区的合理边坡角；e、边坡台阶的平面破坏分析包括以下步骤：(1)倾角换算从赤平投影分析结果来看，边坡岩体内优势结构面的走向均与边坡面的走向斜交，故在进行边坡平面破坏分析时，需要将优势结构面的真倾角投影到边坡面的倾向方向上，结构面在坡面倾向方向上的倾角换算公式为：tgβf＝tgβ′f·cos(αi-αf)(2)边坡平面破坏初步判断(3)边坡平面破坏的分析以安全系数为指标进行边坡平面破坏的定量分析，安全系数的计算采用极限平衡的原理，分两种情况进行计算：坡顶或坡面是否存在张裂缝：无张裂缝时，安全系数计算公式为：有张裂缝时，安全系数计算公式为：f、基于强度折减的二维有限元模拟分析，包括以下步骤：1、二维有限元分析的基础(1)二维有限元的基本思路有限元是根据物理的近似，用网格将连续体划分成有限数目的单元体，这些单元体之间在结点处互相铰接，形成离散结构，用这些离散结构来代替原来的连续体结构，在满足相邻单元间变形的相容条件、作用于单元上的力的平衡条件、各单元的位移与单元材料的力学性质相对应这三个条件的情况下，将荷载移置作用于离散结构的结点上，成为结点荷载，其应力应变关系为：{σ}＝[D]{ε}由虚位移原理和应力应变关系，可建立结点荷载与结点位移之间的关系，即用位移表示的结点平衡方程组：[K]{δ}＝{R}[K]＝∑[Ke]解方程组可得到位移场，进而可推出应变{ε}和应力{σ}的分布，这就是有限元的基本思路，它实际上是微分方程的一种数值解法；(2)弹塑性屈服准则根据高寒高海拔高陡边坡岩石的特征，采用摩尔—库仑屈服准则，其表达式如下：式中：为内摩擦角；c为粘结力；I1＝(σ1+σ2+σ3)＝3σmsx＝σx-σm，sy＝σy-σm，sz＝σz-σm(3)弹塑性应力应变关系介质整体的弹塑性应力应变关系为：d{σ}＝[D]epd{ε}式中[D]ep为弹塑性矩阵；H'为硬化系数，对于理想弹塑性分析，H'＝0；为屈服函数对应力分量的偏导数向量，可表示为：2、强度折减法基本原理强度折减系数法的基本原理是将边坡强度参数：粘结力和摩擦角的值同时除以一个折减系数，得到一组新的值，然后作为新的资料参数输入，再进行试算，当计算不收敛时，对应的值被称作坡体的最小稳定安全系数，此时边坡达到极限状态，发生剪切破坏，同时可得到边坡的破坏滑动面，表达式如下：3、二维弹塑性有限元分析(1)岩体力学参数(2)计算模型与分析根据高寒高海拔高陡边坡的工程地质特征、边坡稳定性的极限平衡与可靠性分析结果，选取具有典型意义的能反映边坡稳定性的剖面作为分析剖面，其边坡角根据实际情况定，并分别建立了对应得多个有限元分析模型，进行平面应变分析，主要分析极限平衡与可靠性分析结果中稳定的最陡边坡在自重应力场作用下的稳定性状况；模型边界条件为：坡面为自由面，边坡两侧端面水平方向固定，底部垂直方向固定，原岩应力场为自重应力场；g、边坡冻融影响分析，包括以下步骤：1、冻融边坡滑动模式分析冻土划分为以流动、滑动和崩塌为主的土体运动三类，后演变有蠕变型斜坡、以及兼有滑动和坍塌两种变形的滑塌型斜坡失稳现象，其发育按地貌可以划分为冰缘碎屑的流动、滑动及普通冻土区的热融滑塌，而冻土斜坡失稳可以分为正冻土滑坡和正融土滑坡两种类型，正融土滑坡包括融冻泥流、热融滑塌两种类型；正冻土滑坡包括蠕变强滑坡和崩塌型滑坡两种类型；在正冻滑坡中，冻结滞水型滑坡是寒区边坡滑坡的独特的类型，正融滑坡也分为两种类型：融冻泥流和热融滑塌，而对于冻融滑...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹彦波，
申请(专利权)人：长沙矿山研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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