一种边坡稳定性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种边坡稳定性分析方法，其特征在于，为了研究露天矿边坡稳定性，提出一种多属性露天矿边坡稳定性分析方法，该方法使用云模型处理数据的模糊性和离散性；用ANP处理指标之间的相互依赖性；用属性识别模型确定因素取值，可用于边坡稳定性分析。

【技术实现步骤摘要】
一种边坡稳定性分析方法
本专利技术涉及采矿安全，特别是涉及边坡稳定性分析。
技术介绍
露天矿是矿业生产主要形式之一。当煤体或矿藏赋存接近地表时通常采用露天矿形式生产。露天矿生产过程中随着开采的深入，逐渐形成各种形式的边坡，而对于这些边坡的研究是露天矿开采研究的主要问题之一。露天矿边坡是联系坑底与地面的必经通道，根据不同的边坡地质条件，边坡的构成形式也不同；加之不同地区降水等条件影响，边坡变形破坏差别也较大。边坡稳定性直接影响露天矿生产安全，是露天矿生产关注的主要问题。一般情况下，可对边坡使用预应力锚杆、抗滑桩、挡墙、削坡减种或坡底回填等措施进行防治。但如何确定哪些边坡应实施滑坡防护措施就成为关键问题，即通过何种方法根据已有的评判标准来对边坡稳定性进行分析。判断边坡稳定性的因素较多，比如边坡内部岩体的黏聚力、内摩擦角，外部环境因素中的年降水量，边坡形态因素的坡高、坡角等都可直接影响边坡稳定性。对于边坡稳定性影响因素的划分一般是范围值，且多因素，难以直观得到综合性的边坡稳定分析结果。另一方面，各因素对边坡稳定性的影响也是不同的。尽管现有方法通过数值模拟、实验室模拟和解析分析等对边坡稳定与影响因素之间关系进行分析，但并未解决评价稳定性过程中的专家给定数据中存在的模糊与不确定性特征。露天矿边坡稳定性评价过程中，一是考虑指标体系，二是考虑评价方法。评价指标体系是一种基于范围值的等级划分。评价方法要考虑评价体系的特点，还要考虑提供评分的专家的一些模糊性、主观性特点。针对这些特点，提出了一种使用云模型、ANP和属性识别的露天矿边坡稳定性评价方法。云模型是李德毅院士于20世纪90年代提出的一种能用定性语言与定量数值描述不确定性转换的模型，其应用实效得到认可和推广。目前关于云模型已得到了一些应用。云模型构造和参数设置特点正满足了专家给出评价数据中对模糊和离散性处理的要求。网络分析(AnalyticNetworkProcess，ANP)模型是在层次分析法(AHP)的基础上经过改进提出了一种全新的适于存在内部依存和反馈关系的复杂决策系统的方法。可分析影响稳定性因素之间存在的依赖关系。使用属性识别模型综合分析边坡稳定性分级。即使用云模型和ANP确定因素权重，用属性识别模型确定因素得分，最终获得边坡稳定性分类和排序。
技术实现思路
1方法的构建1.1指标权重确定方法基于云模型理论改造ANP评价方法以确定评价指标的权重。设A1,A2,…A9表示九朵云模型，即i＝1～9。表示云的期望值，用1～9的整数表示与AHP定义相同。和分别表示云模型的熵和超熵。得到改造后的1-9标度含义，如表1所示。表1云化ANP下1-9标度含义设P1～m为ANP模型控制层元素，C1～n为网络层元素集，ei1,ei2,…ein为元素集Ci中的元素，i＝1,2,…n。以Ci中元素对ejn的作用程度进行比较，建立比较矩阵如式(1)所示。用特征根法得出元素的权重向量如式(2)所示。其中：j1→i1表示元素ej1与ei1的比较。重复上述过程，准则Pi下的超矩阵如式(3)所示。式中元素熵和超商为0，如利用方根法求特征参数并归一化。引入云计算中的乘法运算，中的特征参数计算分别如式(4)所示。归一化的一致性检验如式(5)所示。设为的k次幂，则超矩阵Wnn的极限为如果结果收敛且唯一，取列作为评价指标的全局权重向量S，其中：Sij(i,j＝1,2,…,n)表示对应指标的权重值。1.2综合分析方法对象空间x取n个样本，x1,x2,…,xn。每个样本的m个指标，I1,I2,…,Im。因此，第i个样本xi可以表示为一个m维向量xi＝(xij,…,xim)，1≤i≤n。设F为x上某类属性空间，(C1,C2,…,Ck)为属性空间F下的一个有序分割类，且满足C1>C2…>Ck，则分类标准矩阵如式(6)所示。C1C2…Ck其中：ajk满足aj1<aj2<…<ajk或者aj1>aj2>…>ajk。计算第i个样本xi的第j个指标值xij具有属性Ck的属性测度，μijk＝μ(xij∈Ck)。假定aj1<aj2<…<ajk，当xij≤aj1时，取μij1＝1，μij2＝…μijk＝0；当xij≥ajk时，取μijk＝1，μij1＝…μijk-1＝0；当ajl≤xij≤ajl+1时，如式(7)所示。uijk＝0，k<l或k>l+1,(7)计算第i个样本xi的属性测度μik＝μ(xi∈Ck)，考虑指标权{w1,w2,…,wm}，wj≥0，由指标权重可得到属性测度如式(8)所示。设置置信度λ，按式(9)计算，则认为xi属于类。按照评分准则，计算如式(10)所示。则可根据的大小对xi进行比较和排序。2露天矿边坡稳定性评价指标体系露天矿边坡稳定性与众多因素相关，基本上可分为内部影响因素和外部影响因素。外部影响因素有环境影响因素和人为影响因素。环境影响因素是指外部自然环境对边坡稳定性的影响，包括降水、风化、地震、冻融等现象。降水是最频繁自然影响之一，由于边坡内部岩土体成分不同，降水对边坡稳定性的影响不同。降水形成的地表径流和地下渗流会降低岩土体之间的内聚力，破坏土骨架结构，减小有效应力使边坡稳定性下降。风化主要破坏边坡坡面，导致坡面岩土体裂化，降低坡面完整性，使边坡稳定性下降。地震是最强的边坡动力扰动，破坏边坡内部岩土体应力平衡，产生动力失稳。冻融主要破坏边坡坡面，特别是有水作用是尤为突出。内部因素是边坡自身特性对稳定性的影响。可分为边坡岩土体的特性和边坡几何形态。边坡岩土体的特性主要是其内聚力、抗压强度、摩擦角和破碎程度。内聚力直接决定了岩土体受到拉应力作用下的破坏特征。摩擦角控制着边坡失稳后是否发生滑动。边坡的几何特征也是边坡失稳的主要控制参数，包括坡高和坡角。坡高与坡角对边坡失稳的影响是明显的，也是控制失稳主要考虑的因素。综上分析，这里制定的边坡稳定性评价指标主要包括黏聚力、内摩擦角、年降水量、坡高、坡角。上述因素对边坡稳定性影响的评级，一至五级，分别对应于稳定、中等稳定、一般、不稳定和极不稳定。总结露天矿边坡稳定性体系和分级标准见表2。表2露天开采边坡稳定性分级标准具体实施方式以某矿业集团的一些露天矿边坡进行分析，目标是得到边坡稳定性排序。在这些露天矿中选择有特点的5个边坡进行分析。表3为这5个边坡的相关参数。表3各边坡的相关参数设五个影响因素分别表示为：黏聚力u1、内摩擦角u2、年降水量u3、坡高u4、坡角u5。由三位专家进行打分，得到比较矩阵如表4所示。表4比较矩阵注：表中Ai和1/Ai均根据表1所得。基于专家等权重考虑，取三个评价结果云的平均值作为综合的比较结果，组成综合判断矩阵如表5所示。表5综合判断矩阵利用方根法计算要素的期望、模糊性和随机性的相对权重特征参数。根据式(4)对矩阵进行归一化，得表6。表6归一化后的矩阵注：(1,0,0)不参加归一化运算。对表6进行一致性检验，其结果小于0.1，满足要求。按要求对表6取极限得到最终的指标重要性排序，如表7所示。表7最终指标重要性排序通过上述过程可见影响边坡稳定的因素重要性排序为：稳黏聚力u1＝0.1650<内摩擦角u2＝0.1808<年降水量u3＝0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种边坡稳定性分析方法，其特征在于，为了研究露天矿边坡稳定性，提出一种多属性露天矿边坡稳定性分析方法，该方法使用云模型处理数据的模糊性和离散性；用ANP处理指标之间的相互依赖性；用属性识别模型确定因素取值，可用于边坡稳定性分析。

【技术特征摘要】
1.一种边坡稳定性分析方法，其特征在于，为了研究露天矿边坡稳定性，提出一种多属性露天矿边坡稳定性分析方法，该方法使用云模型处理数据的模糊性和离散性；用ANP处理指标之间的相互依赖性；用属性识别模型确定因素取值，可用于边坡稳定性分析。2.一种边坡稳定性分析方法，其特征在于，云模型和ANP确定因素权重，属性识别模型确定因素取值，进而可确定边坡整体稳定性等级，制定了露天矿边坡稳定性评价指标。3.一种边坡稳定性分析方法，其特征在于，指标权重确定方法，基于云模型理论改造ANP评价方法以确定评价指标的权重，设A1,A2,…A9表示九朵云模型，即i＝1～9，Exi表示云的期望值，用1～9的整数表示与AHP定义相同，和分别表示云模型的熵和超熵，得到改造后的1-9标度含义。4.一种边坡稳定性分析方法，其特征在于，设P1～m为ANP模型控制层元素，C1～n为网络层元素集，ei1,ei2,…ein为元素集Ci中的元素，i＝1,2,…n，以Ci中元素对ejn的作用程度进行比较，建立比较矩阵如式(1)所示；用特征根法得出元素的权重向量如式(2)所示；其中：j1→i1表示元素e...

【专利技术属性】
技术研发人员：李三川，白润才，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21