一种矿山边坡滑移稳定性监测预警方法技术

本发明专利技术公开一种矿山边坡滑移稳定性监测预警方法，包括选择边坡变形监测断面；在边坡平台对应的监测断面位置处设置垂直测线，并在垂直测线上安装测斜仪；根据所测数据进行科学分析，对边坡开采初期爆破阶段和后期稳定发展阶段分别采用不同的滑移稳定性分析方法及标准，将矿山边坡的滑移与爆破响应进行耦合，以爆破位移增长率∈i和滑动发展变化率为ηi为参数确定位移阈值并判断矿山边坡稳定性状态，实现对边坡稳定性进行评价与预警。本发明专利技术方法通过对矿山边坡滑移的实时监测与数据采集，采用Newton插值、拟合等处理过程对数据的分析能更加准确、直观的表现出矿山边坡的滑移情况，根据实时的数据分析可及时对边坡滑移进行预警，为边坡滑移稳定性监控提供有效科学依据。

A Monitoring and Early Warning Method for Slip Stability of Mine Slope

The invention discloses a monitoring and early warning method for slope sliding stability of mine, which includes selecting the monitoring section of slope deformation, setting up vertical surveying lines at the corresponding monitoring section position of slope platform and installing inclinometer on the vertical surveying line, and scientifically analyzing the measured data to stabilize the initial blasting stage and later stage of slope mining. Different methods and standards of slip stability analysis are adopted in the definite development stage, and the slip and blasting response of the mine slope are coupled. The displacement threshold is determined with the increase rate of blasting displacement < I and the change rate of sliding development I as parameters, and the stability state of the mine slope is judged, so as to realize the evaluation and early warning of the slope stability. \u3002 The method of the invention can more accurately and intuitively display the slip situation of the mine slope through real-time monitoring and data acquisition of the slip of the mine slope by using Newton interpolation, fitting and other processing processes. According to the real-time data analysis, the slip of the slope can be timely warned and the stability of the slope can be monitored. Provide effective scientific basis.

【技术实现步骤摘要】
一种矿山边坡滑移稳定性监测预警方法
本专利技术属于岩土工程领域，尤其涉及矿山露天边坡的变形监测，具体涉及一种矿山边坡滑移稳定性监测预警方法。
技术介绍
我国矿山滑坡灾害威胁严重，目前矿山高边坡滑坡事故是我国矿山各类事故中发生频率较高、死亡人数较多的事故。我国西部是矿产资源主要分布地，同时西部地区也是崩塌、滑坡、泥石流地质灾害的多发区，平均每年至少造成15-30亿元损失，严重的滑坡地质灾害给当地居民的生命财产造成极大损失，如何制定多级边坡局部失稳的极限条件对多级边坡预测预警工作具有重要意义。目前常用的矿山边坡位移检测仪器主要为位移计与测斜仪，前者虽然能直接简便的读取出边坡表面的位移值，却由于不能反映边坡内部位移而具有一定局限性。后者在边坡位移检测中更为常见，该方法通过测斜仪所测倾角θi与量段长度Li计算出边坡的水平位移，水平位移总量该计算方法将边坡测线看成折线计算，在测斜仪所在位置为折线折点，但实际边坡测线位移曲线应为平滑曲线，往往会将误差放大从而降低监测数据可靠度；同时，该方法只能通过线性求差的方式求出测线上某一点的位移，具有一定局限性。目前对于边坡位移安全阈值的确定方法较多，主要有以下几种：解析法、数值分析法、工程地质类比法、模型试验等方法。解析法经常采用复变函数进行边坡变形计算，由于边坡的岩性、构造、环境等特征不同，难以准确描述，因此常常无法满足计算准确性；数值分析法包括有限元法、边界元法等，该方法克服了解析法的不足，但是对于非连续介质往往难以解决；工程地质类比法与模型试验法克服了计算上的困难，但是依然与边坡实际情况存在一定差异，对滑移阈值的确定仍存在不稳定因素。因此，为了克服上述现有监测方法存在的不足和局限性，针对矿山边坡滑移发展的规律与发展阶段，亟待提出一种基于矿山边坡滑移机理的位移计算方式和一种基于边坡自身滑移发展与爆破震动耦合的预警阈值确定方式进行矿山边坡的监测与预警。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对现有矿山边坡监测与预警数据处理方法的不足，提出一种矿山边坡滑移稳定性监测预警方法，以克服传统边坡位移量的计算误差，确定与边坡自身性质更加相符的安全性分析及预警方式，在矿山边坡安全评价与监测预警领域具有重要的应用价值。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种矿山边坡滑移稳定性监测预警方法，包括以下步骤：步骤A、选择垂直于边坡滑移方向的截面为监测断面，各个监测断面上，在每个边坡平台对应的位置设置至少一条垂直测线；步骤B、分别在各个监测断面对应的垂直测线上间隔安装多个测斜仪，并记录测斜仪初始时刻测得的数据k(0，j)与测斜仪安装高度h，其中k(0，j)表示初始时刻第j个测斜仪检测的当前安装位置的斜率值；步骤C、根据测斜仪初始时刻测得的数据k(0，j)与测斜仪安装高度h，获得各个垂直测线初始时刻的曲线形态：将初始时刻同一垂直测线上测斜仪测得的斜率值和安装高度数据通过Matlab进行插值运算，并拟合出对应垂直测线的位移曲线D(0，h)，以表示垂直测线的初始时刻的曲线形态；步骤D、边坡滑移稳定性分析及安全阈值预警：(D1)对于初期开采阶段：由于开采初期，爆破比较频繁，边坡滑移受到爆破的影响比较严重，该阶段的具体分析过程入下：(D11)根据爆破前后各个时刻测斜仪测得的数据k(i，j)及测斜仪安装高度h，k(i，j)表示第i个时刻第j个测斜仪检测的当前安装位置的斜率值，采用步骤C的方法，获得垂直测线在爆破前后各个时刻的位移曲线D(i，h)；(D12)根据爆破后时刻i边坡位移曲线D(i，h)与爆破前i-1时刻位移值D(i-1，h)之差确定在某次爆破后位移增长曲线ΔD(i，h)，即滑移值；(D13)根据获得的该边坡滑移值ΔD(i，h)与该次爆破震动的耦合设定安全阈值，当某次爆破后边坡的爆破位移增长率超过该安全阈值便做出安全性警告；(D2)对于后期边坡自身发展状态阶段：边坡后期稳定发展阶段主要受到边坡自重、风、雨水等自然因素的影响，是一个缓慢的过程，该阶段通过位移长期发展变化率ηi进行稳定性判定与预警：采用与步骤D11和步骤D12同样的手段，获得第i时刻的边坡滑移值ΔD(i，h)和i-1时刻的边坡滑移值ΔD(i-1，h)，则：其中，H为所测垂直测线的深度，当该位移长期发展变化率ηi值为正值时，表明该处边坡滑移处于加速变形阶段；反之，则处于稳定变形阶段。进一步的，所述步骤A中，在边坡发生明显断层或滑移的地方设置一监测断面，并根据矿山边坡坡度和破碎程度在其他位置以30m-60m间隔布置其余的监测断面，以更好地反应矿山边坡随时间或由爆破引起的滑移发展情况，是边坡发生滑移的代表性部位，易于对最不利的部位做出及时监测。进一步的，所述步骤装B中，所述测斜仪沿所述垂直测线垂直布置，在选定的垂直测线处钻孔并放入套筒导管，将测斜仪竖直沿套筒导管放入，每条垂直测线上安装3-5个测斜仪。进一步的，所述步骤C中，获得垂直测线的初始形态的具体过程如下：(C1)根据埋设仪器时，测斜仪初始时刻所读取的数据k(0，j)与测斜仪高度h，导入Matlab中通过Newton插值计算出垂直测线的斜率曲线D’h(0，h)，将待求的n次插值多项式D’h(0，h)改为具有承袭性的形式，然后利用插值条件(每个点的深度和测斜仪测到的数据)确定D’h(0，h)的待定系数，进而求出其斜率曲线，通过Newton插值，在原有计算的基础上利用之前计算的数据进行进一步计算，提高分析计算效率；(C2)基于获得的斜率曲线D’h(0，h)，通过积分命令获得垂直测线的位移曲线D(0，h)；对于其他时刻垂直测线的形态可采用同样的方式，比如i时刻垂直测线的位移曲线表示为D(i，h)，这里针对的是一条垂直测线来说，其他位置的垂直测线是同样的方法，通过plot(h,D)命令将垂直测线的曲线绘制出来并可读取其中任一点的坐标，该坐标即为垂直测线的实际位移坐标；进一步的，所述步骤D13中，安全阈值的确定方法为：(D131)根据爆破所使用的炸药当量换算爆破所产生的能量，并通过影响系数Th进行修正，每次爆破对边坡滑移的影响系数为：Th＝f(Si，Ei)，其中，Si为i时刻爆破点距当前垂直测线测点的距离；Ei为i时刻爆破具有的能量，爆破位移增长率∈i＝ΔD(i，h)/Th；(D132)将前n-1次监测位移增长率(∈1，∈2，∈3，......∈n-1)作为总体，并设该总体服从正太分布，即∈i～N(μ，σ2)，则可得到前n-1次的增长率平均值μ与方差σ2；(D133)将∈i进行标准化换算得到统计量F，根据自由度、置信系数调用t分布区间表，若统计量F小于置信系数为α下的t检验值，则判断边坡处于稳定状态；若统计量F大于置信系数为α下的t检验值，则判断由此次爆破所产生的边坡滑移量异常，需进行详细考察。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：本专利技术所述的方法结合测斜仪套筒的变形机理对测斜仪所测数据进行Newton插值、数值积分、函数拟合等分析处理，通过将间断的斜率值进行插值得到斜率函数，再将插值得到的斜率函数积分得到位移函数，实现更加精准的监测，且符合边坡滑移形式，可将位移函数进行拟合处理到测线上每一个点的精确坐标，能良好反应出测斜仪套筒的变形曲线并计算出变形值，得到可用于实时监控矿山边坡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿山边坡滑移稳定性监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、选择垂直于边坡滑移方向的截面为监测断面，各个监测断面上，在每个边坡平台对应的位置设置至少一条垂直测线；步骤B、分别在各个监测断面对应的垂直测线上间隔安装多个测斜仪，并记录测斜仪初始时刻测得的数据k(0，j)与测斜仪安装高度h，其中k(0，j)表示初始时刻第j个测斜仪检测的当前安装位置的斜率值；步骤C、根据测斜仪初始时刻测得的数据k(0，j)与测斜仪安装高度h，获得各个垂直测线初始时刻的曲线形态：将初始时刻同一垂直测线上测斜仪测得的斜率值和安装高度数据通过Matlab进行插值运算，并拟合出对应垂直测线的位移曲线D(0，h)，以表示垂直测线的初始时刻的曲线形态；步骤D、边坡滑移稳定性分析及安全阈值预警：(D1)由于开采初期，爆破比较频繁，边坡滑移受到爆破的影响比较严重，对于初期开采阶段分析过程如下：(D11)根据爆破前后各个时刻测斜仪测得的数据k(i，j)及测斜仪安装高度h，k(i，j)表示第i个时刻第j个测斜仪检测的当前安装位置的斜率值，采用步骤C的方法，获得垂直测线在爆破前后各个时刻的位移曲线D(i，h)；(D12)根据爆破后时刻i边坡位移曲线D(i，h)与爆破前i‑1时刻位移值D(i‑1，h)之差确定在某次爆破后位移增长曲线ΔD(i，h)，即滑移值；(D13)根据获得的该边坡滑移值ΔD(i，h)与该次爆破震动的耦合设定安全阈值，当某次爆破后边坡的爆破位移增长率超过该安全阈值便做出安全性警告；(D2)对于后期边坡自身发展状态阶段，通过位移长期发展变化率ηi进行稳定性判定与预警：采用与步骤D11和步骤D12同样的手段，获得第i时刻的边坡滑移值ΔD(i，h)和i‑1时刻的边坡滑移值ΔD(i‑1，h)，则：...

【技术特征摘要】
1.一种矿山边坡滑移稳定性监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、选择垂直于边坡滑移方向的截面为监测断面，各个监测断面上，在每个边坡平台对应的位置设置至少一条垂直测线；步骤B、分别在各个监测断面对应的垂直测线上间隔安装多个测斜仪，并记录测斜仪初始时刻测得的数据k(0，j)与测斜仪安装高度h，其中k(0，j)表示初始时刻第j个测斜仪检测的当前安装位置的斜率值；步骤C、根据测斜仪初始时刻测得的数据k(0，j)与测斜仪安装高度h，获得各个垂直测线初始时刻的曲线形态：将初始时刻同一垂直测线上测斜仪测得的斜率值和安装高度数据通过Matlab进行插值运算，并拟合出对应垂直测线的位移曲线D(0，h)，以表示垂直测线的初始时刻的曲线形态；步骤D、边坡滑移稳定性分析及安全阈值预警：(D1)由于开采初期，爆破比较频繁，边坡滑移受到爆破的影响比较严重，对于初期开采阶段分析过程如下：(D11)根据爆破前后各个时刻测斜仪测得的数据k(i，j)及测斜仪安装高度h，k(i，j)表示第i个时刻第j个测斜仪检测的当前安装位置的斜率值，采用步骤C的方法，获得垂直测线在爆破前后各个时刻的位移曲线D(i，h)；(D12)根据爆破后时刻i边坡位移曲线D(i，h)与爆破前i-1时刻位移值D(i-1，h)之差确定在某次爆破后位移增长曲线ΔD(i，h)，即滑移值；(D13)根据获得的该边坡滑移值ΔD(i，h)与该次爆破震动的耦合设定安全阈值，当某次爆破后边坡的爆破位移增长率超过该安全阈值便做出安全性警告；(D2)对于后期边坡自身发展状态阶段，通过位移长期发展变化率ηi进行稳定性判定与预警：采用与步骤D11和步骤D12同样的手段，获得第i时刻的边坡滑移值ΔD(i，h)和i-1时刻的边坡滑移值ΔD(i-1，h)，则：其中，H为所测垂直测线的深度，当该位移长期发展变化率ηi值为正值时...

【专利技术属性】
技术研发人员：张拥军，刘思佳，杨登峰，王文，李文韬，马强强，包放歌，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37