一种确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律的方法，方法首先在未进行内排支挡的情况下和全部内排支挡的情况下分别采用二维极限平衡法计算含弱层边坡的稳定性系数；然后构建边坡最下岩体的简支梁模型，计算在未进行内排支挡的情况下和在进行部分内排支挡的情况下的简支梁理论定义下的含弱层边坡稳定性系数；接着计算两稳定性系数的比值，得到倍数m与最下岩体部分内排支挡长度L2之间的关系；最后确定含弱层边坡稳定性随内排支挡长度的变化规律，并绘制变化规律曲线。本发明专利技术的方法将空间力学问题转化为平面应变问题，简化了求解过程，并确定了含弱层边坡的稳定性随内排支挡长度的变化规律，为露天煤矿资源回采提供理论基础。源回采提供理论基础。源回采提供理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律的方法


[0001]本专利技术涉及露天开采
，尤其涉及一种确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律的方法。

技术介绍

[0002]在某些地区露天煤矿赋存弱层，极易发生以圆弧为侧界面，以弱层为底界面的切层
‑
顺层组合滑坡，治理该滑坡的最佳措施为内排压脚。当排弃物料无法实现全部压帮时，边坡具有显著的三维空间效应。而传统的二维极限平衡法，无法考虑边坡的三维空间效应；现有的三维极限平衡法也无法适用于该滑坡模式的分析；此外，由于数值模拟方法建模的复杂性较高，也难以在工程中推广。因此，迫切需要提出一种新的方法用来确定含弱层边坡稳定性随内排支挡的变化规律，为露天煤矿资源回采提供理论基础。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律的方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律的方法，具体包括如下步骤：
[0005]步骤1：在未进行内排支挡的情况下，采用二维极限平衡法计算含弱层边坡的稳定性系数，记为Fs；
[0006]步骤2：在进行全部内排支挡的情况下，采用二维极限平衡法计算含弱层边坡的稳定性系数，记为Fs1；
[0007]步骤3：以含弱层边坡最下岩体为研究对象，构建该岩体的简支梁模型，并分别计算在未进行内排支挡的情况下和在进行部分内排支挡的情况下的简支梁理论定义下的含弱层边坡稳定性系数，分别记为Fs3和Fs4，具体过程如下：
[0008]步骤3.1：将边坡最下岩体剩余推力与最下岩体底界面抗剪力的合力记为P，边坡最下岩体走向长度记为L1，最下岩体部分内排支挡长度记为L2；
[0009]步骤3.2：在未进行内排支挡的情况下，计算简支梁理论定义下的含弱层边坡稳定性系数Fs3：
[0010][0011]其中，σ
t
为抗拉强度，w
t
为允许变形值；σ
1max
为未进行内排支挡的情况下简支梁的最大拉应力；w
1max
为未进行内排支挡的情况下简支梁的最大挠度；
[0012]步骤3.3：在进行部分内排支挡的情况下，计算简支梁理论定义下的含弱层边坡稳定性系数Fs4：
[0013][0014]其中，σ
2max
为进行部分内排支挡的情况下简支梁的最大拉应力；w
2max
为进行部分内排支挡的情况下简支梁的最大挠度。
[0015]进一步的，所述未进行内排支挡的情况下简支梁的最大拉应力的计算公式为：
[0016]所述未进行内排支挡的情况下简支梁的最大挠度的计算公式为：
[0017]所述进行部分内排支挡的情况下简支梁的最大拉应力的计算公式为：
[0018]所述进行部分内排支挡的情况下简支梁的最大挠度的计算公式为：
[0019]其中，H为简支梁的高度，b为底宽，EI为简支梁的弯曲刚度。
[0020]步骤4：计算Fs4和Fs3的比值，得到倍数m与最下岩体部分内排支挡长度L2之间的关系，具体如下：
[0021][0022]步骤5：比较m倍的Fs与Fs1的大小关系，确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律，具体如下；
[0023][0024]其中，ΔF为内排支挡时边坡的稳定性系数与未进行支挡时边坡稳定性的差值。
[0025]步骤6：绘制含弱层边坡稳定性随内排支挡长度的变化规律曲线。
[0026]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的方法充分利用二维极限平衡法操作简单、计算快捷的优势，从简支梁变形破坏与拉裂破坏角度出发，将空间力学问题转化为平面应变问题求解，克服了三维稳定性计算方法无法适用、数值模拟方法建模复杂等不足。本专利技术的方法还可用于露天煤矿回采端帮压覆资源时边坡形态参数优化。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例中一种确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律的方法流程图；
[0028]图2为本专利技术实施例中未进行内排支挡时含弱层边坡稳定性系数计算结果示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例中进行全部内排支挡时含弱层边坡稳定性系数计算结果示意图；
[0030]图4为本专利技术实施例中部分内排支挡的情况下含弱层边坡最下岩体的受力情况分析图；
[0031]图5为本专利技术实施例中未进行内排支挡时含弱层边坡最下岩体的简支梁模型示意图；
[0032]图6为本专利技术实施例中进行内排支挡时含弱层边坡最下岩体的简支梁模型示意图；
[0033]图7为本专利技术实施例中含弱层边坡最下岩体的截面示意图；
[0034]图8为本专利技术实施例中含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律曲线图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和实施例，对本专利技术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专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0036]本实施例中某露天煤矿东帮为含弱层边坡，边坡走向长度L1为1000m。
[0037]如图1所示，本实施例中一种确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律的方法如下所述。
[0038]步骤1：在未进行内排支挡的情况下，采用二维极限平衡法计算含弱层边坡的稳定性系数，记为Fs；
[0039]本实施例中，基于二维刚体极限平衡法计算未进行内排支挡时含弱层边坡稳定性系数Fs＝1.2，如图2所示。
[0040]步骤2：在进行全部内排支挡的情况下，采用二维极限平衡法计算含弱层边坡的稳定性系数，记为Fs1；
[0041]本实施例中，进行全部内排支挡时，采用二维极限平衡法计算含弱层边坡稳定性系数Fs1＝1.70，如图3所示。
[0042]步骤3：以含弱层边坡最下岩体为研究对象，构建该岩体的简支梁模型，并分别计算在未进行内排支挡的情况下和在进行部分内排支挡的情况下的简支梁理论定义下的含弱层边坡稳定性系数，分别记为Fs3和Fs4，具体过程如下：
[0043]步骤3.1：将边坡最下岩体剩余推力与最下岩体底界面抗剪力的合力记为P，边坡最下岩体走向长度记为L1，最下岩体部分内排支挡长度记为L2；
[0044]本实施例中，边坡最下岩体构建为简支梁模型后的受力情况如图4所示。
[0045]步骤3.2：在未进行内排支挡的情况下，计算简支梁理论定义下的含弱层边坡稳定性系数Fs3：
[0046][0047]其中，σ
t
为抗拉强度，w
t
为允许变形值；σ
1max
为未进行内排支挡的情况下简支梁的最大拉应力；w
1max
为未进行内排支挡的情况下简支梁的最大挠度；
[0048]本实施例中，在未进行内排支挡的情况下，含弱层边坡最下岩体构建的简支梁结构如图5所示，其中A、C分别为边坡最下岩体走向长度的起始点和结束点，F
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在未进行内排支挡的情况下，采用二维极限平衡法计算含弱层边坡的稳定性系数，记为Fs；步骤2：在进行全部内排支挡的情况下，采用二维极限平衡法计算含弱层边坡的稳定性系数，记为Fs1；步骤3：以含弱层边坡最下岩体为研究对象，构建该岩体的简支梁模型，并分别计算在未进行内排支挡的情况下和在进行部分内排支挡的情况下的简支梁理论定义下的含弱层边坡稳定性系数，分别记为Fs3和Fs4；步骤4：计算Fs4和Fs3的比值，得到倍数m与最下岩体部分内排支挡长度L2之间的关系；步骤5：比较m倍的Fs与Fs1的大小关系，确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律；步骤6：绘制含弱层边坡稳定性随内排支挡长度的变化规律曲线。2.根据权利要求1所述的一种确定含弱层边坡稳定性随内排支挡变化规律的方法，其特征在于，所述步骤3的过程如下：步骤3.1：将边坡最下岩体剩余推力与最下岩体底界面抗剪力的合力记为P，边坡最下岩体走向长度记为L1，最下岩体部分内排支挡长度记为L2；步骤3.2：在未进行内排支挡的情况下，计算简支梁理论定义下的含弱层边坡稳定性系数Fs3：其中，σ
t
为抗拉强度，w
t
为允许变形值；σ

【专利技术属性】
技术研发人员：李广贺，王艳婷，王东，董瑞荣，孙有刚，缪占伟，杨国华，梁雨，张琦，赵廷峰，孙宇，解晓东，赵旭，李维，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：