一种含软弱夹层矿山边坡的动态监测预警方法技术

本发明专利技术提供了一种含软弱夹层矿山边坡的动态监测预警方法，主要包括以下步骤：根据边坡类别和级别，以及边坡所处工况，确定边坡预警安全系数范围(F

【技术实现步骤摘要】
一种含软弱夹层矿山边坡的动态监测预警方法


[0001]本专利技术涉及地质灾害防治领域，具体涉及矿山含软弱夹层边坡的动态长期稳定性评价和监测预警方法，尤其涉及一种含软弱夹层矿山边坡的动态监测预警方法。

技术介绍

[0002]在我国西南地区，大范围存在含缓倾软弱夹层的矿山高边坡，根据传统的极限平衡方法和基于弹塑性力学本构模型的数值模拟方法，结果表明边坡处于稳定状态，而现实工程实际中沿这类缓倾斜软弱夹层发生过多次大规模滑动破坏。软弱夹层具有力学强度低、水理性质差、流变效应明显等特性，常成为这类石灰石矿山高边坡稳定性问题的薄弱环节。在目前研究含软弱夹层边坡稳定性最常用的强度折减法，考虑蠕变特性的强度折减法研究得到了边坡长期稳定性系数，未将边坡的安全系数与边坡的演化过程、边坡监测点的位移等综合考虑，进而无法准确判断出边坡的稳定性。
[0003]滑坡预警是指在滑坡灾害发生之前，根据以往的总结的规律或监测数据资料，对比预警指标，迅速判断滑坡灾害等级及范围，向相关部门发出紧急信号，报告危险情况，落实应对措施，从而最大程度的减轻危害所造成的损失的行为。滑坡预警主要是在滑坡监测和滑坡预警指标计算的基础上建立起来，其中预警指标是由当前滑坡变形情况、发育阶段，破坏模式等结合历史经验数据分析确定的。在目前监测预警指标的确定大多是根据已有的工程监测实例分析总结得到的，而这种方法获得的监测预警指标值只能用于边坡结构、地质条件和所处环境条件非常类似的同类工程的类比，因此，用该方法获得的监测预警指标仍表现出其不充分性。这两个不足导致了目前对含软弱夹层边坡的长期稳定性评价和监测预警等研究存在阻碍。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是要解决的现有方法存在的问题，为克服上述缺陷而提供一种含软弱夹层矿山边坡的动态监测预警方法。
[0005]一种含软弱夹层矿山边坡的动态监测预警方法，包括以下步骤：
[0006]S1：根据边坡类别和级别，以及边坡所处工况，确定边坡预警安全系数范围(F
s
‑
F
sd
)。
[0007]S2：根据边坡的工程地质力学模型、地应力场、设计的边坡开挖分区及通过现场测试、室内试验等手段综合获得的边坡岩体力学参数，建立考虑动态开挖效应的边坡模型，并布置监测点。
[0008]S3：根据软弱夹层蠕变试验确定蠕变本构模型及蠕变力学参数。
[0009]S4：根据数值计算方法和BP神经网络建立安全系数与边坡岩土体物理力学参数之间的映射关系，通过数值计算模拟开挖，建立边坡安全系数与变形的关系。
[0010]S5：确定预警指标和预警值，判断边坡稳定性。
[0011]进一步地，所述边坡预警安全系数范围(F
s
‑
F
sd
)，F
s
边坡极限平衡状态的安全系数
(F
s
＝1.00)，F
sd
为边坡设计规范规定的边坡允许安全系数，所述F
sd
根据某一具体边坡所属的类别和安全级别，结合边坡所处的工况，可以确定工程边坡所应达到的设计安全系数。
[0012]进一步地，步骤S2中所处边坡模型，通过现场勘测得到的工程地质地质剖面图，利用CAD软件绘制成工程地质剖面图，再将模型进行合理概化，导入到ANSYS软件中划分网格，将模型通过接口导入到FLAC
3D
中形成最终的数值计算模型，并在边坡的表面设置位移监测点。
[0013]进一步地，软弱夹层蠕变试验为分级加载剪切蠕变试验，通过试验得到蠕变曲线，根据蠕变曲线特征选用能够描述软弱夹层特性的蠕变模型，并通过蠕变参数辨识，得到相应的蠕变力学参数。
[0014]进一步地，根据数值计算方法和BP神经网络建立安全系数与边坡岩土体物理力学参数之间的映射关系，通过数值计算模拟开挖，建立边坡安全系数与变形的关系过程如下：
[0015]S4
‑
1：只考虑各岩组在开挖扰动影响下的动态黏聚力c和边坡内摩擦角与边坡安全系数之间的关系。根据对研究区域所取岩芯进行室内物理力学试验，综合考虑各岩组风化程度的不同确定待反演的参数范围及水平，岩体的其它参数取值根据经验和参考文献取值。
[0016]S4
‑
2：采用均匀设计方法，设计边坡数值计算中所对应的不同黏聚力和内摩擦角的组合，基于FLAC
3D
软件的强度折减法，在粘聚力和内摩擦角组合之下，计算此时的边坡安全系数。
[0017]S4
‑
3：利用BP神经网络建立非线性映射关系，将各层的粘聚力和内摩擦角作为输入层，安全系数作为输出层，得到输入和输出数据，然后对数据进行线性归一化处理，确定输入与输出数据之间的模糊映射关系，建立各岩层内摩擦角和黏聚力与边坡动态开挖过程的安全系数之间的映射关系。利用所确定的安全系数与边坡岩土体物理力学参数之间的映射关系，获得一系列岩体物理力学参数组合对应的安全系数；根据所获得的一系列安全系数对应的岩体物理力学参数进行边坡开挖过程的数值模拟计算，获得这些安全系数对应的监测点的变形量大小。
[0018]进一步地，确定预警指标和预警值，判断边坡稳定性过程如下：
[0019]S5
‑
1：基于步骤S1确定边坡预警安全系数范围(F
s
‑
F
sd
)，依据神经网络反演结果，确定在此安全系数范围内方案的黏聚力和内摩擦角，将此方案区间的各岩组岩体内摩擦角和黏聚力组合代入FLAC
3D
边坡开挖数值模型中，在某一水平时，该水平以下台阶开挖过程中，分别计算各种组合下的边坡监测点的位移量值，计算过程中软弱夹层用蠕变本构模型，其余岩层采用Mohr
‑
Coulomb。
[0020]S5
‑
2：将计算得到的监测点位移变化绘制成趋势曲线，得到开挖过程中位移量值与安全系数变化的关系曲线上斜率变化较大的关键点(点B)，确定安全系数F
sd
对应的另一个数值点(点C)，确定位于B点之后位移量值随安全系数减小变化率逐渐增大至稳定的数值点(点A)。
[0021]S5
‑
3：确定界限安全系数F
sd
对应的各测点的位移量值为三级预警指标值(三级预警起点C)，点B对应的各测点的位移量值为二级预警指标值(二级预警起点和三级预警终点B)，点A对应的各测点的位移量值为一级预警指标值(一级预警起点和二级预警终点A)
[0022]S5
‑
4：将开挖过程中测点的位移量值与监测预警指标值作比较，如果开挖过程中
测点的位移量值均小于预警值，说明在目前开挖过程中边坡处于稳定状态。
附图说明
[0023]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0024]图1本专利技术实施例中一种含软弱夹层矿山边坡的动态监测预警方法的思路图
[0025本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含软弱夹层矿山边坡的动态监测预警方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：根据边坡类别和级别，以及边坡所处工况，确定边坡预警安全系数范围(F
s
‑
F
sd
)。S2：根据边坡的工程地质力学模型、地应力场、设计的边坡开挖分区及通过现场测试、室内试验等手段综合获得的边坡岩体力学参数，建立考虑动态开挖效应的边坡模型，并布置监测点。S3：根据软弱夹层蠕变试验确定蠕变本构模型及蠕变力学参数。S4：根据数值计算方法和BP神经网络建立安全系数与边坡岩土体物理力学参数之间的映射关系，通过数值计算模拟开挖，建立边坡安全系数与变形的关系。S4
‑
1：只考虑各岩组在开挖扰动影响下的动态黏聚力c和边坡内摩擦角与边坡安全系数之间的关系，确定各岩组待反演的参数范围及水平S4
‑
2：采用均匀设计方法，设计边坡数值计算中所对应的不同黏聚力和内摩擦角的组合，基于FLAC
3D
软件的强度折减法计算此时的边坡安全系数。S4
‑
3：利用BP神经网络建立建立各岩层内摩擦角和黏聚力与边坡动态开挖过程的安全系数之间的映射关系；利用映射关系，获得一系列岩体物理力学参数组合对应的安全系数；通过数值计算获得一系列组合安全系数对应的监测点的变形量大小。S5：确定预警指标和预警值，判断边坡稳定性。S5
‑
1：确定安全系数为(F
s
‑
F
sd
)范围内方案的黏聚力和内摩擦角，代入FLAC
3D
边坡开挖数值模型中，分别计算各种组合下的边坡监测点的位移量值，计算过程中软弱夹层用蠕变本构模型，其余岩层采用Mohr
‑
C...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斌，李剑飞，李京，崔阿能，贾雅兰，王宏芮，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：