[发明专利]一种露天矿端帮边坡形态的优化方法

权利要求书

1.一种露天矿端帮边坡形态的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，结合露天矿端帮边坡的具体情况，定性分析露天矿端帮边坡稳定性影响因素及露天矿端帮边坡潜在滑坡模式；

步骤2，对露天矿端帮边坡岩土体进行力学实验，得到露天矿端帮边坡岩土体物理力学指标；

步骤3，确定露天矿端帮边坡的安全储备系数K；

步骤4，调整露天矿端帮边坡各阶段平盘宽度，对露天矿端帮边坡形态进行分阶段优化，其具体优化方法为：

(1)分阶段，具体为：

将露头矿端帮边坡划分为n个阶段；

所述的n根据露天矿端帮边坡岩土体中存在的多个炭质泥岩弱层确定，从边坡坡顶开始，依次为1弱层，2弱层，……n弱层；

从边坡坡顶值1弱层为第1阶段，1弱层至2弱层为第2阶段，以此类推，n-1弱层至n弱层为第n阶段；

(2)对各阶段平盘宽度进行调整：

调整第1阶段平盘宽度，计算边坡坡顶至1弱层的稳定性系数Fs，当稳定性系数Fs满足︱F_S-K︱≤0.01，此平盘宽度即为第1阶段优化后边坡形态；

调整第2阶段平盘宽度，计算边坡坡顶至2弱层的稳定性系数Fs，当稳定性系数Fs满足︱F_S-K︱≤0.01，此平盘宽度即为第2阶段优化后边坡形态；

依次类推，……调整第n阶段平盘宽度，计算边坡坡顶至n弱层的稳定性系数Fs，当稳定性系数Fs满足︱F_S-K︱≤0.01，此平盘宽度即为第n阶段优化后边坡形态；

(3)根据依次确定的n个阶段的平盘宽度，确定出最终端帮边坡开采角度，完成露头矿端帮边坡形态的优化设计，得到最优边坡形态；

步骤5，结合强度折减理论算法，运用FLAC^3D有限差分数值模拟软件对以上得到的最优边坡形态方案进行模拟检验，进一步验证最优边坡形态的可行性。

2.如权利要求1所述的露天矿端帮边坡形态的优化方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的露天矿端帮边坡稳定性影响因素具体为：岩土体性质、构造应力、边坡形态、爆破、降水、冻结和融化。

3.如权利要求1所述的露天矿端帮边坡形态的优化方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的露天矿端帮边坡潜在滑坡模式主要为：平面滑动、圆弧滑动、楔形滑动或组合滑动。

4.如权利要求1所述的露天矿端帮边坡形态的优化方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的露天矿端帮边坡岩土体为砂岩、煤和多个炭质泥岩弱层。

5.如权利要求1所述的露天矿端帮边坡形态的优化方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的露天矿端帮边坡岩土体物理力学指标具体为容量、抗剪强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角和泊松比。

6.如权利要求1所述的露天矿端帮边坡形态的优化方法，其特征在于，所述的步骤3中，所述的安全储备系数根据具体露天矿端帮边坡的服务年限、重要程度、各构成部分物理力学指标的掌握程度和滑坡潜在危害因素确定。

7.如权利要求1所述的露天矿端帮边坡形态的优化方法，其特征在于，所述的步骤4(2)中，所述的稳定性系数Fs的计算方法为：

首先假设了岩体滑裂面是两个圆柱面，并且假设了作用力在划分的不同条带间的方向为水平方向，之后，通过垂直方向力的平衡求解条底反力，并依据对某一相同点的力矩平衡计算出稳定性系数Fs；

Bishop法的根本假设，是将滑面认定成圆弧面，将稳定性系数描述成对滑面旋转中心的抗滑力矩与下滑力矩的比值，同时假设划分的不同条带所受的力都处于平衡状态；

式中，Fs为稳定性系数，i为第i条带；n为条带总个数；c｀为黏聚力；l_i为第i条滑面的长度；W₁为第1条带的重力，W_i为第i条带的重力；α_i为第i条带滑面倾角；μ_i为作用在滑面上的单位面积的孔隙水压力；为内摩擦角。

8.如权利要求7所述的露天矿端帮边坡形态的优化方法，其特征在于，所述的步骤4(2)中，所述的稳定性系数Fs的计算方法中，所涉及的作用力有：作用在滑面上的有效法向力N_i＇、作用在滑面上的全法向力N_i、滑面上的极限抗滑力R_i；条带间的剪切作用力E_i和E_i+1。