[发明专利]一种中间桥对边坡支挡效应的二维分析方法

说明书

本发明公开一种中间桥对边坡支挡效应的二维分析方法，首先对中间桥进行力学分析，并进行三维建模；然后得到边坡截面的几何形态，并将模型分为三个区域，分别计算各个区域的体积和抗滑力；最后对各个区域进行等效抗滑力表示，合并抗滑力和等效抗滑力的同类项，得到每个区域的等效黏聚力和等效内摩擦角。本发明有效解决了分坑开采、留设中间桥条件下中间桥对边坡的支挡效应的定量认识，实现了三维力学问题向平面应变问题的转化，对于岩土力学、结构力学等学科的发展也有较大的推动作用。

技术领域

本发明涉及露天开采技术领域，尤其涉及一种中间桥对边坡支挡效应的二维分析方法。

背景技术

为减小基建工程量、缩短运距和控制边坡稳定性，露天煤矿往往在建设初期甚至是很长一段时间内采用分坑开采，在相邻露天采坑形成中间桥。为回收中间桥压覆的煤炭资源，势必在后续生产过程中将中间桥拆除，在拆除过程中，中间桥对边坡的支挡效应逐渐减弱，处理不当将导致大规模滑坡发生。工程实践表明，相邻露天采坑中间桥能够提高边坡稳定性，充分利用中间桥对边坡的支挡效应至关重要。因此，定量表征相邻采坑中间桥对边坡的支挡效应，提出科学有效的边坡稳定性计算方法，揭示中间桥几何形态参数对支挡效应的影响规律，是我国煤炭露天开采领域亟待解决的重要科学问题。

在工程中以二维极限平衡法的应用最为广泛，现有三维极限平衡法则仅限于规则边坡体的稳定性求解，对于相邻露天采坑中间桥支挡效应下的非规则边坡稳定性无法获得定量认识。因此，迫切需要对中间桥对边坡的支挡效应及该种效应下的边坡稳定性问题开展深入研究。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种中间桥对边坡支挡效应的二维分析方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种中间桥对边坡支挡效应的二维分析方法，包括如下步骤：

步骤1：对中间桥进行力学分析，得出中间桥对边坡支挡效应的实质是一剪切反力，其决定因素是中间桥的底界面的抗剪力；结合工程地质资料，构建出具有空间形态参数的中间桥三维模型；

步骤2：根据构建的中间桥三维模型，沿着边坡倾向切割剖面，得到边坡截面的几何形态；

步骤3：根据边坡截面的几何形态，在中间桥三维模型的垂直方向上划分出三个区域，其中，区域I由中间桥部分的两个锥体、一个以直角三角形为截面的柱体和非工作帮部分的一个以直角三角形为截面的柱体组成，区域II为中间桥部分的以梯形为截面的柱体，区域III由中间桥部分的两个锥体和一个以直角三角形为截面的柱体组成；

步骤4：分别求出各区域的体积，记为V_I、V_II和V_III，并且根据摩尔-库伦强度准则求出各个区域的抗滑力，记为T_Ⅰ、T_Ⅱ和T_Ⅲ，过程如下：

步骤4.1：计算区域I的体积V_I，公式如下：

其中，h为中间桥的桥高，α为中间桥的底角，D为采坑总长度，d为中间桥的底宽；

步骤4.2：计算区域II的体积V_II，公式如下：

V_Ⅱ＝bh(d-hcotα)

其中，b为桥长；

步骤4.3：计算区域III的体积V_III，公式如下：

步骤4.4：根据摩尔-库伦强度准则，计算区域I的抗滑力T_Ⅰ，公式如下：