[发明专利]露天矿山边坡岩体结构面抗剪强度分级确定方法

摘要

一种露天矿山边坡岩体结构面抗剪强度分级确定方法，包括以下步骤：(1)对露天矿山边坡进行现场调查；(2)确定形态函数；(3)确定振动加速度a；(4)计算总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡滑面的法向应力；(5)计算总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡对应滑面上不同位置处的法向应力值；(6)确定预测抗剪强度参数时所需法向应力值的试算值；(7)针对不同等级的边坡，将获得的试算参数带入JRC‑JCS模型进行试算；(8)以最小二乘法进行线性拟合求得总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡所对应的不同级别潜在滑移面的内摩擦角和粘聚力大小。本发明显著提高了露天矿山边坡潜在滑移面抗剪强度参数精细化取值的可靠性。

主权项

1.一种露天矿山边坡岩体结构面抗剪强度分级确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)对露天矿山边坡进行现场调查，依据边坡的构成要素与规模大小，将露天矿山边坡划分为三个层次：总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡；在对边坡岩体结构特征进行精细化描述的基础上，按照位置匹配性原则和规模匹配性原则，采用赤平投影原理分层次分析露天矿山边坡稳定性、判断露天矿山边坡破坏模式、确定露天矿山边坡破坏模型；(2)采用矿用三维激光扫描测量系统采集矿山边坡坡面几何形态数据，确定总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡的典型剖面位置，并分别获得总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡的坡面形态函数G1(x)、G2i(x)、G3j(x)，其中i、j分别是组合台阶边坡和台阶边坡的个数；依据现场勘探与潜在滑移面粗糙度测量结果，分别建立总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡的潜在滑移面形态函数S1(x)、S2i(x)、S3j(x)。依据已知的滑体平均密度ρ，计算总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡单位宽度的重量w1(x)、w2i(x)、w3j(x)：(3)根据工程类比，结合露天矿山生产爆破现状和矿岩实际条件确定振动加速度a；对可能作用在总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡的荷载进行调查，确定作用在总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡坡面上的水平荷载函数Qx1(x)、Qx2i(x)、Qx3j(x)以及竖向荷载函数Qy1(x)、Qy2i(x)、Qy3j(x)；(4)通过如下公式分别计算总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡滑面的法向应力σ1、σ2i、σ3j：式中：λ1、λ2、λ3是应力修正系数，取值区间为1.0～1.5；(5)根据获得的总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡滑面正应力分布函数，分别计算总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡对应滑面上不同位置处的法向应力值；对不同位置处的法向应力值进行统计分析，计算平均法向应力值σ1*、σ2i*、σ3j*和法向应力值的标准差δ1*、δ2i*、δ3j*；(6)根据不同位置处的法向应力值确定预测抗剪强度参数所需法向应力值的试算值，如下：a.总体边坡潜在滑动面上法向应力按从小到大，通过如下5级加载实现：第一级σ1*‑2δ1*；第二级σ1*‑δ1*；第三级σ1*；第四级σ1*+δ1*；第五级σ1*+2δ1*；b.组合台阶边坡潜在滑动面上法向应力按从小到大，通过如下5级加载实现：第一级σ2i*‑2δ2i*；第二级σ2i*‑δ2i*；第三级σ2i*；第四级σ2i*+δ2i*；第五级σ2i*+2δ2i*；c.台阶边坡潜在滑动面上法向应力按从小到大，通过如下5级加载实现：第一级σ3j*‑2δ3j*；第二级σ3j*‑δ3j*；第三级σ3j*；第四级σ3j*+δ3j*；第五级σ3j*+2δ3j*；(7)针对不同边坡等级，将获得的试算法向应力值、现场精细化测定得到的潜在滑移面粗糙度系数JRC_n、壁岩强度JCS_n以及岩体结构面基本摩擦角带入JRC‑JCS模型进行试算：式中τ是潜在滑移面沿潜在滑移方向的抗剪强度；JCS_n是潜在滑移面的壁岩强度；JRC_n是潜在滑移面上沿潜在滑移方向的粗糙度系数；是基本摩擦角，σ_n是步骤(6)中得到的试算法向应力大小；(8)根据步骤(7)不同法向应力条件下分别获得的总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡潜在滑移面抗剪强度大小，以最小二乘法进行线性拟合，求得总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡所对应的不同级别潜在滑移面的内摩擦角和粘聚力大小。