[發明專利]一種傾斜基底內排土場邊坡形態的優化方法

有效

• 申請號: 201710887321.1
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107609299B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 劉文坊;宋子嶺;范軍富;胡鐵男;王向磊;于澤浩;韓祿
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

1.一種傾斜基底內排土場邊坡形態的優化方法，其特征在于，該傾斜基底內排土場邊坡形態的優化方法，包括以下步驟：

步驟1，結合傾斜基底內排土場邊坡的具體情況，定性分析傾斜基底內排土場邊坡穩定性影響因素及潛在滑坡模式；

步驟2，對內排土場邊坡巖土體進行力學實驗，得到邊坡巖土體物理力學指標；

步驟3，根據具體露天煤礦內排土場邊坡的服務年限、重要程度、各構成部分物理力學指標的掌握程度和滑坡潛在危害因素，確定傾斜基底內排土場邊坡的安全儲備系數K；

步驟4，設計不同排棄高度、不同平盤寬度的傾斜基底內排土場邊坡形態，并設計最優的邊坡穩定性系數和最大的排棄空間，其具體優化方法為：

(1)最優的邊坡穩定性系數的確定：根據極限平衡法中的簡化Bishop法，計算邊坡穩定性系數Fs，當滿足Fs＞K的邊坡形態為露天礦安全邊坡形態；

所述的邊坡穩定性系數Fs的計算方法為：

首先假設了巖體滑裂面是兩個圓柱面，并且假設了作用力在劃分的不同條帶間的方向為水平方向，之后，通過垂直方向力的平衡求解條底反力，并依據對某一相同點的力矩平衡計算出穩定性系數Fs；

Bishop法的根本假設，是將滑面認定成圓弧面，將穩定性系數描述成對滑面旋轉中心的抗滑力矩與下滑力矩的比值，同時假設劃分的不同條帶所受的力都處于平衡狀態，具體的穩定性系數Fs的公式為：

式中，i為第i條帶；n為條帶總個數；c`為黏聚力；l_i為第i條滑面的長度；W_i為第i條帶的重力；α_i為第i條帶滑面傾角；μ_i為作用在滑面上的單位面積的孔隙水壓力；為內摩擦角；

(2)最大的排棄空間的確定：根據平面算量法，計算排土空間釋放量V，當排土空間釋放量最大即為最經濟的內排土場邊坡形態，作為最優邊坡形態；

所述的排土空間釋放量V的計算方法為：

將礦山平面圖劃分出若干塊段，通過分別計算每個塊段頂面與底面的面積和頂底面之間的距離求出各塊段的體積，之后累加為工程量；

式中：i為第i個塊段；n為劃分塊段總數；S_i上為第i個塊段頂面的面積，單位為m²；S_i下為第i個塊段底面的面積，單位為m²；h_i為第i個塊段的高度，單位為m；

步驟5，結合強度折減理論算法，運用FLAC^3D有限差分數值模擬軟件對以上得到的最優邊坡形態方案進行模擬檢驗，進一步驗證最優邊坡形態的可行性。

2.如權利要求1所述的傾斜基底內排土場邊坡形態的優化方法，其特征在于，所述的步驟1中，所述的傾斜基底內排土場邊坡穩定性影響因素具體為：排棄物料性質、基底巖土體性質及形態、邊坡形態、地應力、降水、凍結和融化。

3.如權利要求1所述的傾斜基底內排土場邊坡形態的優化方法，其特征在于，所述的步驟1中，所述的傾斜基底內排土場邊坡潛在滑坡模式主要為：以危險圓弧為側界面、以傾斜基底為底界面的切層-順層滑動。

4.如權利要求1所述的傾斜基底內排土場邊坡形態的優化方法，其特征在于，所述的步驟2中，所述的邊坡巖土體為排棄物料、砂泥巖互層和基底的巖土體。

5.如權利要求1所述的傾斜基底內排土場邊坡形態的優化方法，其特征在于，所述的步驟2中，所述的邊坡巖土體物理力學指標具體為容量、抗剪強度、彈性模量、黏聚力、內摩擦角和泊松比。

6.如權利要求1所述的傾斜基底內排土場邊坡形態的優化方法，其特征在于，所述的步驟4(1)中，所述的設計傾斜基底內排土場邊坡形態，具體設計包括不同排棄標高和不同平盤寬度的設計。

7.如權利要求1所述的傾斜基底內排土場邊坡形態的優化方法，其特征在于，所述的步驟4(1)中，所涉及的作用力有：作用在滑面上的有效法向力、作用在滑面上的全法向力、滑面上的極限抗滑力；條帶間的剪切作用力。