[發(fā)明專利]一種礦山邊坡最優(yōu)開挖坡率計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110291622.4
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113239510B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李澤;彭普;杜時貴;劉文連;許漢華;雍睿;張小艷
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 昆明人從眾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 53204
• 代理人: 陳波

1.一種礦山邊坡最優(yōu)開挖坡率計(jì)算方法，其特征在于：所述方法包括：

步驟1、擬定礦山邊坡的幾何參數(shù)；

步驟2、擬定礦山邊坡的物理力學(xué)參數(shù)；

步驟3、礦山邊坡滑體的受力分析；

步驟4、建立礦山邊坡的穩(wěn)定安全性目標(biāo)函數(shù)和開挖經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)；

步驟5、建立礦山邊坡滑體極限平衡的約束條件；

步驟6、建立礦山邊坡穩(wěn)定安全性和開挖經(jīng)濟(jì)性的多目標(biāo)優(yōu)化非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型；

步驟7、求解礦山邊坡穩(wěn)定安全性和開挖經(jīng)濟(jì)性的多目標(biāo)優(yōu)化非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，獲得穩(wěn)定安全性和開挖經(jīng)濟(jì)性均最優(yōu)時的穩(wěn)定安全系數(shù)、開挖效益以及最優(yōu)開挖坡率；

所述求解礦山邊坡穩(wěn)定安全性和開挖經(jīng)濟(jì)性的多目標(biāo)優(yōu)化非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，獲得穩(wěn)定安全性和開挖經(jīng)濟(jì)性均最優(yōu)時的穩(wěn)定安全系數(shù)、開挖效益以及最優(yōu)開挖坡率，具體為：

①采用罰函數(shù)法求解穩(wěn)定安全性最優(yōu)的非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，其中穩(wěn)定安全性最優(yōu)的非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型如下：

式中：為開挖穩(wěn)定安全性最優(yōu)時的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)；F_S為結(jié)構(gòu)面上作用的剪力，其中F_S以逆時針方向轉(zhuǎn)動為負(fù)；F_N為結(jié)構(gòu)面上作用的法向力，其中F_N以受壓為正；α為結(jié)構(gòu)面與x軸正向夾角，α以逆時針方向轉(zhuǎn)動為正；G為礦山邊坡滑體形心處作用的重力；c、分別為結(jié)構(gòu)面的凝聚力和摩擦角；l為結(jié)構(gòu)面的長度；k₁是礦山邊坡滑體單位體積售價(jià)；H為礦山邊坡高度；J¹為開挖穩(wěn)定安全性最優(yōu)時的邊坡開挖效益；θ^K為開挖穩(wěn)定安全性最優(yōu)時的邊坡開挖坡率；β為礦山邊坡天然坡率；

②采用罰函數(shù)法求解開挖經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，其中，開挖經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型如下：

式中：為開挖經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)時的邊坡開挖效益；K¹為開挖經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)時的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)；θ^J為開挖經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)時的邊坡開挖坡率；

③構(gòu)造穩(wěn)定安全性和開挖經(jīng)濟(jì)性均最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：Z為穩(wěn)定安全性和開挖經(jīng)濟(jì)性均最優(yōu)時的目標(biāo)函數(shù)；為穩(wěn)定安全性和開挖經(jīng)濟(jì)性均最優(yōu)時的邊坡開挖效益；為穩(wěn)定安全性和開挖經(jīng)濟(jì)性均最優(yōu)時的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)；

④采用罰函數(shù)法求解礦山邊坡開挖經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定安全性的非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，其中，礦山邊坡開挖經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定安全性的非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型如下：

式中：θ^opt為穩(wěn)定安全性和開挖經(jīng)濟(jì)性均最優(yōu)時的最優(yōu)開挖坡率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山邊坡最優(yōu)開挖坡率計(jì)算方法，其特征在于：所述擬定礦山邊坡的幾何參數(shù)包括：礦山邊坡高度H、結(jié)構(gòu)面底端到x軸的距離H₁；礦山邊坡的天然坡率β；礦山邊坡的開挖坡率θ。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山邊坡最優(yōu)開挖坡率計(jì)算方法，其特征在于：所述擬定礦山邊坡的物理力學(xué)參數(shù)包括：礦山邊坡滑體的容重γ，結(jié)構(gòu)面的傾角α，結(jié)構(gòu)面的凝聚力c和結(jié)構(gòu)面的摩擦角

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山邊坡最優(yōu)開挖坡率計(jì)算方法，其特征在于：所述礦山邊坡滑體的受力分析具體為：礦山邊坡滑體形心處作用的重力G，礦山邊坡滑體結(jié)構(gòu)面上作用有剪力F_S和法向力F_N，其中F_S以逆時針方向轉(zhuǎn)動為負(fù)，F(xiàn)_N以受壓為正。