[發明專利]一種礦山邊坡最優開挖坡率計算方法

有效

• 申請號: 202110291622.4
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113239510B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 李澤;彭普;杜時貴;劉文連;許漢華;雍睿;張小艷
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 昆明人從眾知識產權代理有限公司 53204
• 代理人: 陳波

本發明公開了一種礦山邊坡最優開挖坡率計算方法，本發明以礦山邊坡為研究對象，建立礦山邊坡穩定安全性和開挖經濟性的多目標優化非線性數學規劃模型，該模型同時以安全系數的最大值和開挖效益的最大值為目標函數；并以開挖坡率、結構面的剪力和法向力為決策變量，以邊坡滑體的平衡方程約束條件、結構面的屈服條件為約束條件，同時約束條件中構建的重力函數能隨著開挖坡率的變化而變化，從而使得邊坡滑體極限平衡的約束條件可以很好的聯系礦山邊坡的安全性和經濟性，從而更加符合實際礦山邊坡開挖要求；通過本發明的方法可以直接獲得礦山邊坡的最優開挖坡率，使開挖效益最高的同時穩定安全系數最大，進而達到開挖經濟性與穩定安全性的統一。

技術領域

本發明涉及一種礦山邊坡最優開挖坡率計算方法，屬于礦山邊坡穩定性分析技術領域。

背景技術

近年來，礦山邊坡開挖所導致的邊坡穩定性問題受到了廣大巖土工程者的廣泛關注。在進行礦山邊坡開挖時通常涉及兩方面的問題：一是開挖后礦山邊坡的穩定安全性、二是開挖體積所產生的開挖經濟性。其中開挖后礦山邊坡的穩定安全性主要取決于結構面的性質及其空間組合，礦山邊坡中的層面、軟弱夾層、斷層、節理面均是開挖過程中導致邊坡失穩破壞的主要原因；開挖體積越大所產生的開挖經濟性效益越高，反之亦然。在實際工程中，通常采用開挖坡率法進行開挖設計，其主要是根據地質專業的建議和類似工程經驗，來確定開挖邊坡開挖坡率，如：《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330-2013)給出了礦山邊坡建議開挖坡率。規范所給建議開挖坡率是一個經驗取值，并不能保證礦山邊坡的安全系數和開挖效益同時達到最優，即達到既安全又經濟的目的。

當前礦山邊坡開挖設計存在以下問題：

(1)實際工程中，通常根據地質專業的建議和類似工程經驗，來確定邊坡的開挖開挖坡率，相關原理及理論均尚待考究；

(2)采用規范給出的礦山邊坡建議開挖坡率，穩定安全性和開挖經濟性均未能保證最優；

(3)礦山邊坡開挖設計本質上是一個同時尋求礦山邊坡開挖效益盡可能大與尋求礦山邊坡安全系數盡可能高的多目標問題，在當前還未有很好的方法進行全面考慮；

基于這種現狀，有必要提出一種同時滿足穩定安全性和開挖經濟性的礦山邊坡最優開挖坡率計算方法。

發明內容

本發明提供了一種礦山邊坡最優開挖坡率計算方法，通過該方法可以獲得同時滿足穩定安全性和開挖經濟性最優的穩定安全系數和開挖效益以及最優開挖坡率。

本發明的技術方案是：一種礦山邊坡最優開挖坡率計算方法，所述方法包括：

步驟1、擬定擬定礦山邊坡的幾何參數；

步驟2、擬定礦山邊坡的物理力學參數；

步驟3、礦山邊坡滑體的受力分析；

步驟4、建立礦山邊坡的穩定安全性目標函數和開挖經濟性目標函數；

步驟5、建立礦山邊坡滑體極限平衡的約束條件；

步驟6、建立礦山邊坡穩定安全性和開挖經濟性的多目標優化非線性數學規劃模型；

步驟7、求解礦山邊坡穩定安全性和開挖經濟性的多目標優化非線性數學規劃模型，獲得穩定安全性和開挖經濟性均最優時的穩定安全系數、開挖效益以及最優開挖坡率。

所述擬定擬定礦山邊坡的幾何參數包括：礦山邊坡高度H、結構面底端到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。

所述擬定礦山邊坡的物理力學參數包括：礦山邊坡滑體的容重γ，結構面的傾角α，結構面的凝聚力c和結構面的摩擦角