[發明專利]一種爆破開挖作用下含后緣裂隙巖質邊坡穩定性預測方法

在審

• 申請號: 202310049499.4
• 申請日: 2023-02-01
• 公開（公告）號: CN116127573A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 王建明;王歡;姚強;陳沖;崔新男;王懷遠;岳星彤;潘博
• 申請（專利權）人: 鞍鋼集團北京研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

本發明提供一種爆破開挖作用下含后緣裂隙巖質邊坡穩定性預測方法，利用斷裂力學理論，給出了爆破開挖作用下邊坡后緣裂隙尖端應力強度因子計算公式，考慮分支裂隙擴展長度，構建了邊坡巖體裂隙擴展貫通力學模型，建立了邊坡穩定性系數計算方法，提高了此類邊坡穩定性計算的科學性與準確性，且計算方法簡單快速，具有重要的工程適用價值。包括：步驟1：地質模型概化；步驟2：開挖卸荷作用下后緣裂隙尖端應力強度因子求解；步驟3：求解爆破作用下后緣裂隙尖端應力強度因子；步驟4：爆破開挖作用下后緣裂隙尖端應力強度因子求解；步驟5：爆破開挖坡體后緣裂隙擴展長度計算；步驟6：爆破開挖作用下含后緣裂隙邊坡安全系數推導。

技術領域

本發明涉及邊坡穩定性研究技術領域，特別涉及一種爆破開挖作用下含后緣裂隙巖質邊坡穩定性預測方法。

背景技術

金屬露天礦邊坡在爆破開挖等外界荷載作用下，會在邊坡坡頂和局部平臺頂部形成一定規模張拉裂隙，這在實際工程中較為常見。進一步的巖體開挖所引發的調整應力和卸荷擾動會使這些張拉裂隙不斷擴展，進而導致邊坡突發性失穩，給周圍人員生命及財產造成極大威脅。此類巖質邊坡的特點為在邊坡前緣存在近水平或緩傾坡外的結構面(常為層面或軟弱夾層)，后緣存在張拉裂隙，前緣緩傾結構面和后緣裂隙之間的區域對邊坡穩定性起控制作用。目前評價含后緣裂隙巖質邊坡穩定性常采用室內模型試驗和數值模擬方法，如文獻“三段式巖石滑坡的鎖固段破壞模式及演化機制.巖土工程學報,2018,40(9):1601-1609”和文獻““擋墻潰屈”型滑坡鎖固段抗滑穩定性研究.巖土工程學報,2016,38(9):1734–1740”。但是數值模擬建模的復雜、計算時間長和參數難確定等導致工程應用較為困難，且缺乏針對含后緣裂隙巖質邊坡在爆破開挖作用下的理論研究。

為解決上述問題，需要一種考慮爆破和開挖卸荷共同作用的含后緣裂隙巖質邊坡穩定性簡易預測方法。

發明內容

為了解決背景技術提出的技術問題，本發明提供一種爆破開挖作用下含后緣裂隙巖質邊坡穩定性預測方法，利用斷裂力學理論，給出了爆破開挖作用下邊坡后緣裂隙尖端應力強度因子計算公式，考慮分支裂隙擴展長度，構建了邊坡巖體裂隙擴展貫通力學模型，建立了邊坡穩定性系數計算方法，提高了此類邊坡穩定性計算的科學性與準確性，且計算方法簡單快速，具有重要的工程適用價值。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種爆破開挖作用下含后緣裂隙巖質邊坡穩定性預測方法，包括如下步驟：

步驟1：地質模型概化，建立邊坡滑動力學模型；確定相關參數，所述相關參數包括后緣裂隙與水平方向的夾角α、下部裂隙與水平方向的夾角β、滑體重量W、滑體在平行于下部裂隙方向的力W_t、滑體在垂直于下部裂隙方向的力W_n、后緣裂隙的切向力W_τ、后緣裂隙的法向力W_σ、γ為巖體容重、V為滑體體積、T為開挖卸荷拉應力；

步驟2：開挖卸荷作用下后緣裂隙尖端應力強度因子求解；包括：

1)建立邊坡后緣裂隙擴展概化模型，確定相關參數，所述相關參數包括后緣裂隙未貫通巖體及其上部巖體的平均高度h、裂隙垂直高度z、滑體重心到裂隙尖端水平距離a、滑體重心到裂隙尖端垂直距離b、為滑體和卸荷拉應力對裂隙尖端產生的彎矩M；

2)求解拉應力強度因子、剪應力強度因子和彎矩在后緣裂隙尖端應力強度因子K_Ι1、K_Ι2和K_ΙΙ3；

3)求解開挖卸荷作用下后緣裂隙尖端I型應力強度因子和II型應力強度因子求解K_Ι卸和K_ΙΙ卸；

步驟3：求解爆破作用下后緣裂隙尖端I型應力強度因子和II型應力強度因子K_Ι動(t)和K_II動(t)；