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工程管理前沿【2019年第24期】

  • ID:271572
  • 浏览:5295
  • 学科:工程地质学
  • 更新时间:2020-02-26 21:44:48
  • 期刊: 工程管理前沿
内容简介
《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

大型露天矿山边坡稳定性等精度评价方法

2019/8/9 15:17:00 工程地质学 李强,1,郝宇,2,
资料简介

摘要:边坡是露天矿山最主要的结构要素。由于开采活动贯穿于矿山服务期的始终,露天矿山边坡一直处于被不断开挖的动态变化过程中。随着矿业的发展和露天开采深度的加大,大型露天矿山边坡的稳定性已成为直接关系到矿山安全生产与发展的重大问题。本文对 大型露天矿山边坡稳定性等精度评价方法进行探讨。

大型露天矿山边坡稳定性等精度评价方法

李强 1 郝宇 2 张同星 3

1 、内蒙古太平矿业有限公司 内蒙古 015300

2、内蒙古太平矿业有限公司 内蒙古 015300

3、中国矿业大学(北京) 北京 100083

摘要:边坡是露天矿山最主要的结构要素。由于开采活动贯穿于矿山服务期的始终,露天矿山边坡一直处于被不断开挖的动态变化过程中。随着矿业的发展和露天开采深度的加大,大型露天矿山边坡的稳定性已成为直接关系到矿山安全生产与发展的重大问题。本文对大型露天矿山边坡稳定性等精度评价方法进行探讨。

关键词:边坡工程;露天矿山边坡;边坡稳定性;等精度评价

一、边坡稳定系数精度与误差

露天矿边坡稳定性研究经历了由经验到理论、由定性到定量、由单一评价到综合评价、由传统理论和方法到新理论、新方法、新技术的发展过程。然而,目前针对边坡稳定性计算精度的分析研究却做得很少。开展了边坡稳定不平衡推力法的精度分析,指出边坡稳定计算误差的大小取决于滑面控制点处滑面的倾角变化,并且滑面控制点处滑面倾角的变化对稳定计算误差的影响不同,其敏感性影响与控制点的位置有关。该研究结果表明,在某些情况下评价结果与边坡真实的稳定状态存在很大的误差,在不考虑边坡稳定性计算精度的前提下,盲目的采用各类方法进行边坡稳定性分析和矿山边坡设计,将给矿山工程带来隐患,危及国家财产和人民的生命安全。边(滑)坡稳定性,首先应确定各类边(滑)坡的安全系数,选取的安全系数必须与采用的分析方法相对应。边坡稳定性评价所采用的分析方法、力学模型及参数必须与安全系数取值标准相匹配。由于露天矿山边坡工程是一个动态地质工程问题,矿山边坡加固设计选用的安全系数(设计安全系数),应该在矿山边坡稳定性评价提供边坡稳定系数的基础上,根据大型露天矿山服务年限确定的边坡安全系数,考虑工程类别及工程等级(安全储备)来综合选取。

矿山边坡岩体是在漫长的地质演化过程中形成的性质极其复杂的地质体,促使其演化的内外动力因素极其复杂,尽管从总体上有其一定的规律性,但其外在表现具有很大的随机性。人们对矿山边坡的认识就是从这些随机现象开始,透过现象看本质。基于现场调查与室内试验数据,建立地质力学模型,计算边坡稳定系数是矿山边坡稳定性研究的重要方面,稳定性评价结果的合理性取决于对地质现象的不确定性掌握的丰度。根据大型露天矿山现场工程地质调查和岩体工程性质测试构建的物理计算模型,通常包括几何建模和物理属性2个部分,相应地,边坡稳定性计算精度包括边坡稳定性计算模型的几何精度和边坡稳定性计算过程的计算精度。因此,大型露天矿山边坡稳定系数计算的随机误差主要由计算模型的几何误差、计算过程的计算误差构成。相应地,大型露天矿山边坡稳定系数计算的精度由2个方面构成:(1)计算模型的几何精度,包括几何尺度选取和几何测量精度;(2)计算过程的计算精度,包括计算参数取值和计算方法选择。边坡稳定性评价结果的准确性可以通过提高计算模型的几何精度与提高计算过程的计算精度来实现。

二、大型露天矿山边坡稳定性等精度评价

目前在边坡稳定性研究工作中存在忽视第一手资料及工程实践的现象,而过多地强调新理论、新方法及数值技术。新方法、新理论的应用无疑是件好事,但它必须与边坡地质条件及工程实践紧密相结合,不能脱离实际为理论而理论。因为边坡稳定性评价方法的可靠性是建立在全面、正确认识客观地质条件及边坡工程地质模型的基础上,否则难免会脱离实际。本文重点阐述了由于人们对客观地质条件认识与工程地质建模的局限性引起的边坡稳定性计算误差,并提出了提高边坡稳定性计算精度的大型露天矿山边坡稳定性等精度评价方法。该方法是运用边坡稳定性分级分析方法和岩体结构面抗剪强度精细取值技术,努力消除边坡稳定计算的随机误差,并将实现随机误差最小的技术固化,削弱“人为性”提高“技术性”,通过减少人为误差来降低误差水平,提高边坡稳定性计算精度的方法。为了保障大型露天矿山采矿工程的安全性,必须对总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡3个不同层次边坡的稳定状态在相同评价标准下进行评价。

露天矿山边坡的结构性决定了边坡稳定性分级分析的适用性,分级分析是矿山边坡稳定性等精度评价的基础。同时,开采露天矿山地质调查充分、描述精细,结构面空间几何参数和物理力学参数可准确确定。为开展大型露天矿山边坡岩体结构面抗剪强度精细取值提供了可行性。大型露天矿山边坡稳定性等精度评价方法既能提高计算模型的几何精度,又能提高计算过程的计算精度。大型露天矿山边坡稳定性等精度评价是指,在工程地质条件详细调查和精细描述,空间几何参数和物理力学参数精确测定基础上,运用边坡稳定性分级分析方法和岩体结构面抗剪强度精细取值技术,实现总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡稳定性等精度评价,统一评价标准,提高评价精度,均衡稳定协调性,为大型露天矿山边坡精准设计提供可靠依据。具体来说,就是按照结构面空间位置与边坡部位相匹配、结构面规模与边坡规模相匹配的原则,系统全面的找出控制边坡稳定的关键性结构面及其组合,开展边坡稳定性分级分析,将组合台阶边坡和台阶边坡放大至总体边坡相同的几何尺度,分别建立总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡稳定性计算模型,提高组合台阶边坡和台阶边坡稳定性计算建模的几何精度,消除几何随机误差;根据大型露天矿山边坡稳定性分级分析,将边坡划分成稳定的和可能破坏的2种类型,针对可能破坏的边坡,找准边坡潜在滑移面所对应的结构面及其潜在滑移方向,分别进行岩体结构面抗剪强度精细取值,提高总体边坡、组合台阶边坡和台阶边坡稳定性计算过程的计算精度,消除计算随机误差。为提高几何精度,须开展边坡稳定性分级分析,将组合台阶边坡和台阶边坡放大至总体边坡相同的比例尺,提高几何描述精度;进行组合台阶边坡和台阶边坡滑移面和边坡面精细测量,提高几何测量精度,消除几何随机误差。为提高计算精度,须进行岩体结构面抗剪强度精细取值,提高计算参数的取值精度,消除计算参数随机误差。

根据研究,不同计算方法的稳定系数精度不同,由计算方法引起的随机误差将影响设计安全系数选取,因此,设计安全系数选取应该与计算方法相适应。也就是说,在相同的几何精度和计算精度下,不同计算方法应选取不同的设计安全系数,以体现由计算方法造成的稳定系数随机误差对矿山边坡稳定性评价可靠性的影响。在分级分析和精细取值基础上,实现大型露天矿山边坡稳定性等精度评价可达到以下目标:

(1)统一评价标准。消除边坡稳定性计算的随机误差,使总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡的相对误差相同或相近,可以用相同的设计安全系数评价不同级别边坡的稳定性,开展边坡加固治理设计。

(2)均衡稳定协调性。用边坡稳定性评价结论指导边坡角设计或加固设计时,确保总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡具有相同的稳定性。一方面,使不同级次边坡具有很好的稳定协调性,避免稳定性不均衡现象,如总体边坡稳定性很差,台阶边坡稳定性很好;另一方面,使整体稳定性与局部稳定性相协调,不要出现整体稳定与局部稳定不协调的现象,如整体稳定性很差,局部稳定性很好。

实现高精度评价。提高几何精度与计算精度,降低随机误差,实现矿山边坡稳定性高精度评价,为最优边坡角精准设计保驾护航。

结束语

综上所述,大型露天矿山边坡稳定性分级分析可显著提高台阶边坡和含少量台阶数目的组合台阶边坡的稳定性评价精度;岩体结构面抗剪强度精细取值能克服人为因素的影响,消除随机计算误差,显著提高边坡稳定性计算精度。因此,分级分析和精细取值基础上,开展等精度评价,可提高大型露天矿山边坡稳定性评价的可靠度。大型露天矿山边坡稳定性等精度评价是提高边坡稳定性评价精度的重要手段,尤其对台阶边坡、台阶数目少于4个的组合台阶边坡效果更好。

参考文献

[1]杜时贵,雍睿,陈咭扦,等.大型露天矿山边坡岩体稳定性分级分析方法[J].岩石力学与工程学报,2017,36(11)

[2]郑颖人,陈祖煜.边坡与滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社,2007:334–337