云南某露天矿山边坡稳定性影响因素敏感性分析.pdf
《云南某露天矿山边坡稳定性影响因素敏感性分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《云南某露天矿山边坡稳定性影响因素敏感性分析.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷第期有色金属(矿山部分)年月 d o i:/j i s s n 云南某露天矿山边坡稳定性影响因素敏感性分析陈明清,陈俊智,李弘博,王昊,王子航(昆明理工大学 国土资源工程学院,昆明 )摘要:边坡稳定性对于露天矿山工程十分重要.为深入研究云南某矿山边坡稳定性影响因素敏感性,根据现场勘探、岩石力学室内试验等工作准确地确定出了对该矿山边坡稳定性影响最大的四个因素,然后通过正交试验设计试验组,而后基于强度折减法计算边坡安全系数,最终先后运用极差分析法以及方差分析法对试验结果进行了对比分析以及验证,充分保证了分析的全面性和准确性.最终结果表明:四种因素均对该矿山边坡具有显著影响,该矿山边坡稳定性影
2、响因素敏感性由大到小的排序为黏聚力水平地震加速度内摩擦角最终边坡角;极差分析与方差分析所得敏感性大小顺序一致,可做相互校核;本研究可为相似露天矿山边坡设计、加固工作提供一定的参考依据.关键词:矿山边坡;敏感性;正交设计;极差分析;方差分析中图分类号:T D 文献标志码:A文章编号:()S e n s i t i v i t ya n a l y s i so f i n f l u e n c i n gf a c t o r so f s l o p e s t a b i l i t y i na no p e n p i tm i n eCHE N M i n g q i n g,CHE
3、 NJ u n z h i,L IH o n g b o,WANG H a o,WANGZ i h a n g(F a c u l t yo fL a n dR e s o u r c e sE n g i n e e r i n g,K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,K u n m i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:S l o p es t a b i l i t y i sv e r y i m p o r t a n t f o ro p e n
4、 p i tm i n e e n g i n e e r i n g I no r d e r t o f u r t h e r s t u d y t h e s e n s i t i v i t yo f t h e i n f l u e n c i n g f a c t o r so f s l o p e s t a b i l i t y i nam i n e i nY u n n a n,t h i sp a p e r a c c u r a t e l yd e t e r m i n e s t h e f o u r f a c t o r s t h a th
5、 a v e t h eg r e a t e s t i m p a c to nt h es l o p es t a b i l i t yo ft h em i n ea c c o r d i n gt ot h ef i e l de x p l o r a t i o na n dr o c k m e c h a n i c sl a b o r a t o r yt e s t s T h e n,t h e t e s tg r o u p i sd e s i g n e db ya no r t h o g o n a l t e s t,a n dt h e nt h
6、 e s l o p e s a f e t y f a c t o r i s c a l c u l a t e db a s e do nt h es t r e n g t hr e d u c t i o nm e t h o d F i n a l l y,t h e r a n g ea n a l y s i sm e t h o da n dv a r i a n c ea n a l y s i sm e t h o da r eu s e dt oc o m p a r ea n dv e r i f yt h ee x p e r i m e n t a lr e s
7、u l t s,w h i c hf u l l yg u a r a n t e e st h ec o m p r e h e n s i v e n e s sa n da c c u r a c yo ft h ea n a l y s i s T h ef i n a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ef o u rf a c t o r sh a v eas i g n i f i c a n ti m p a c to nt h es l o p eo ft h e m i n e T h es e n s i t i v i t yo f t h
8、 e i n f l u e n c i n gf a c t o r so f t h es l o p es t a b i l i t yo f t h em i n ef r o ml a r g et os m a l l i sc o h e s i o n h o r i z o n t a ls e i s m i ca c c e l e r a t i o ni n t e r n a l f r i c t i o na n g l ef i n a l s l o p ea n g l e;T h eo r d e ro f s e n s i t i v i t yo
9、 b t a i n e db yr a n g ea n a l y s i sa n dv a r i a n c ea n a l y s i s i sc o n s i s t e n t,w h i c hc a nb ec h e c k e dm u t u a l l y T h i ss t u d yc a np r o v i d er e f e r e n c ef o rt h ed e s i g na n dr e i n f o r c e m e n to f s i m i l a ro p e n p i tm i n es l o p e s K e
10、 yw o r d s:m i n es l o p e;s e n s i t i v i t y;o r t h o g o n a l d e s i g n;r a n g ea n a l y s i s;v a r i a n c ea n a l y s i s收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目(U )作者简介:陈明清(),男,硕士研究生,主要从事岩石力学方面的研究,E m a i l:c m q c o m.通信作者:陈俊智(),副教授,博士,主要从事岩石力学、矿山安全以及矿山信息化的研究,E m a i l:q q c o m.对于露天矿山而言,边坡稳定与否关乎着矿
11、山的安全与否,因此对于边坡稳定性的研究一直是十分重要的一个课题.众所周知,露天矿山边坡的设计、加固需要充分了解该矿山的工程地质条件、水文地质条件、岩体力学试验数据等,因此对于矿山边坡进行敏感性因素分析对于边坡设计、加固有着举足轻重的作用.近年来,不少的学者通过正交设计法、灰色关联分析法、联合分析法等来研究边坡影响因子敏感性.例如,胡接枝利用正交试验以及极差分析法研究边坡高度、黏聚力、内摩擦角、边坡角、容重对知不拉铜矿露天边坡的稳定性的影响,最终得出边坡高度对边坡稳定性影响最大.侯超群等利用正交试验以及极差分析法对抗滑桩加固的边坡进行了稳定性因素敏感性分析,研究表明内摩擦角、黏聚力以及边坡倾角对
12、边坡稳定性影响最大.赵永虎等基于灰色关联分析理论对兰州地区的黄土边坡有色金属(矿山部分)第 卷进行因素敏感性分析,从关联度的角度表明岩体黏聚力和内摩擦角对边坡稳定性影响最大,其次是重度以及地震作用.尹吉娜等运用灰色关联分析对中心角、孔压系数等因素进行了边坡敏感性分析,其研究结果表明中心角的敏感性大于孔压系数.苏永华等将均匀试验法与灰色关联分析法相结合,研究了某路基边坡的影响因素敏感性,最终得出填料的物理力学参数以及几何参数对半填半挖路基变形均比较敏感.刘飞等将B P神经网络和均匀设计相结合对边坡进行敏感性分析,该方法使得试验点更均匀,更具有代表性,其研究结果表明重度、内摩擦角以及黏聚力对边坡稳
13、定性影响更大.褚志成等通过灰色关联分析法对多年冻土边坡的稳定性影响因素进行了敏感性分析,最后得出土体黏聚力对冻土边坡稳定性影响最大.殷博等利用正交试验和极差分析法研究软弱夹层的参数对岩质边坡稳定性的影响,研究结果表明软弱夹层的内摩擦角的敏感性最大,其次是软弱夹层的倾角.综上所述,多数的研究都是采用一种分析方法进行边坡敏感性研究,这难免会有一些局限性,同时最终结果的正确性也未得到其他方法的验证.鉴于此,本文在现场勘探、室内岩石力学试验等基础之上,先后运用极差分析法以及方差分析法对云南省某露天矿山边坡进行敏感性分析,先通过极差分析法确定影响因素敏感性大小,并通过绘制影响因素与边坡安全系数的关系图来
14、直观分析它们之间的规律,最后通过方差分析法进行因素显著性分析,对因素的显著性进行定量估计的同时还验证了极差分析法结果.这样充分利用了两种方法的优点,同时还能互相验证,保证了敏感性分析结果的正确性,为该矿山边坡参数设计以及边坡稳定性评价提供了一定的参考依据.工程背景及影响因素确定该矿山位于云南省昭通市,矿区附近主要构造不发育.矿区总体为一走向北东南西,倾向南东的单斜构造,岩层产状 .矿区地质构造复杂程度为简单类型.同时该地区地震活动频繁,每次地震均具有强度大、灾害重等特点,因此在分析该矿山边坡稳定性时应考虑地震作用的影响.一些学者 提出边坡的几何形状、边坡体抗 剪 强 度 指 标 对 边 坡 稳
15、 定 性 具 有 较 大 影 响,同时 结 合 现 场 勘 探,室 内 岩 石 力 学 试 验 以 及 采 矿工艺等实际情况(如图所示),确定出对该图现场图片F i g L i v ep i c t u r e图试样图F i g S a m p l ed r a w i n g图单轴试验过程图F i g P r o c e s sd i a g r a mo f t h eu n i a x i a l e x p e r i m e n t第期陈明清等:云南某露天矿山边坡稳定性影响因素敏感性分析矿山边坡稳定性影响较大的四个因素,分别是内摩擦角、黏 聚力、最终边 坡角以及 地 震 作 用.由于
16、边坡不同区域的岩体力学参数有所不同,根据现场的地质情 况以及室 内试验结果 确定出该 矿山的岩体力学参数范围,再根据典型剖面以及地震设防烈度确定 最终边坡角 以及水平地 震加 速度的范围,最后根据范围划分出因素水平表,如表所示.表因素水平表T a b l eF a c t o r l e v e l t a b l e水平因素水平地震加速度/(ms)最终边坡角/()黏聚力/MP a内摩擦角/()g g g g g 注:g为重力加速度,下同.研究方法 强度折减法强度 折 减 法 常 常 应 用 于 边 坡 稳 定 性 的 研究 .强度折减法 是指令边坡刚好达到临界破坏时,对岩土体的抗剪强度进行折
17、减的程度,定义安全系数为岩土体的实际抗剪强度与临界破坏时的折减抗剪强度的比值.公式表达如式()、()所示:cFcFs()Ft a n t a nFs()式中:c、cF分别为折减前后的黏聚力;、F分别为折减前后的内摩擦角;Fs为折减系数,当边坡达到临界破坏状态时的折减系数为安全系数.极差分析法 极差分析是通过计算各因素在不同因素水平下所得试验值的平均数,然后计算最大平均数与最小平均数的差值即为极差,并可通过极差判断出各因素影响程度大小.极差分析法不仅直观形象,还简单易懂.方差分析法 一般来说,各个因素对试验结果的影响是不一样的,而不同因素的不同水平对试验结果的影响也有可能是不同的.将数据分成多组
18、,在同一组的数据看成是有同一来源,方差分析就是根据这些分组来进行分析,检验在一定假设条件下各组的均值是否相等,从而判断各因素的各水平对试验结果的影响是否显著,最终得出对试验结果影响由大到小的因素.正交设计 正交设计可以通过巧妙地安排试验来大大降低试验的次数,同时还能达到较好的试验效果.根据因素水平表,通过S P S S软件设计因素水平的正交试验表,即为正交表L (),如表所示.表正交试验表T a b l eO r t h o g o n a l t e s t t a b l e实验号水平地震加速度/(ms)最终边坡角/()黏聚力/MP a内摩擦角/()g g g g g g g g g g
19、g g g g g g g g g g g g g g g 数值模型构建及固定参数选择 模型构建边坡模型选择该矿山具有代表性的边坡剖面,通过导入R h i n o软件中建立边坡模型,并通过该软件对网格进行划分(对坡面部分进行了加密处理以保证结果的可靠性),最后导入F L A C D软件中,模型如图所示.有色金属(矿山部分)第 卷图边坡模型图F i g S l o p em o d e l d i a g r a m 边界条件对模型底部x、y、z方向的速度进行固定,模型左侧以及右侧x方向的速度进行固定,对整个模型y方向的速度进行固定.固定参数选取岩石力学参数中除了内摩擦角以及黏聚力外,其余参数固
20、定不变.固定参数的取值是根据对该矿山岩石进行室内岩石力学试验后进行合理确定,具体取值如表所示.表固定参数表T a b l eF i x e dp a r a m e t e r t a b l e参数弹性模量/G P a泊松比抗拉强度/MP a剪切模量/G P a体积模量/G P a数值 基本假设)假设该露天矿山边坡为各向均质同性的弹塑性材料.)不考虑地下水的影响.)地震加速度只考虑水平地震加速度峰值.试验结果及分析 数值模拟结果展示本文通过F L A C D软件来对该矿山边坡进行安全系数的计算,计算方法运用强度折减法.由于篇幅有限,仅展示部分计算结果图,如图所示,图的右上角代表正交设计表中的
21、试验分组.图部分数值模拟结果图F i g P a r t o f t h en u m e r i c a l s i m u l a t i o nr e s u l t s 正交试验表计算将正交设计所形成的试验表进行计算,最终得出 组试验的安全系数值,如表所示.第期陈明清等:云南某露天矿山边坡稳定性影响因素敏感性分析表安全系数计算表T a b l eS a f e t y f a c t o rc a l c u l a t i o nt a b l e实验号水平地震加速度/(ms)最终边坡角/()黏聚力/MP a内摩擦角/()安全系数 g g g g g g g g g g g g g
22、g g g g g g g g g g g g 极差分析将表进行极差分析,得到表极差分析表.同时根据极差分析表可绘制出各因素对边坡安全系数的影响曲线,如图所示.表极差分析表T a b l eR a n g ea n a l y s i s t a b l e因素水平地震加速度/(ms)最终边坡角/()黏聚力/MP a内摩擦角/()K K K K K 极差 图受地震影响的安全系数图F i g S a f e t yf a c t o rd i a g r a ma f f e c t e db y t h e e a r t h q u a k e图受最终边坡角影响的安全系数图F i g S a
23、 f e t yf a c t o rd i a g r a ma f f e c t e db yf i n a l s l o p ea n g l e有色金属(矿山部分)第 卷图受黏聚力影响的安全系数图F i g S a f e t y f a c t o rd i a g r a ma f f e c t e db yc o h e s i o n图受内摩擦角影响的安全系数图F i g S a f e t y f a c t o rd i a g r a ma f f e c t e db y i n t e r n a l f r i c t i o na n g l e根据表可知,
24、四种因素所得的极差分别为 、,根据极差分析原理,极差越大说明因素的水平改变对安全系数的影响越大,即敏感性越大,因此各因素对该矿山边坡稳定性影响由大到小依次是黏聚力水平地震加速度内摩擦角最终边坡角.根据图可知,边坡安全系数随着水平地震加速度的增大而减小,下降幅度为 ;边坡安全系数随着最终边坡角的增大而减小,下降幅度为 ;边坡安全系数随着黏聚力的增大而增大,增长幅度为 ;边坡安全系数随着内摩擦角的增大而增大,增长幅度为 .根据变化幅度也能大致对敏感性进行排序,即黏聚力水平地震加速度内摩擦角最终边坡角.方差分析利用S P S S软件对表进行方差分析,得到方差分析表,结果如表所示.表修 正 模 型 一
25、 行 中 的 显 著 性 为,小 于 ,说明所用的数学模型具有统计意义.根据方差分析表中的显著性一栏可知,各因素显著性均为,小于 ,说明水平地震加速度、最终边坡角、黏聚力、内摩擦角对该矿山边坡稳定性均具有显著影响.由于显著性一栏均为零,要比较各因素对边坡安全系数的影响大小,需通过S P S S软件中的效应量估算,计算出各因素的偏Et a平方值(偏Et a平方值又称为关联强度,表示因变量被自变量解释的百分比),根据偏Et a平方值的大小可知,对该矿山边坡安全系数影响由大到小的因素依次为黏聚力、水平地震加速度、内摩擦角、最终边坡角.表方差分析表T a b l eV a r i a n c ea n
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 云南 露天矿 山边 稳定性 影响 因素 敏感性 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。