本發(fā)明涉及邊坡穩(wěn)定性分析，尤其是涉及礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在礦山工程實(shí)踐中，尤其是在寒冷氣候條件下，礦山巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性評估是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。這些邊坡不僅受到常規(guī)地質(zhì)條件的影響，還面臨凍融循環(huán)帶來的額外挑戰(zhàn)。凍融作用會(huì)顯著改變巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，如降低強(qiáng)度、增加裂紋等，進(jìn)而影響邊坡的整體穩(wěn)定性。與此同時(shí)，地震作為一種難以預(yù)測且破壞力極強(qiáng)的自然災(zāi)害，對邊坡的穩(wěn)定性構(gòu)成了另一重大威脅。地震波的傳播能夠激發(fā)邊坡體內(nèi)的應(yīng)力重分布，誘發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，對礦山生產(chǎn)及周邊環(huán)境造成巨大危害。因此，在寒冷氣候條件下的礦山巖質(zhì)邊坡，其穩(wěn)定性評估必須綜合考慮凍融循環(huán)與地震作用的雙重影響。

2、目前，針對礦山巖質(zhì)邊坡的地震穩(wěn)定性分析方法和考慮凍融狀態(tài)影響的穩(wěn)定性分析方法均有所發(fā)展。這些方法通常依賴于建立復(fù)雜的地質(zhì)、力學(xué)和數(shù)學(xué)模型，以模擬邊坡在不同條件下的行為，可以給礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析提供借鑒。然而，這些方法在實(shí)際應(yīng)用中普遍面臨計(jì)算量大、耗時(shí)長的問題，特別是在偏遠(yuǎn)地區(qū)的礦山，由于監(jiān)測數(shù)據(jù)有限、計(jì)算資源和硬件設(shè)備不足，這些方法的實(shí)施變得尤為困難。

3、此外，偏遠(yuǎn)地區(qū)的環(huán)境條件通常較為惡劣，對分析方法的簡便性、快速性和實(shí)用性提出了更高要求。現(xiàn)有的復(fù)雜模型和方法雖然能夠提供較為精確的分析結(jié)果，但在實(shí)際應(yīng)用中往往難以滿足快速響應(yīng)和現(xiàn)場決策的需求。

4、綜上所述，盡管礦山巖質(zhì)邊坡的地震穩(wěn)定性和凍融狀態(tài)下的穩(wěn)定性分析已經(jīng)取得了一定的研究成果并能夠應(yīng)用于礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析，但在實(shí)際應(yīng)用中，仍然缺乏一種簡單快捷、實(shí)用性強(qiáng)的穩(wěn)定性分析方法。因此，探索一種能夠兼顧準(zhǔn)確性與效率，適應(yīng)偏遠(yuǎn)地區(qū)特殊環(huán)境條件的礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析方法，就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析方法及系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析方法，所述方法包括如下步驟：采集礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的歷史地震穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)，并使用所述歷史地震穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)建立邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)集；根據(jù)所述邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)集進(jìn)行礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的塑性變形分析，進(jìn)而構(gòu)建第一穩(wěn)定性分析模型；依據(jù)塑性變形分析的結(jié)果和所述第一穩(wěn)定性分析模型建立失穩(wěn)貫穿預(yù)測模型和第二穩(wěn)定性分析模型；獲取實(shí)時(shí)的地震穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)，進(jìn)而使用所述失穩(wěn)貫穿預(yù)測模型和所述第二穩(wěn)定性分析模型確定礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的實(shí)時(shí)地震穩(wěn)定性。本發(fā)明能夠簡單、快捷且較為準(zhǔn)確的估測礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性，為高寒地區(qū)的礦山巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析提供了更多選擇。

3、可選地，所述采集礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的歷史地震穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)，并使用所述歷史地震穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)建立邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)集包括如下步驟：

4、采集礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的歷史地震穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理，得到歷史地震穩(wěn)定性精確數(shù)據(jù)；

5、使用所述歷史地震穩(wěn)定性精確數(shù)據(jù)建立所述邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)集。

6、進(jìn)一步的，本發(fā)明通過構(gòu)建邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)集為后續(xù)的礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

7、可選地，所述根據(jù)所述邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)集進(jìn)行礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的塑性變形分析，進(jìn)而構(gòu)建第一穩(wěn)定性分析模型包括如下步驟：

8、根據(jù)所述邊坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)集進(jìn)行礦山巖質(zhì)邊坡的塑性變形分析，進(jìn)而確定礦山巖質(zhì)邊坡的滑面類型；

9、依據(jù)所述滑面類型劃分巖石條塊，進(jìn)而在水平方向地震力作用時(shí)基于力矩平衡構(gòu)建極限平衡狀態(tài)下礦山巖質(zhì)邊坡的第一穩(wěn)定性分析模型。

10、進(jìn)一步的，本發(fā)明通過對礦山巖質(zhì)邊坡進(jìn)行塑性變形分析以確定滑面類型，為構(gòu)建第一穩(wěn)定性分析模型提供了理論基礎(chǔ)，提高了礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性和可靠性。

11、可選地，所述第一穩(wěn)定性分析模型滿足如下關(guān)系：

12、

13、其中，n為劃分的巖石條塊的數(shù)量，為第i個(gè)所述巖石條塊的高度，為第i個(gè)所述巖石條塊底面與水平面的夾角，h為礦山巖質(zhì)邊坡的邊坡高度，r為礦山巖質(zhì)邊坡的滑面所在圓的半徑，為地震力對第i個(gè)所述巖石條塊的力矩，為礦山巖質(zhì)邊坡的巖石容重，為第i個(gè)所述巖石條塊的寬度，為所述巖石條塊的內(nèi)摩擦角，為所述巖石條塊的有效粘聚力。

14、進(jìn)一步的，本發(fā)明的第一穩(wěn)定性分析模型是在確定了礦山巖質(zhì)邊坡的滑面類型的情況下基于力矩平衡得到的，使得該模型準(zhǔn)確可靠，為進(jìn)一步獲取失穩(wěn)貫穿預(yù)測模型和第二穩(wěn)定性分析模型提供了堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)，有利于提高礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下地震穩(wěn)定性分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

15、可選地，所述依據(jù)塑性變形分析的結(jié)果和所述第一穩(wěn)定性分析模型建立失穩(wěn)貫穿預(yù)測模型和第二穩(wěn)定性分析模型包括如下步驟：

16、依據(jù)所述第一穩(wěn)定性分析模型確定礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵分析指標(biāo)；

17、根據(jù)塑性變形分析的結(jié)果和所述關(guān)鍵分析指標(biāo)構(gòu)建不同地震荷載幅值下所述失穩(wěn)貫穿預(yù)測模型；

18、確定不同地震荷載幅值時(shí)各個(gè)所述關(guān)鍵分析指標(biāo)之間的第一數(shù)學(xué)關(guān)系式，并將所述第一數(shù)學(xué)關(guān)系式作為所述第二穩(wěn)定性分析模型。

19、進(jìn)一步的，使用第一穩(wěn)定性分析模型確定關(guān)鍵分析指標(biāo)，進(jìn)而構(gòu)建出更為簡單的第二穩(wěn)定性分析模型用于分析預(yù)測地震穩(wěn)定性，同時(shí)構(gòu)建了失穩(wěn)貫穿預(yù)測模型來衡量將復(fù)雜的巖質(zhì)邊坡滑面歸為一類特定滑面所帶來的穩(wěn)定性預(yù)測誤差，為后續(xù)獲取準(zhǔn)確可靠的實(shí)時(shí)地震穩(wěn)定性提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

20、可選地，所述關(guān)鍵分析指標(biāo)包括所述巖石條塊的內(nèi)摩擦角、礦山巖質(zhì)邊坡的高度、礦山巖質(zhì)邊坡的巖石容重和所述巖石條塊的有效粘聚力；

21、所述失穩(wěn)貫穿預(yù)測模型滿足如下關(guān)系：

22、

23、其中，為失穩(wěn)貫穿因子，h為礦山巖質(zhì)邊坡的邊坡高度，為塑性變形分析得到的礦山巖質(zhì)邊坡在地震作用下以坡頂為起點(diǎn)在垂直于水平方向上向下發(fā)生塑性拉裂的距離，為塑性變形分析得到的礦山巖質(zhì)邊坡在地震作用下以坡底為起點(diǎn)在垂直于水平方向上向上發(fā)生塑性拉裂的距離，和為常數(shù)參數(shù)，為所述巖石條塊的有效粘聚力，為礦山巖質(zhì)邊坡的巖石容重，為所述巖石條塊的內(nèi)摩擦角。

24、進(jìn)一步的，本發(fā)明通過使用失穩(wěn)貫穿預(yù)測模型計(jì)算失穩(wěn)貫穿因子，能夠衡量將復(fù)雜的巖質(zhì)邊坡滑面歸為一類特定滑面所帶來的穩(wěn)定性預(yù)測誤差，能夠用于對預(yù)測的地震穩(wěn)定性進(jìn)行矯正，得到更為準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)地震穩(wěn)定性。

25、可選地，所述第二穩(wěn)定性分析模型滿足如下關(guān)系：

26、

27、其中，為所述巖石條塊的內(nèi)摩擦角，h為礦山巖質(zhì)邊坡的邊坡高度，為礦山巖質(zhì)邊坡的巖石容重，為所述巖石條塊的有效粘聚力，、和為可變參數(shù)。

28、進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的第二穩(wěn)定性分析模型中涉及的參數(shù)較少且易于獲取，能夠提高礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下地震穩(wěn)定性分析的效率。

29、可選地，所述獲取實(shí)時(shí)的地震穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)，進(jìn)而使用所述失穩(wěn)貫穿預(yù)測模型和所述第二穩(wěn)定性分析模型確定礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的實(shí)時(shí)地震穩(wěn)定性包括如下步驟：

30、以有效粘聚力與邊坡高度和巖石容重的乘積之商為橫坐標(biāo)，內(nèi)摩擦角的正切值為縱坐標(biāo)，建立第一直角坐標(biāo)系；

31、獲取實(shí)時(shí)的地震穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)，具體為獲取礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的實(shí)時(shí)地震荷載和實(shí)時(shí)關(guān)鍵分析指標(biāo)數(shù)據(jù)；

32、在所述第一直角坐標(biāo)系中將所述實(shí)時(shí)關(guān)鍵分析指標(biāo)數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)標(biāo)注出來，并記為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)；

33、獲取所述第一直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)和所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)確定的直線方程，并計(jì)算該直線方程與所述實(shí)時(shí)地震荷載下的第二穩(wěn)定性分析模型的交點(diǎn)坐標(biāo)；

34、根據(jù)所述失穩(wěn)貫穿因子、所述實(shí)時(shí)關(guān)鍵分析指標(biāo)數(shù)據(jù)和所述交點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的所述實(shí)時(shí)地震穩(wěn)定性。

35、進(jìn)一步的，本發(fā)明通過將第二穩(wěn)定性分析模型繪制在第一直角坐標(biāo)系中并計(jì)算其與過坐標(biāo)原點(diǎn)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)確定的直線方程的交點(diǎn)，用以實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)地震穩(wěn)定性的計(jì)算，整個(gè)分析過程簡單快捷，且不需要借助過多的設(shè)備，能夠提高礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下地震穩(wěn)定性分析的效率。

36、可選地，所述實(shí)時(shí)地震穩(wěn)定性滿足如下關(guān)系：

37、

38、其中，為所述實(shí)時(shí)地震穩(wěn)定性，為失穩(wěn)貫穿因子，為所述實(shí)時(shí)關(guān)鍵分析指標(biāo)數(shù)據(jù)中的實(shí)時(shí)內(nèi)摩擦角，為所述交點(diǎn)坐標(biāo)中的縱坐標(biāo)。

39、進(jìn)一步的，本發(fā)明使用失穩(wěn)貫穿因子對預(yù)測的地震穩(wěn)定性進(jìn)行矯正，得到更為準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)地震穩(wěn)定性，計(jì)算方式簡單快捷，且具有較高的準(zhǔn)確性。

40、第二方面，本發(fā)明提供了礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，所述的礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集設(shè)備、處理器、儲(chǔ)存器和數(shù)據(jù)輸出設(shè)備，所述儲(chǔ)存器包括一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括程序指令，所述程序指令當(dāng)被所述處理器執(zhí)行時(shí)使所述處理器實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析方法。本系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行本發(fā)明提供的方法，進(jìn)一步提高礦山巖質(zhì)邊坡凍融狀態(tài)下的地震穩(wěn)定性分析效率，并能提高本發(fā)明提供的方法的實(shí)用性。