一種露天礦滑坡預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種露天礦滑坡預(yù)測(cè)方法，其屬于基礎(chǔ)理論、巖石力學(xué)、爆破科學(xué)、地 質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)理論及其應(yīng)用研究領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 滑坡構(gòu)成了露天礦安全生產(chǎn)的一大災(zāi)害。因此，長(zhǎng)期W來，人們十分重視露天礦邊 坡穩(wěn)定性、預(yù)測(cè)與防治滑坡災(zāi)害的研究。目前，國(guó)內(nèi)外研究露天礦邊坡穩(wěn)定性、預(yù)測(cè)滑坡的 方法如下：1、工程地質(zhì)類比法;2、結(jié)構(gòu)分析法;3、極限平衡分析法;4、數(shù)值分析法、5、概率分 析法。雖然運(yùn)些方法應(yīng)用了很長(zhǎng)一段歷史時(shí)期，但由于傳統(tǒng)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用基礎(chǔ)理論對(duì)作 用與變化關(guān)系規(guī)律認(rèn)識(shí)的不全面性，對(duì)作用、變化、材料性質(zhì)概念及其統(tǒng)一關(guān)系規(guī)律認(rèn)識(shí)的 不準(zhǔn)確性，導(dǎo)致了人們對(duì)露天礦邊坡性質(zhì)概念和露天礦滑坡與其控制因素之間關(guān)系規(guī)律認(rèn) 識(shí)的不準(zhǔn)確性。
[0003] 歸結(jié)起來，目前滑坡預(yù)測(cè)研究理論主要存在如下缺陷：
[0004] 沒有正確表述滑坡運(yùn)動(dòng)與其控制因素之間關(guān)系的正確理論與方程，從而導(dǎo)致人們 在進(jìn)行滑坡預(yù)測(cè)研究中不能正確確定需要觀測(cè)哪些必要的物理量，不能準(zhǔn)確建立滑坡與其 控制因素之間的關(guān)系方程，也就難W準(zhǔn)確描述和有效分析預(yù)測(cè)滑坡事故孕育、發(fā)展與發(fā)生 過程。在滑坡預(yù)測(cè)實(shí)踐中，研究人員不只是走了一些彎路問題，而且大部分研究工作都是在 做無用功。由于研究方向不正確，人們?cè)谟^測(cè)研究中獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)常常是與滑坡預(yù)測(cè)需 要不相干的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)分析問題上也總是偏離核屯、，分析來分析去，始終找不到滑坡預(yù)測(cè) 所需要的最終數(shù)據(jù)，獲取的結(jié)果常常是無效數(shù)據(jù)。人們對(duì)滑坡事故發(fā)生與其控制因素之間 的定量關(guān)系規(guī)律認(rèn)識(shí)極其模糊，如對(duì)爆破、大氣降水、地表地下水、在邊坡上運(yùn)行的車輛和 行人與滑坡孕育、發(fā)展、發(fā)生過程之間的定量關(guān)系規(guī)律的認(rèn)識(shí)，迄今為止，國(guó)內(nèi)外都不很明 確。實(shí)際上，在爆破理論中，目前也很難找到關(guān)于爆破與巖層破壞之間關(guān)系規(guī)律描述的直接 關(guān)系理論公式。
[0005] 對(duì)爆破作用與滑坡之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)，目前，國(guó)內(nèi)外有兩種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為將介 質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為衡量爆破控制滑坡的標(biāo)準(zhǔn)合理，因?yàn)橛^測(cè)結(jié)果認(rèn)為，爆破產(chǎn)生的破壞 程度與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度關(guān)系比較密切。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為將質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加速度作為衡量爆破控制 滑坡的標(biāo)準(zhǔn)合理，因?yàn)榧铀俣确从澈奢d大小。在邊坡穩(wěn)定性研究中，有人采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度 作為邊坡穩(wěn)定性判據(jù)，也有人將質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和對(duì)應(yīng)頻率同時(shí)作為判據(jù)。筆者認(rèn)為，運(yùn)種觀 點(diǎn)都不是正確的，因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和加速度都不是爆破產(chǎn)生的作用量。爆破對(duì)滑坡的控 審IJ，其實(shí)質(zhì)是爆破對(duì)滑坡物質(zhì)產(chǎn)生了一種加載作用，構(gòu)成了控制滑坡運(yùn)動(dòng)的直接作用因素。
[0006] 爆破對(duì)滑坡構(gòu)成的是一種加載作用。如果在滑坡體上爆破，炸藥爆炸產(chǎn)生的作用 合量幾乎全部用于驅(qū)動(dòng)滑坡體運(yùn)動(dòng)；如果在滑坡體W外爆破，炸藥產(chǎn)生的作用量會(huì)有一部 分用于驅(qū)動(dòng)滑坡體運(yùn)動(dòng)。在露天礦生產(chǎn)階段，爆破是滑坡孕育、發(fā)展、發(fā)生整個(gè)過程的直接 驅(qū)動(dòng)因素。至于滑坡體是否滑坡，還與其它作用如重力、大氣降水作用有關(guān)，還與滑坡面的 性質(zhì)有關(guān)。用爆破震動(dòng)速度、加速度和對(duì)應(yīng)的頻率等數(shù)據(jù)作判據(jù)是不合適的，判別是否存在 滑坡危險(xiǎn)性的判據(jù)應(yīng)該根據(jù)滑坡運(yùn)行的基本規(guī)律來確定，不是隨意可選的數(shù)據(jù)。能夠確切 反映滑坡危險(xiǎn)性的數(shù)據(jù)主要是滑面的性質(zhì)及其變化率:在作用控制下表現(xiàn)為滑動(dòng)還是不滑 動(dòng)?滑面生成速度緩慢還是很快?滑面的可滑性指數(shù)(或不可滑性指數(shù))的變化率大還是??？ 運(yùn)種數(shù)據(jù)才能直接告訴人們是否具有滑坡災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)!爆破震動(dòng)速度、加速度的大小 不能體現(xiàn)是否具有滑坡危險(xiǎn)性。基本認(rèn)識(shí)不正確，是滑坡預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確、工作效率低下的根本 原因。
[0007] 總之，目前露天礦滑坡災(zāi)害事故預(yù)測(cè)與防治的困難，其關(guān)鍵原因在于理論力學(xué)與 應(yīng)用力學(xué)體系存在不科學(xué)的思想方法和不科學(xué)的理論內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對(duì)自然科學(xué)不能正確認(rèn)識(shí)滑坡與其控制因素之間關(guān)系規(guī)律的不足，提供 一種露天礦滑坡預(yù)測(cè)方法。
[0009] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：
[0010] 1、露天礦滑坡基本方程的建立和工作方向、目標(biāo)和工作內(nèi)容與任務(wù)的確立
[0011] 根據(jù)作用學(xué)，滑坡運(yùn)動(dòng)與其控制因素之間的關(guān)系可用如下方程式表述：
[0012]
[0013] 式中，m表示滑坡體的質(zhì)量;A表示驅(qū)動(dòng)滑坡體運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)作用量;E表示滑坡體的 可滑程度(活動(dòng)性指數(shù)，叫虛度）；T表示滑坡體的不可滑程度(穩(wěn)定性指數(shù)，叫實(shí)度）；0表示 滑坡角（滑面傾角）；t表示滑坡體存在的時(shí)間（滑坡現(xiàn)象孕育、發(fā)展、發(fā)生時(shí)間）。其中，A = Ft，F(xiàn)表示驅(qū)動(dòng)滑坡體運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)作用力。
[0014] 在露天礦邊坡穩(wěn)定性探測(cè)和滑坡預(yù)測(cè)研究工作開展之前，首先必須明確露天礦滑 坡與其控制因素之間關(guān)系的理論方程，然后，確立工作方向、工作內(nèi)容、工作目標(biāo)和工作任 務(wù)。根據(jù)上述基本理論方程，在露天礦工程地質(zhì)勘探階段、生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)階段，研究露 天礦邊坡物質(zhì)性質(zhì)、進(jìn)行滑坡預(yù)測(cè)的主要工作方向、目標(biāo)、內(nèi)容與任務(wù)是確定上述方程中設(shè) 及到的作用量、作用力、虛作用量、虛作用力、實(shí)作用量、實(shí)作用力、虛度、實(shí)度、虛度變化率、 實(shí)度變化率、滑坡角、滑坡質(zhì)量、滑坡體與滑面間的接觸面或?qū)砜赡苄纬傻幕?、可能?成的滑坡動(dòng)力、滑坡預(yù)測(cè)方案與滑坡防治措施。
[0015] 2、測(cè)量控制露天礦滑坡的作用量
[0016] 與爆破有關(guān)的滑坡，其控制作用量主要有如下幾個(gè)：
[0017 ]滑坡體的初動(dòng)量:Ao=mvo;該作用量可通過觀測(cè)獲得。m表示滑坡質(zhì)量;VO表示滑坡 初速度;Ao表示因滑坡質(zhì)量運(yùn)動(dòng)而構(gòu)成的滑坡驅(qū)動(dòng)作用量，等于滑坡體的動(dòng)量。
[0018]重力產(chǎn)生的作用量:Ai=mgt;該作用量是由重力產(chǎn)生的加載作用量，其值可在觀 測(cè)確定滑坡質(zhì)量基礎(chǔ)上通過計(jì)算獲得。
[0019] 爆破產(chǎn)生的作用量:As=HizIo;式中，mz表示爆破所用炸藥的質(zhì)量；1日表示單位質(zhì)量 炸藥產(chǎn)生的最大動(dòng)量。炸藥爆炸對(duì)滑坡體構(gòu)成直接作用，從而使滑坡體在爆破加載作用下 形成加載運(yùn)動(dòng)和加載變形。爆破加載作用量等于炸藥爆炸傳遞給滑坡體的動(dòng)量。
[0020]如果有大氣降水，運(yùn)些運(yùn)動(dòng)的水還將對(duì)滑坡體產(chǎn)生作用，并改變滑面的可滑動(dòng)性 和不可滑動(dòng)性。大氣降水產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)作用量為:A3 = Ssq2t;式中，q為降雨流量;t為時(shí)間；Ss 為滑坡體分布的水平面積(水平投影面積）。該作用量可通過實(shí)驗(yàn)、觀測(cè)、計(jì)算獲得。
[0021 ]地表水或地下水對(duì)滑坡體產(chǎn)生的作用可根據(jù)實(shí)際情況具體確定。
[0022] 如果有車輛和行人在邊坡上運(yùn)行，需進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并計(jì)算其作用量。其大小為：
[0023]
[0024] 式中，Hii表示任意車輛的質(zhì)量;ti表示任意車輛對(duì)邊坡的作用時(shí)間。
[0025] 在受爆破影響條件下，邊坡滑坡體受的作用總量是
[0026]
[0027] 露天礦邊坡物質(zhì)之所W形成滑坡，其關(guān)鍵原因在于邊坡物質(zhì)受著作用量A的驅(qū)動(dòng) 作用。
[0028] 由于各種作用量都是可獲得量，所W，作用總量可被看作是已知量。滑坡角可根據(jù) 實(shí)際生成的滑面(或邊坡上可能出現(xiàn)的滑動(dòng)面)來確定，可W視為已知量?；鎃上的質(zhì)量 可視為滑坡質(zhì)量，可W確定，為已知量。因此，在滑坡運(yùn)動(dòng)方程中只有虛度E(或?qū)嵍萒)與滑 坡位移X兩個(gè)量是未知量。如果通過觀測(cè)或勘測(cè)或生產(chǎn)實(shí)踐研究再確定了虛度或?qū)嵍茸兓?規(guī)律，將虛度或?qū)嵍然癁橐阎浚憧筛鶕?jù)方程
[0029]
[0030] 隨時(shí)掌握滑坡動(dòng)態(tài)，計(jì)算、評(píng)價(jià)邊坡物質(zhì)的穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)滑坡災(zāi)害。
[0031] 3、確定露天礦邊坡的虛度與作用之間的關(guān)系
[0032] a、露天礦邊坡物質(zhì)可滑性指數(shù)與作用量之間的一般關(guān)系規(guī)律
[0033] 根據(jù)作用學(xué)，虛度與作用量和虛作用量之間的一般關(guān)系式是
[0034] E = ^ A.
[0035] 式中，A表示作用量;Af表示虛作用量;E表示虛度。在滑坡現(xiàn)象中，虛作用量Af等于 滑坡體滑動(dòng)的動(dòng)量。在邊坡穩(wěn)定性測(cè)試中，可通過對(duì)邊坡施加作用、迫使邊坡物質(zhì)沿斜面滑 動(dòng)方式來確定邊坡物質(zhì)的可滑動(dòng)性質(zhì)（不穩(wěn)定性質(zhì)）。如果采用靜壓作用方式進(jìn)行測(cè)試，施 加的靜壓力為F(叫加載力），并且F = mg，m表示加載作用物質(zhì)的質(zhì)量，用M表示滑體的質(zhì)量， 在加載力和滑體自身重力控制下，邊坡中的一部分物質(zhì)從緩慢變形、逐漸產(chǎn)生滑面、最后形 成滑動(dòng)(滑坡）。如果加載作用力很大，受作用點(diǎn)處的邊坡物質(zhì)會(huì)很快形成滑坡現(xiàn)象，并且， 其初始滑動(dòng)動(dòng)量就比較大。假若滑動(dòng)加速度為a,那么，根據(jù)力學(xué) V