高陡岩质露天矿边坡地表移动变形预测与控制方法研究

摘要

随着露天矿的开采深度的不断增加，形成了许多高陡边坡，这些边坡的稳定与否影响着矿山的安全生产和矿区周边建筑物的安全稳定。结合抚顺西露天矿开采状况，采用理论分析、数值模拟以及现场观测、工程治理等研究方法与手段，对露天矿边坡开挖变形沉降机理进行了深入的探讨，提出了边坡变形的定量预测方法及边坡变形的控制与治理方案，取得了以下主要研究成果： (1)深入探讨了露天矿高陡岩质边坡开挖加卸荷变形与边坡岩体持续变形机理。提出了露天开采条件下高陡边坡开挖卸荷岩体本构关系。认为边坡岩体自身的流变性、岩体结构面的流变性、软弱夹层的流变性以及边坡开挖是影响地表持续变形主要因素。 (2)针对露天矿开采形成的高陡岩质边坡的开挖变形机理，建立了数学模型，并采用FLAC数值仿真的方法对边坡开挖后的地表变形量进行了定量预测。 (3)露天开采地表变形沉陷是一个十分复杂的力学时空过程，其影响因素是一种非线性关系，提出了基于支持向量机理论定量预测边坡地表沉陷变形方法。 (4)建立了预测高陡边坡地表移动的时间序列SVM模型，应用遗传算法寻求了核函数参数σ和惩罚因子C。 (5)提出了应用锚杆锚固法和注浆加固法方法进行露天矿高陡岩质边坡地表、建筑物地基沉陷治理。探讨了锚固法的作用机理以及加锚分析模型，分析了注浆加固法的机理以及注浆技术参数的选择，为高陡岩质边坡地表沉陷治理提供了一种实用方法。 (6)以抚顺西露天矿边坡为研究对象，主要研究了厂区地表沉陷变形机理，应用SVM模型定量预测了厂区地表移动沉降量，并采用注浆加固方法对厂区5个变形敏感单元区地表沉陷进行综合治理，取得了较好效果。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1研究背景与意义

1.2边坡及地表移动与变形的国内外研究进展

1.2.1边坡强度稳定性研究进展

1.2.2地表移动及变形稳定性研究进展

1.3论文的主要研究内容与目标

1.3.1论文的主要研究内容

1.3.2研究方法

1.3.3研究目标

2边坡岩体及坡肩附近地表移动变形机理

2.1边坡地表移动变形的控制因素

2.2露天矿高陡边坡地表移动变形机理

2.2.1露天矿边坡稳定分析的力学描述

2.2.2露天矿高陡岩质边坡开挖加卸荷机理

2.2.3露天矿高陡岩质边坡地表持续变形机理

2.3边坡岩体开挖加卸荷数值模拟

2.3.1边坡岩体加卸荷数值分析方法的优势

2.3.2边坡岩体加卸荷数值模拟基本原理

3边坡岩体及坡肩附近地表移动变形的预测方法研究

3.1支持向量机原理

3.1.1机器学习的基本问题

3.1.2统计学习理论的核心内容

3.1.3支持向量机及学习算法

3.1.4最小二乘支持向量机

3.2遗传算法基本理论

3.2.1遗传算法简介

3.2.2遗传算法步骤

3.2.3遗传算法的特点

3.3地表移动与变形支持向量机预测研究

3.3.1地表移动信息时间序列的数学描述

3.3.2边坡地表时间序列的SVM模型

3.3.3地表移动监测信息时间序列的进化支持向量机算法

4边坡岩体及坡肩附近地表移动变形的控制方法研究

4.1裂隙岩体锚固作用机理及加锚分析模型

4.1.1裂隙岩体脆弹塑性损伤本构模型

4.1.2裂隙岩体锚固作用机理

4.1.3裂隙岩体加锚分析模型

4.2边坡岩体注浆加固技术研究

4.2.1边坡岩体注浆加固机理

4.2.2岩体注浆理论研究

4.2.3边坡岩体注浆技术参数选择

4.2.4边坡岩体注浆技术参数选择的支持向量机方法

5抚顺西露天矿边坡地表移动变形预测及控制方法研究

5.1工程背景与主要问题

5.1.1抚顺发电有限责任公司厂区地质特性

5.1.2观测资料分析

5.1.3发电厂厂区变形与石油一厂厂区变形对比

5.2西露天矿地表移动变形的主要影响因素

5.2.1西露天矿的采剥对地表移动变形的影响

5.2.2水的作用是地表移动变形的重要因素

5.2.3其他作用因素的影响

5.3地表移动变形数值模拟

5.3.1 FLAC3D程序简介及原理概述

5.3.2 FLAC3D本构模型基本形式

5.3.3数值仿真模型的建立

5.3.4模拟方案的确定

5.3.5数值模拟结果

5.3.6数值模拟结果分析

5.4基于支持向量机的地表下沉变形预测

5.4.1支持向量机核函数的确定

5.4.2支持向量机学习算法的确定

5.4.3结构参数的确定

5.5抚顺发电有限责任公司厂区地表下沉变形治理

5.5.1厂区地基加固方法选择

5.5.2电除尘室和灰渣泵房地基加固设计

5.5.3 1#、2#3500m2冷却塔地基加固设计

5.5.4老检修楼地基加固设计

5.5.5特殊技术要求

5.5.6治理成果

6结论及展望

6.1本文主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

作者简介

读博士期间发表的学术论文及参加的科研项目

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