一种边坡岩体变形控制技术

摘要

本发明提出了一种边坡岩体变形控制技术，解决了边坡带状开采产生三维边坡效应时的临界开挖宽度问题，并提出了考虑三维变形效应的边坡稳定性系数计算公式，从而通过三维变形控制方法可以减小边坡变形、提高边坡稳定性，达到安全生产的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及边坡工程，具体涉及边坡岩体变形的的一种控制技术。

背景技术

目前，现有和曾有的关于边坡岩体变形的控制技术，如三维变形的预测和计算机软件模拟等，都对岩体三维变形公式有很好的借鉴和推进作用，很多学者也都对岩体三维变形作出更为准确的定量的分析而努力着，也提出了许多优秀的边坡岩体变形控制的优秀技术。

但是他们也都有其不足之处，比如：没有给出边坡岩体产生三维变形的临界开采宽度；没有给出边坡岩体随开采宽度变化，其岩底的变形速率大小；没有给出具体的在考虑三维变形效应下的边坡稳定性系数计算公式。

发明内容

本发明的目的是提供一种边坡岩体变形的控制技术，可以通过控制边坡岩体的开挖宽度，利用三维边坡变形的稳定性系数公式，以减小边坡的变形值，确保边坡的安全。

本发明技术为实现上述目的，做出了如下的技术方案：

1.本技术确定了开采宽度小于为110m带状开采槽底变形才属于三维效应。

岩底变形随开采宽度变化，其变形特点为：当局部带状开采控制技术开挖宽度10m时基底边坡变形很小，之后随着开挖宽度的增大近似呈线性递增；当皮带道开挖宽度达到50m时，变形速率增量呈递减，即变形曲线由近似直线变为下凹曲线的分界点；之后随着开挖宽度的增加变形速率呈递减之势；当开挖宽度达到90m时变形值递增速率非常小；当开挖宽度达到110m时，变形值达到最大，再开挖变形值基本不便。由此说明110m是三维效应与平面效应的临界点，大于110m时属于平面问题，小于110m时属于三维效应。

2.本发明技术提出了考虑三维变形效应的边坡稳定性系数计算公式。

当三维边坡开挖长度小于110m时，边坡稳定系数可以按变形比例缩减。如开挖长度小于110m边坡的稳定性系数为1.0，则三维边坡的稳定性系数计算公 式为：

F＝F₄₀+F₄₀(1-n)            (1)

式中，F——为带状边坡任意宽度坡底(即三维边坡)的稳定性系数；

F₄₀——是平面边坡坡角为40°的稳定性系数；

N——为任意三维边坡的开挖长度的变形量与三维效应的极限边坡长度(即平面边坡)变形的比例系数

3.岩体局部带状开采时可以通过本技术，控制其开采宽度，利用考虑三维变形效应的边坡稳定性系数的计算公式，以减小边坡变形、提高边坡稳定性，从而达到安全生产的目的。

附图说明

图1为本发明的数值模拟分析图；

图2为本发明槽底随开挖宽度的变形规律及线性插值计算示意图；

具体实施方式

下面结合附图，对本技术能减小边坡变形，提高边坡稳定性做进一步的说明。

本发明技术采用了3d-σ软件进行了三维弹塑性数值模拟分析，边坡数值模型尺寸：宽度(沿边坡走向)4830m，倾向长400m、高220m。其数值模拟结果见下表：

表1数值模拟沿x方向数值模拟数据

表2局部带状开采控制技术槽底位移值与开挖宽度110m位移值之比

由此数据可以看出：当局部带状开采控制技术开挖宽度为10m时边坡基底变形很小，之后随着开挖宽度的增大边坡基底变形近似呈线性递增；当皮带道开挖宽度达到50m时，基底边坡变形速率增量呈递减，即变形曲线由近似直线变为下凹曲线的分界点；之后随着开挖宽度的增加基底边坡变形速率呈递减之势；当开挖宽度达到90m时基底边坡变形值递增速率非常小；当开挖宽度达到110m时，基底边坡变形值达到最大，再开挖，变形值基本不变。

若三维边坡开挖长度小于110m时，边坡稳定系数可以按变形比例缩减。如开挖长度小于110m边坡的稳定性系数为1.0，则三维边坡的稳定性系数计算公式为：

F＝F₄₀+F₄₀(1-n)

式中，F——为带状边坡任意宽度坡底(即三维边坡)的稳定性系数；

F₄₀——是平面边坡坡角为40°的稳定性系数；

N——为任意三维边坡的开挖长度的变形量与三维效应的极限边坡长度(即平面边坡)变形的比例系数

例如：达到极限状态条件下坡角为40°时边坡稳定性系数为1.0，同样当坡角为40°时但属于三维开挖边坡，当三维开挖边坡的长度为30m时，其稳定系数为1.516，其计算过程如下F₄₀＝1.0，n＝0.484，则

F＝F_40°+F₄₀(1-n)＝1.0+(1-0.484)＝1.516

当三维边坡的开挖长度L＝70m时，三维边坡的稳定系数：

F＝F_40°+F₄₀(1-n)＝1.0+(1-0.962)＝1.038