基于可靠度理論的露天礦邊坡風(fēng)險(xiǎn)分析.pdf

1、本文針對(duì)目前露天礦邊坡開挖過程中力求達(dá)到安全性和經(jīng)濟(jì)性相統(tǒng)一的工程實(shí)踐問題，開展了基于可靠度理論的露天礦邊坡經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)分析問題的研究。面對(duì)露天礦邊坡工程存在不確定性和隨機(jī)性的客觀事實(shí)，在深入分析露天礦邊坡自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以可靠度理論為主線，構(gòu)建了露天礦邊坡經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)分析的步驟和程序。文中對(duì)露天礦邊坡的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)分析中的四個(gè)關(guān)鍵問題，即邊坡破壞模式識(shí)別、邊坡目標(biāo)可靠度的確定、邊坡隨機(jī)變量概率分布的推斷和可靠度計(jì)算方法的選擇，有針對(duì)性的展開研究

2、。并以城門山二期露天礦擴(kuò)建工程南幫邊坡作為工程實(shí)例，進(jìn)行了以可靠度理論為基礎(chǔ)的最佳邊坡設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。所取得主要結(jié)論和研究成果如下:
　　(1)基于距離判別分析理論，并結(jié)合露天礦邊坡失穩(wěn)的特點(diǎn)，選取了巖石單軸抗壓強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面傾角、結(jié)構(gòu)面與邊坡面的位置關(guān)系、地下水條件、巖體結(jié)構(gòu)類型、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、邊坡高度、邊坡角等9個(gè)因素作為判別露天礦邊坡潛在破壞模式的指標(biāo)，建立了露天礦邊坡潛在破壞模式識(shí)別的距離判別分析模型。以21個(gè)典型露天礦

3、邊坡的信息作為學(xué)習(xí)樣本進(jìn)行訓(xùn)練，建立相應(yīng)的判別函數(shù)進(jìn)行識(shí)別，并以回代估計(jì)法對(duì)該模型進(jìn)行檢驗(yàn)。研究結(jié)果表明，經(jīng)過學(xué)習(xí)后的模型誤判率為0.05，具有較高的判別能力。將建立后的模型應(yīng)用于大冶鐵礦、南芬鐵礦和城門山銅礦的露天礦邊坡實(shí)例的失穩(wěn)模式判別，為露天礦邊坡潛在破壞模式識(shí)別提供了一種新方法。
　　(2)按照工程可靠度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的要求，充分考慮我國露天礦山開采技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范情況，確定了露天礦邊坡服務(wù)

4、年限和三個(gè)安全等級(jí)。在此基礎(chǔ)上，綜合整理了國內(nèi)外有關(guān)露天礦邊坡可接受的破壞概率，并參考現(xiàn)行的建筑、水利、公路、鐵路、港口等5個(gè)領(lǐng)域的可靠度統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于目標(biāo)可靠度制定情況，綜合確定了露天礦總體邊坡在Ⅰ級(jí)安全級(jí)別下第一類破壞（破壞前具有征兆性）的可接受風(fēng)險(xiǎn)概率為1×10-3，對(duì)應(yīng)的目標(biāo)可靠指標(biāo)為3.1，進(jìn)一步給出了露天礦總體邊坡可靠性分析的基本依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。將該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于城門山銅礦二期擴(kuò)建工程露天礦邊坡的可靠性分析，確定該露天礦總體邊坡

5、屬于Ⅰ級(jí)安全級(jí)別下的第一類破壞，給出了可接受的風(fēng)險(xiǎn)概率。
　　(3)針對(duì)露天礦邊坡巖土參數(shù)容量是小樣本的情況，提出了推斷邊坡抗剪強(qiáng)度參數(shù)概率模型的正態(tài)信息擴(kuò)散法?？紤]到一般情況下巖石抗剪強(qiáng)度參數(shù)樣本量較小，以巖石單軸和三軸壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基本信息，根據(jù)排列組合理論構(gòu)建小樣本容量下的抗剪強(qiáng)度參數(shù)信息庫。并利用穩(wěn)健回歸估計(jì)方法得到粘結(jié)力c和內(nèi)摩擦角ψ的樣本數(shù)據(jù)。最后基于正態(tài)信息擴(kuò)散原理，推斷獲得這兩個(gè)強(qiáng)度參數(shù)的概率分布函數(shù)，并采用精度較

6、高的K-S檢驗(yàn)法進(jìn)行檢驗(yàn)。研究結(jié)果表明，基于正態(tài)信息擴(kuò)散原理得到的抗剪強(qiáng)度參數(shù)的概率分布更加接近參數(shù)的實(shí)際分布規(guī)律，所得結(jié)果均優(yōu)于傳統(tǒng)擬合檢驗(yàn)法。
　　(4)針對(duì)露天礦邊坡極限狀態(tài)方程存在抗滑力以及滑動(dòng)力兩個(gè)連續(xù)隨機(jī)變量和多個(gè)隨機(jī)變量的不同情況，分別給出了基于信息擴(kuò)散原理的邊坡破壞概率計(jì)算公式。同時(shí)，以安全系數(shù)構(gòu)造的極限狀態(tài)方程為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了隨機(jī)變量期望和標(biāo)準(zhǔn)差的信息擴(kuò)散表達(dá)式，給出了露天礦邊坡破壞概率和可靠度指標(biāo)的計(jì)算方法。