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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

王家臣团队提出更准确的边坡稳定性分析方法

2017-08-14

  

位移矢量云图


东端帮13号测点位置


  这是弓长岭露天铁矿东端帮边坡的位移矢量分布。边坡整体处于稳定状态,局部发生岩体变形。岩体变形主要分布在边坡的中上部。受顺倾结构面控制,边坡顶部岩体产生剪切变形,随岩体变形的不断增加,岩体沿节理面产生楔体破坏,局部散体区域出现掉块现象。中部岩体也受顺倾结构面的控制发生剪切变形,随着岩体内的结构面逐渐扩展,会产生沿结构面的剪切破坏。


  这是王家臣团队在近期发表的《露天矿节理岩质边坡稳定性分析》一文中,对弓长岭露天铁矿独木采取节理发育的东端帮13号测定的分析。


  露天矿边坡(来源:百度图片)


  露天矿采场边坡由于开挖以及爆破震动等的影响导致边坡岩体节理裂隙发育,而节理会导致岩体强度降低,进而影响边坡的稳定性。然而,由于岩体结构的复杂性,如何准确的获取结构面信息,模拟岩体内部结构面,确定岩体强度参数并分析其稳定性一直以来都是露天矿边坡工程的难题。


  目前常用的测量岩体内部节理的方法有接触测量(钻孔法、测线法、统计窗法)和非接触测量(钻孔摄像法、激光扫描法、摄影测量法)。其中数字摄影测量方法避免了大量的接触测量工作,测量过程省时省力,拍摄的图片可反复使用,成本较钻孔摄像和激光扫描低,是一种很有前景的测量方法。


  研究用到的仪器及分析方法如下:


  数字摄影测量系统ShapeMetriX3D:获取露天矿采场边坡结构面信息


  三维网络模拟软件FracSim3D:建立边坡三维节理网络模型


  Hoek-Brown经验方法:得到节理岩体的抗剪切参数


  FISH语言编程:对复杂节理岩体进行精细建模


  离散元软件UDEC:分析露天矿采场边坡的稳定性


  ShapeMetriX3D三维岩体不接触测量系统


  测量采用的是由奥地利3GSM公司生产的ShapeMetriX3D三维岩体不接触测量系统。该系统由一个校准的单反相机(尼康D80,3 872像素×2 592像素)、标杆以及相应的软件组成。该系统利用相机对边坡面的左右两个角度拍摄照片,标杆作为距离测量的参照,软件系统对不同角度的图像进行一系列的技术处理(基准标定、像素点匹配、图像变形偏差纠正),实现实体表面真三维模型重构,在三维实体图像的基础上实现每个结构面个体的识别、定位、拟合、追踪以及几何形态信息参数(产状、迹长、间距等)的获取,并进行结构面的分组、几何参数统计。


  该系统主要优点可归纳为:① 解决了传统现场节理地质测量低效、费力、耗时,不安全、甚至难以接近实体和不能满足现代快速施工的要求的弊端,真正做到现场岩体开挖揭露面的即时定格和精确定位;② 传统方法现场真正需要测量的具有一定分布规律和统计意义的Ⅳ级和Ⅴ级结构面几何形态数据无法做到精细、完备、定量的获取,该系统完全可以胜任,使得现场的数据可靠性和精度满足进一步分析的要求。


  拓展阅读


  岩石质量指标(RQD)由美国伊利诺斯大学Deere在1964年提出,其原始定义为钻孔进尺L内长度大于10 cm的岩芯累积长度与L的百分比。当通过网络模拟建立起岩体结构面三维网络模型后,就可以根据实际要求,通过在结构面网络图中的不同方向布置测线,视该测线为“钻孔”,它被各条结构面所截成的线段视作“岩芯柱”,便可以用来计算RQD值。


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  责任编辑:宫在芹
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