基于可靠度理論的露天礦邊坡風險分析.pdf

1、本文針對目前露天礦邊坡開挖過程中力求達到安全性和經(jīng)濟性相統(tǒng)一的工程實踐問題，開展了基于可靠度理論的露天礦邊坡經(jīng)濟風險分析問題的研究。面對露天礦邊坡工程存在不確定性和隨機性的客觀事實，在深入分析露天礦邊坡自身特點的基礎上，以可靠度理論為主線，構建了露天礦邊坡經(jīng)濟風險分析的步驟和程序。文中對露天礦邊坡的經(jīng)濟風險分析中的四個關鍵問題，即邊坡破壞模式識別、邊坡目標可靠度的確定、邊坡隨機變量概率分布的推斷和可靠度計算方法的選擇，有針對性的展開研究

2、。并以城門山二期露天礦擴建工程南幫邊坡作為工程實例，進行了以可靠度理論為基礎的最佳邊坡設計方案的優(yōu)化。所取得主要結論和研究成果如下:
　　(1)基于距離判別分析理論，并結合露天礦邊坡失穩(wěn)的特點，選取了巖石單軸抗壓強度、結構面傾角、結構面與邊坡面的位置關系、地下水條件、巖體結構類型、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、邊坡高度、邊坡角等9個因素作為判別露天礦邊坡潛在破壞模式的指標，建立了露天礦邊坡潛在破壞模式識別的距離判別分析模型。以21個典型露天礦

3、邊坡的信息作為學習樣本進行訓練，建立相應的判別函數(shù)進行識別，并以回代估計法對該模型進行檢驗。研究結果表明，經(jīng)過學習后的模型誤判率為0.05，具有較高的判別能力。將建立后的模型應用于大冶鐵礦、南芬鐵礦和城門山銅礦的露天礦邊坡實例的失穩(wěn)模式判別，為露天礦邊坡潛在破壞模式識別提供了一種新方法。
　　(2)按照工程可靠度統(tǒng)一標準的要求，充分考慮我國露天礦山開采技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并結合非煤露天礦邊坡工程技術規(guī)范情況，確定了露天礦邊坡服務

4、年限和三個安全等級。在此基礎上，綜合整理了國內(nèi)外有關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個領域的可靠度統(tǒng)一設計標準中關于目標可靠度制定情況，綜合確定了露天礦總體邊坡在Ⅰ級安全級別下第一類破壞（破壞前具有征兆性）的可接受風險概率為1×10-3，對應的目標可靠指標為3.1，進一步給出了露天礦總體邊坡可靠性分析的基本依據(jù)和標準。將該標準應用于城門山銅礦二期擴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級安全級別下的第一類破壞，給出了可接受的風險概率。
　　(3)針對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度參數(shù)概率模型的正態(tài)信息擴散法?？紤]到一般情況下巖石抗剪強度參數(shù)樣本量較小，以巖石單軸和三軸壓縮試驗數(shù)據(jù)為基本信息，根據(jù)排列組合理論構建小樣本容量下的抗剪強度參數(shù)信息庫。并利用穩(wěn)健回歸估計方法得到粘結力c和內(nèi)摩擦角ψ的樣本數(shù)據(jù)。最后基于正態(tài)信息擴散原理，推斷獲得這兩個強度參數(shù)的概率分布函數(shù)，并采用精度較

6、高的K-S檢驗法進行檢驗。研究結果表明，基于正態(tài)信息擴散原理得到的抗剪強度參數(shù)的概率分布更加接近參數(shù)的實際分布規(guī)律，所得結果均優(yōu)于傳統(tǒng)擬合檢驗法。
　　(4)針對露天礦邊坡極限狀態(tài)方程存在抗滑力以及滑動力兩個連續(xù)隨機變量和多個隨機變量的不同情況，分別給出了基于信息擴散原理的邊坡破壞概率計算公式。同時，以安全系數(shù)構造的極限狀態(tài)方程為基礎，推導了隨機變量期望和標準差的信息擴散表達式，給出了露天礦邊坡破壞概率和可靠度指標的計算方法。