基于FlAC3D的露天矿边坡稳定性及影响因素敏感性分析

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2018.02.179

摘要/Abstract

摘要：

结合露天矿边坡实际情况，利用FLAC3D数值模拟软件对露天矿边坡进行三维数值模拟分析，运用有限元强度折减法计算边坡稳定安全系数。为研究各因素对边坡稳定性的影响，选取6个典型边坡影响因素（内摩擦角、黏聚力、抗拉强度、重度、弹性模量和泊松比）设计正交试验，采用FLAC3D数值软件对正交实验方案进行模拟运算，运用多因素灰色关联分析法分析计算结果，并与单因素分析进行对比。结果表明：根据计算不收敛这一判据，求解安全系数流程简单，在满足精度要求的情况下，求得边坡安全系数为1.96；2种分析方法计算得出的各因素敏感性大小基本一致，内摩擦角对边坡稳定性的影响最大，其次是黏聚力，泊松比的影响最小。其中，多因素分析过程中正交实验灰色理论耦合分析考虑各因素之间的交互作用，通过计算各影响因素之间的关联度，得出各影响因素的敏感性大小，所得结果更加可靠。

关键词: 露天矿, 边坡稳定性, 敏感性分析, 强度折减法, 正交实验, 灰色理论, 数值模拟

Abstract:

According to the actual situation of open-pit mine slope，3D numerical simulation analysis of open-pit slope is carried out by using FLAC3D numerical simulation software，and the safety factor of slope stability is calculated by finite element strength reduction method.In order to study the influence of various factors on slope stability，six typical slope influence factors（internal friction angle，cohesive force，tensile strength，severe，elastic modulus and Poisson’s ratio） are selected to design orthogonal experiments.The orthogonal experiment scheme is simulated by using FLAC3D numerical software，and the calculation results are analyzed by multi-factor grey correlation analysis method，and compared with single factor analysis.The results showed that according to the criterion of calculating non-converge，the process of solving safety coefficient is simple，the safety coefficient of slope is 1.96 under the condition that the precision is met.The sensitivity of each factor calculated by two analysis methods is basically consistent，that is the internal friction angle has the greatest influence on the stability of slope，followed by cohesion force，and the effect of Poisson’s ratio is minimum.In the process of multi-factor analysis，orthogonal experiment of grey theory coupled analysis considers the interaction between various factors，through calculating the correlation degree of each factor，we get the sensitivity of various factors，and the results are more reliable.

Key words: open-pit mine, slope stability, sensitivity analysis, strength reduction method, orthogonal experi-ment, gray theory, numerical simulation

中图分类号:

TD854

杨明财, 盛建龙, 叶祖洋, 董舒. 基于FlAC3D的露天矿边坡稳定性及影响因素敏感性分析[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(2): 179-186.

YANG Mingcai, SHENG Jianlong, YE Zuyang, DONG Shu. Analysis of Sensitivity Factors of Open-pit Mine Slope Stability and Impact Based on FlAC3D[J]. Gold Science and Technology, 2018, 26(2): 179-186.

参考文献

［1］李青山，康小兵，许模，等.基于简布法与强度折减法的滑坡稳定性研究［J］.水力发电，2016，42（6）：34-38.
Li Qingshan，Kang Xiaobing，Xu Mo，et al.Research on slope stability based on N.Janbu law and strength reduction method［J］.Water Power，2016，42（6）：34-38.
［2］王栋.用模糊聚类分析法预测边坡稳定性［J］.建筑工程技术与设计，2014（10）：877-877，820.
Wang Dong.Prediction of slope stability by fuzzy cluster analysis［J］.Architectural Engineering Technology and Design，2014（10）：877-877，820.
［3］应忠旺.兰州白塔山地区地质灾害调查及边坡稳定性分析［J］.铁道建筑，2016（4）：107-110.
Ying Wangzhong.Geological disaster survey and slope stability analysis in Baitashan area，Lanzhou［J］.Railway Engineering，2016（4）：107-110.
［4］邓红卫，胡普仑，周科平，等.采场结构参数敏感性正交数值模拟试验研究［J］.中南大学学报（自然科学版），2013，44（6）：2463-2469.
Deng Hongwei，Hu Pulun，Zhou Keping，et al.Test of orthogonal numerical simulation on sensitivity of stope structure parameters［J］.Journal of Central South University （Science and Technology），2013，44（6）：2463-2469.
［5］季娟，宋林辉，范钦珊.边坡面层破坏敏感性分析［J］.煤矿安全，2015，46（1）：186-189.
Ji Juan，Song Linhui，Fan Qinshan.Sensitivity analysis of slope surface damage［J］.Safety in Coal Mines，2015，46（1）：186-189.
［6］史俊涛，孔思丽，任琪.基于强度折减有限元法的边坡稳定性影响因素敏感性研究［J］.武汉科技大学学报，2013，36（4）：316-320.
Shi Juntao，Kong Sili，Ren Qi.Studies of sensitivities of influence factors on slope stability based on strength reduction FEM［J］.Journal of Wuhan University of Science and Technology，2013，36（4）：316-320.
［7］王俊卿，李靖，李琦，等.黄土高边坡稳定性影响因素分析——以宝鸡峡引水工程为例［J］.岩土力学，2009，30（7）：2114-2118.
Wang Junqing，Li Jing，Li Qi，et al.Analysis of influence factors of high slope stability of loess：Taking the Baojixia water division project an example［J］.Rock and Soil Mechanics，2009，30（7）：2114-2118.
［8］ Long N T，Smedt F D.Slope stability analysis using a physically based model：A case study from a Luoi district in Thua Thien-Hue Province，Vietnam［J］.Landslides，2014，11（5）：897-907.
［9］ Gravanis E，Pantelidis L，Griffiths D V.An analytical solution in probabilistic rock slope stability assessment based on random fields［J］.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2014，11（5）：897-907.
［10］饶运章，张永胜，饶睿，等.离子型稀土原地浸矿边坡稳定影响因素敏感性分析［J］.矿业研究与开发，2015（9）：60-63.
Rao Yunzhang，Zhang Yongsheng，Rao Rui，et al.Sensitivity analysis of influencing factors of slope stability of in-situ leaching of ion type rare earth［J］.Mining Research and Development，2015（9）：60-63.
［11］张旭辉，龚晓南，徐日庆，等.边坡稳定影响因素敏感性的正交法计算分析［J］.中国公路学报，2003，16（1）：36-39.
Zhang Xuhui，Gong Xiaonan，Xu Riqing，et al.Orthogonality analysis method of sensibility on factor of slope stability［J］.China Journal of Highway and Transport，2003，16（1）：36-39.
［12］张金山，郭振坤，杨静，等.型煤成型影响因素的正交实验分析［J］.煤炭技术，2016，35（9）：287-288.
Zhang Jinshan，Guo Zhenkun，Yang Jing，et al.Orthogonal experiment analysis of Briquette for influencing factors［J］.Coal Technology，2016，35（9）：287-288.
［13］倪恒，刘佑荣，龙治国，等.正交设计在滑坡敏感性分析中的应用［J］.岩石力学与工程学报，2002，21（7）:989-992.
Ni Heng，Liu Yourong，Long Zhiguo，et al.Applications of orthogonal design to sensitivity analysis of landslide［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2012，21（7）：989-992.
［14］王飞阳，潘泓.不同失稳判据下边坡稳定性的规律性［J］.土木建筑与环境工程，2016，38（6）：10-16.
Wang Feiyang，Pan Hong.Regularity analysis of slope stability under different failure criterion［J］.Journal of Civil，Architectural and Environmental Engineering，2016，38（6）：10-16.
［15］李红.有限元强度折减法对逐级开挖高边坡的稳定性分析［J］.南京理工大学学报（自然科学版），2015，34（4）：488-493.
Li Hong.Stability analysis of finite element strength reduction method on stepwise excavating high slope［J］.Journal of Nanjing University of Science and Technology，2015，34（4）：488-493.
［16］涂义亮，刘新荣，钟祖良，等.三类边坡失稳判据的统一性［J］.岩土力学，2018，39（1）：173-180，190.
Tu Yiliang，Liu Xinrong，Zhong Zuliang，et al.The unity of three types of slope failure criteria［J］.Rock and Soil Mechanics，2018，39（1）：173-180，190.
［17］马建勋，赖志生，蔡庆娥，等.基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析［J］.岩石力学与工程学报，2004，23（16）：2690-2693.
Ma Jianxun，Lai Zhisheng，Cai Qing’e，et al.3D FEM analysis of slope stability based on strength reduction method［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2004，23（16）：2690-2693.
［18］江胜华，汪时机，李伟清，等.基于位移变化率和强度折减有限元的边坡失稳判定方法［J］.农业工程学报，2017，33（15）：155-161.
Jiang Shenghua，Wang Shiji，Li Weiqing，et al.Slope instability evaluation method using finite element method of strength reduction and displacement rate［J］.Transactions of the Chinese of Agricultural Engineering，2017，33（15）：155-161.
［19］刘新荣，涂义亮，钟祖良，等.基于能量突变的强度折减法边坡失稳判据［J］.中南大学学报（自然科学版），2016，47（6）：2065-2072.
Liu Xinrong，Tu Yiliang，Zhong Zuliang，et al.Slope’s failure criterion based on energy catastrophe in shear strength reduction method［J］.Journal of Central South University (Natural Science Edition)，2016，47（6）：2065-2072.
［20］ Donald I B，Chen Z.Slope stability analysis by the upper Bound approach：Fundamental and methods［J］.Canadian Geotechnical Journal，2011，34（6）：853-862．
［21］ Fu W X，Liao Y.Non-linear shear strength reduction technique in slope stability calculation［J］.Computers and Geotechnics，2010，37（3）：288-298．
［22］张其唯，马淑芝，贾洪彪.矿山排土场稳定性评价的FLAC 3D方法和刚体极限平衡法对比分析［J］.矿业研究与开发，2015（6）：45-48.
Zhang Qiwei，Ma Shuzhi，Jia Hongbiao.Comparative analysis of FLAC3D method and rigid body limit equilibrium method for stability evaluation of mine dump［J］.Mining Research and Development，2015（6）：45-48.
［23］郭少华，李振中，牛传星.基于极差分析法的基坑参数优化研究［J］.四川水泥，2016（6）：268-268.
Guo Shaohua，Li Zhenzhong，Niu Chuanxing.Study on optimization of foundation pit parameters based on range analysis［J］.Sichuan Cement，2016（6）：268-268.
［24］洪坤，赵梦琦，钟登华，等.基于极差分析法的引水隧洞施工工期多因素灵敏度分析［J］.水利水电技术，2015，46（1）：65-69.
Hong Kun，Zhao Mengqi，Zhong Denghua，et al.Range analysis-based multi-parameters sensitivity analysis on construction period of diversion tunnel［J］.Water Conservancy and Hydropower Technology，2015，46（1）：65-69.
［25］蔡江东.重标极差分析法预测径流量问题探究［J］.人民黄河，2012，34（7）：25-27.
Cai Jiangdong.Approach to the problems of rescaled range analysis in predicting the runoff［J］.Yellow River，34（7）：25-27.
［26］邓聚龙.灰色理论基础［M］.武汉：华中科技大学出版社，2002：18-28.
Deng Julong.Foundation of Grey Theory［M］.Wuhan：Huazhong University of Science and Technology Press，2002：18-28.
［27］黄建文，李建林，周宜红.基于AHP的模糊评判法在边坡稳定性评价中的应用［J］.岩石力学与工程学报，2007，26（增1）：2627-2632.
Huang Jianwen，LI Jianlin，Zhou Yihong.Application of fuzzy analysis based on AHP to slope stability evaluation［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2007，26（Supp.1）：2627-2632.

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[1]	贾明涛, 涂小腾, 任助理, 陈鑫, 宋华强. 基于改进最大流最小割算法的露天境界优化及应用[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(3): 318-324.
[2]	SHENGJianlong, ZHAIMingyang. 基于随机响应面法的金鸡岭岩质边坡可靠度分析及抽样方法对比[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(3): 297-304.
[3]	张学仁. 破拱空气炮及其在金属选矿厂中的应用[J]. J4, 2005, 13(03): 36-39.
[4]	赵瑞民. 简易真空装置在离心式水泵上的应用[J]. J4, 2004, 12(3): 22-24.
[5]	孙旭,张洪伟. 小断面短天井掘进方法探索[J]. J4, 2002, 10(5): 43-46.
[6]	陆爱珍,辛金生,富利娥. 坚硬岩体巷道掘进爆破技术方案设计与试验[J]. J4, 2001, 9(5): 39-41.