一种露天矿滑坡预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种露天矿滑坡预测方法，其属于基础理论、岩石力学、爆破科学、地 质灾害预测理论及其应用研究领域。
【背景技术】
[0002] 滑坡构成了露天矿安全生产的一大灾害。因此，长期W来，人们十分重视露天矿边 坡稳定性、预测与防治滑坡灾害的研究。目前，国内外研究露天矿边坡稳定性、预测滑坡的 方法如下：1、工程地质类比法;2、结构分析法;3、极限平衡分析法;4、数值分析法、5、概率分 析法。虽然运些方法应用了很长一段历史时期，但由于传统基础理论和应用基础理论对作 用与变化关系规律认识的不全面性，对作用、变化、材料性质概念及其统一关系规律认识的 不准确性，导致了人们对露天矿边坡性质概念和露天矿滑坡与其控制因素之间关系规律认 识的不准确性。
[0003] 归结起来，目前滑坡预测研究理论主要存在如下缺陷：
[0004] 没有正确表述滑坡运动与其控制因素之间关系的正确理论与方程，从而导致人们 在进行滑坡预测研究中不能正确确定需要观测哪些必要的物理量，不能准确建立滑坡与其 控制因素之间的关系方程，也就难W准确描述和有效分析预测滑坡事故孕育、发展与发生 过程。在滑坡预测实践中，研究人员不只是走了一些弯路问题，而且大部分研究工作都是在 做无用功。由于研究方向不正确，人们在观测研究中获取的观测数据常常是与滑坡预测需 要不相干的数据，在数据分析问题上也总是偏离核屯、，分析来分析去，始终找不到滑坡预测 所需要的最终数据，获取的结果常常是无效数据。人们对滑坡事故发生与其控制因素之间 的定量关系规律认识极其模糊，如对爆破、大气降水、地表地下水、在边坡上运行的车辆和 行人与滑坡孕育、发展、发生过程之间的定量关系规律的认识，迄今为止，国内外都不很明 确。实际上，在爆破理论中，目前也很难找到关于爆破与岩层破坏之间关系规律描述的直接 关系理论公式。
[0005] 对爆破作用与滑坡之间关系的认识，目前，国内外有两种观点：一种观点认为将介 质质点振动速度作为衡量爆破控制滑坡的标准合理，因为观测结果认为，爆破产生的破坏 程度与质点振动速度关系比较密切。另一种观点认为将质点振动加速度作为衡量爆破控制 滑坡的标准合理，因为加速度反映荷载大小。在边坡稳定性研究中，有人采用质点振动速度 作为边坡稳定性判据，也有人将质点振动速度和对应频率同时作为判据。笔者认为，运种观 点都不是正确的，因为质点振动速度和加速度都不是爆破产生的作用量。爆破对滑坡的控 审IJ，其实质是爆破对滑坡物质产生了一种加载作用，构成了控制滑坡运动的直接作用因素。
[0006] 爆破对滑坡构成的是一种加载作用。如果在滑坡体上爆破，炸药爆炸产生的作用 合量几乎全部用于驱动滑坡体运动；如果在滑坡体W外爆破，炸药产生的作用量会有一部 分用于驱动滑坡体运动。在露天矿生产阶段，爆破是滑坡孕育、发展、发生整个过程的直接 驱动因素。至于滑坡体是否滑坡，还与其它作用如重力、大气降水作用有关，还与滑坡面的 性质有关。用爆破震动速度、加速度和对应的频率等数据作判据是不合适的，判别是否存在 滑坡危险性的判据应该根据滑坡运行的基本规律来确定，不是随意可选的数据。能够确切 反映滑坡危险性的数据主要是滑面的性质及其变化率:在作用控制下表现为滑动还是不滑 动?滑面生成速度缓慢还是很快?滑面的可滑性指数(或不可滑性指数)的变化率大还是小？ 运种数据才能直接告诉人们是否具有滑坡灾害发生的危险!爆破震动速度、加速度的大小 不能体现是否具有滑坡危险性。基本认识不正确，是滑坡预测不准确、工作效率低下的根本 原因。
[0007] 总之，目前露天矿滑坡灾害事故预测与防治的困难，其关键原因在于理论力学与 应用力学体系存在不科学的思想方法和不科学的理论内容。
【发明内容】
[0008] 本发明针对自然科学不能正确认识滑坡与其控制因素之间关系规律的不足，提供 一种露天矿滑坡预测方法。
[0009] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
[0010] 1、露天矿滑坡基本方程的建立和工作方向、目标和工作内容与任务的确立
[0011] 根据作用学，滑坡运动与其控制因素之间的关系可用如下方程式表述：
[0012]
[0013] 式中，m表示滑坡体的质量;A表示驱动滑坡体运动的主动作用量;E表示滑坡体的 可滑程度(活动性指数，叫虚度）；T表示滑坡体的不可滑程度(稳定性指数，叫实度）；0表示 滑坡角（滑面倾角）；t表示滑坡体存在的时间（滑坡现象孕育、发展、发生时间）。其中，A = Ft，F表示驱动滑坡体运动的主动作用力。
[0014] 在露天矿边坡稳定性探测和滑坡预测研究工作开展之前，首先必须明确露天矿滑 坡与其控制因素之间关系的理论方程，然后，确立工作方向、工作内容、工作目标和工作任 务。根据上述基本理论方程，在露天矿工程地质勘探阶段、生产设计阶段、生产阶段，研究露 天矿边坡物质性质、进行滑坡预测的主要工作方向、目标、内容与任务是确定上述方程中设 及到的作用量、作用力、虚作用量、虚作用力、实作用量、实作用力、虚度、实度、虚度变化率、 实度变化率、滑坡角、滑坡质量、滑坡体与滑面间的接触面或将来可能形成的滑面、可能形 成的滑坡动力、滑坡预测方案与滑坡防治措施。
[0015] 2、测量控制露天矿滑坡的作用量
[0016] 与爆破有关的滑坡，其控制作用量主要有如下几个：
[0017 ]滑坡体的初动量:Ao=mvo;该作用量可通过观测获得。m表示滑坡质量;VO表示滑坡 初速度;Ao表示因滑坡质量运动而构成的滑坡驱动作用量，等于滑坡体的动量。
[0018]重力产生的作用量:Ai=mgt;该作用量是由重力产生的加载作用量，其值可在观 测确定滑坡质量基础上通过计算获得。
[0019] 爆破产生的作用量:As=HizIo;式中，mz表示爆破所用炸药的质量；1日表示单位质量 炸药产生的最大动量。炸药爆炸对滑坡体构成直接作用，从而使滑坡体在爆破加载作用下 形成加载运动和加载变形。爆破加载作用量等于炸药爆炸传递给滑坡体的动量。
[0020]如果有大气降水，运些运动的水还将对滑坡体产生作用，并改变滑面的可滑动性 和不可滑动性。大气降水产生的驱动作用量为:A3 = Ssq2t;式中，q为降雨流量;t为时间；Ss 为滑坡体分布的水平面积(水平投影面积）。该作用量可通过实验、观测、计算获得。
[0021 ]地表水或地下水对滑坡体产生的作用可根据实际情况具体确定。
[0022] 如果有车辆和行人在边坡上运行，需进行统计并计算其作用量。其大小为：
[0023]
[0024] 式中，Hii表示任意车辆的质量;ti表示任意车辆对边坡的作用时间。
[0025] 在受爆破影响条件下，边坡滑坡体受的作用总量是
[0026]
[0027] 露天矿边坡物质之所W形成滑坡，其关键原因在于边坡物质受着作用量A的驱动 作用。
[0028] 由于各种作用量都是可获得量，所W，作用总量可被看作是已知量。滑坡角可根据 实际生成的滑面(或边坡上可能出现的滑动面)来确定，可W视为已知量。滑面W上的质量 可视为滑坡质量，可W确定，为已知量。因此，在滑坡运动方程中只有虚度E(或实度T)与滑 坡位移X两个量是未知量。如果通过观测或勘测或生产实践研究再确定了虚度或实度变化 规律，将虚度或实度化为已知量，便可根据方程
[0029]
[0030] 随时掌握滑坡动态，计算、评价边坡物质的稳定性，预测滑坡灾害。
[0031] 3、确定露天矿边坡的虚度与作用之间的关系
[0032] a、露天矿边坡物质可滑性指数与作用量之间的一般关系规律
[0033] 根据作用学，虚度与作用量和虚作用量之间的一般关系式是
[0034] E = ^ A.
[0035] 式中，A表示作用量;Af表示虚作用量;E表示虚度。在滑坡现象中，虚作用量Af等于 滑坡体滑动的动量。在边坡稳定性测试中，可通过对边坡施加作用、迫使边坡物质沿斜面滑 动方式来确定边坡物质的可滑动性质（不稳定性质）。如果采用静压作用方式进行测试，施 加的静压力为F(叫加载力），并且F = mg，m表示加载作用物质的质量，用M表示滑体的质量， 在加载力和滑体自身重力控制下，边坡中的一部分物质从缓慢变形、逐渐产生滑面、最后形 成滑动(滑坡）。如果加载作用力很大，受作用点处的边坡物质会很快形成滑坡现象，并且， 其初始滑动动量就比较大。假若滑动加速度为a,那么，根据力学 V