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申请/专利权人：青岛理工大学

摘要：本发明涉及岩质边坡稳定性评价及边坡加固与防治领域，特别是一种深凹矿山开挖边坡主动锚固优化设计方法。包括以下步骤：S1确定深凹矿山开挖边坡的特征参数；S2实时监测深凹矿山开挖边坡的应力、应变；S3确定边坡各监测点的开挖动力增载响应比；S4确定深凹矿山开挖边坡的局部稳定性系数及其塑性区；S5确定塑性区局部补偿系数△Fkij及设计补偿系数S6对锚杆主动加固参数进行优化设计。不仅可以准确的设计出锚杆加固密度、点位、入射角度及锚固长度，并且使工程更为经济、合理与安全。

主权项：1.一种深凹矿山开挖边坡主动锚固优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1确定深凹矿山开挖边坡的特征参数：对矿山开挖边坡进行岩土工程勘查与现场原位试验，获取边坡滑动体的岩块内摩擦角标准值边坡坡角β、岩体重度γ、粘聚力c、坡高H，并根据矿山边坡的动态开挖特点，分析边坡的范围和尺寸，确定边坡开挖台阶数量m、各开挖台阶高度hi；S2实时监测深凹矿山开挖边坡的应力、应变：随着矿山边坡开挖，在每开挖到一个台阶时则在新的台阶开挖临空面拐角及每隔3m处各布设一个应力、应变监测孔i，在勘探孔内，每隔h米设置一个监测点j，监测点记为ki,j，每个监测点处分别设置应变片和应力计，对各监测点ki,j在开挖过程中的应力σ、应变ε进行记录；S3确定边坡各监测点的开挖动力增载响应比：以弹塑性力学、岩土力学原理中的边坡受力变形规律为依据，将深凹矿山边坡监测点ki,j布设后第1步开挖完成时的初始应力增量作为初始滑移动力增载量，初始开挖引起的应变增量作为初始位移响应量，根据式7计算边坡监测点ki,j布设后第1步开挖完成时的初始动力增载位移响应率 将边坡监测点ki,j布设后第m步开挖完成时的应力增量作为该开挖步的滑移动力增载量，边坡开挖引起的对应应变增量作为该开挖步的位移响应量，根据式8计算边坡监测点ki,j布设后第m步开挖完成时的动力增载位移响应率 设监测点ki,j的动力增载位移响应比评价参数为矿山边坡监测点ki,j布设后第m步开挖完成时的动力增载位移响应率与初始动力增载位移响应率之比： S4确定深凹矿山开挖边坡的局部稳定性系数及其塑性区：矿山开挖边坡监测点局部稳定性系数与动力增载位移响应比的定量关系如下： 根据边坡监测点局部稳定系数与稳定性安全系数K的关系，判定边坡监测点所在位置是否会出现塑性区：当边坡监测点局部稳定性系数小于稳定性安全系数K时，则判定该监测点所在区域范围出现塑性区，确定该区域为需要加固的范围，需要进行下一步针对性的防治；反之，则判定该范围内为稳定区，无塑性区出现，不需防治，安全系数K根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013确定；S5确定塑性区局部补偿系数△Fkij及设计补偿系数针对边坡监测点局部稳定性系数Fkij小于稳定性安全系数K的塑性区，设边坡塑性区监测点稳定性补偿系数△Fkij为边坡安全系数K与边坡监测点局部稳定性系数Fkij的差值：△Fkij＝K-Fkij19对于出现塑性区的开挖层，分别确定每根光纤勘探孔内监测点动力增载位移响应比的极值点；将各根勘探孔内出现动力增载位移响应比极值点的位置依次用平滑曲线进行连线，所得到的曲线便为边坡临界滑移面；设每层有e根光纤，根据式19依次求出出现塑性区的开挖层每勘探孔动力增载位移响应比极值点对应的塑性区监测点局部补偿系数△Fkij，再根据式20取其平均值得到设计补偿系数 S6对锚杆主动加固参数进行优化设计：步骤S6中，锚杆主动加固参数包括边坡锚杆布设点位及排数、岩体边坡各预应力锚杆加固预应力值、岩体边坡预应力锚杆最优入射角、预应力锚杆最优设计长度；在确定岩体边坡各预应力锚杆加固预应力值时，对岩体塑性区边坡坡体进行垂直条分，设单根锚杆的有效作用范围取本锚杆与相邻锚杆之间范围的均分之和，所以锚杆承担岩体产生的下滑力是有效作用范围内潜在滑移面上方的岩体重力所产生的，因此岩体边坡各预应力锚杆所需加固抗滑力值△RNm： 式中：WNm—为滑坡体第N排m根锚杆所承担的土体重力N＝1,2,…,n；m＝1,2,…,n；θk—为局部滑坡体破坏潜在滑动面倾角；设岩体中打入的锚杆入射角度为α，根据公式24确定其加固预应力值： 确定岩体边坡预应力锚杆的最优入射角时，对公式24中的α求导得如下公式： 式中：θk—为局部滑坡体破坏潜在滑动面倾角；α—锚杆入射角；令公式25等于零，通过极值分析得：当时，△rNm取得最大值；根据《岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086-2015规定，边坡锚杆加固入射角度不应与水平面成-10°～+10°，所以边坡锚杆加固最优入射角度的确定如下：②当时，边坡锚杆加固最优入射角度为②当时，边坡锚杆加固最优入射角度为α＝10°。

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