(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211016621.X (22)申请日 2022.08.24 (71)申请人 武汉科技大 学 地址 430081 湖北省武汉市青山区和平大 道947号 (72)发明人 胡斌　李剑飞　李京　崔阿能　 贾雅兰　王宏芮　 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种含软弱夹层矿山边坡的动态监测预警 方法 (57)摘要 本发明提供了一种含软弱夹层矿山边坡的 动态监测预警方法， 主要包括以下步骤： 根据边 坡类别和级别， 以及边坡所处工况， 确定边坡预 警安全系数范围(Fs‑Fsd)； 基于边坡 的工程地质 特征、 地应力场、 边坡开挖分区及通过现场测试、 室内试验等手段综合获得边坡岩体力学参数， 建 立考虑开挖效应的边坡模型， 布置监测点； 通过 软弱夹层蠕变试验确定蠕变本构模型及蠕变力 学参数； 采用BP神经网络和数值计算方法确定不 同岩体物理力学参数对应的安全系数， 建立边坡 安全系数与变形的关系； 确定预警指标和预警 值， 判断边坡 稳定性。 本发明的有益效果是： 可以 有效提高边坡安全预警的准确性， 为具有蠕变特 点的边坡滑坡的演化机理研究与滑坡灾害动态 防控提供有利条件。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 115455759 A 2022.12.09 CN 115455759 A 1.一种含软弱夹层矿山 边坡的动态监测预警方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1： 根据边坡类别和级别， 以及边坡所处工况， 确定边坡预警安全系数 范围(Fs‑Fsd)。 S2： 根据边坡的工程地质力学模型、 地应力场、 设计的边坡开挖分区及通过现场测试、 室内试验等手段综合获得 的边坡岩体力学参数， 建立考虑动态开挖效应的边坡模型， 并布 置监测点。 S3： 根据软弱夹层蠕变试验确定蠕变本构模型及蠕变力学参数。 S4： 根据数值计算方法和BP神经网络建立安全系数与边坡岩土体物 理力学参数之间的 映射关系， 通过 数值计算模拟开挖， 建立 边坡安全系数与变形的关系。 S4‑1： 只考虑各岩组在开挖扰动影 响下的动态黏聚力c和边坡内摩擦角 与边坡安全系 数之间的关系， 确定各岩组待反演的参数 范围及水平 S4‑2： 采用均匀设计方法， 设计边坡数值计算中所对应的不同黏聚力和内摩擦角的组 合， 基于FLAC3D软件的强度折减法计算此时的边坡安全系数。 S4‑3： 利用BP神经网络建立建立各岩层内摩擦角和黏聚力与边坡动态开挖过程的安全 系数之间的映射关系； 利用映射关系， 获得一系列岩 体物理力学参数组合对应的安全系数； 通过数值计算获得一系列组合 安全系数对应的监测点的变形量大小。 S5： 确定预警指标和预警值， 判断边坡稳定性。 S5‑1： 确定安全系数为(Fs‑Fsd)范围内方案的黏聚力和内摩擦角， 代入FLAC3D边坡开挖 数值模型中， 分别计算各种组合下 的边坡监测 点的位移量值， 计算过程中软弱夹层用蠕变 本构模型， 其 余岩层采用Mohr ‑Coulomb。 S5‑2： 将计算得到的监测点 位移变化绘制成趋势曲线， 得到关键点A、 点B、 点C 。 S5‑3： 确定界限安全系数Fsd对应的各测点的位移量值为三级预警指标值(三级预警起 点C)， 点B对应的各测点的位移量值为二级预警指标值(二级预警起点和三级预警终点B)， 点A对应的各测点的位移量 值为一级预警指标值(一级预警起 点和二级预警 终点A) S5‑4： 将开挖过程中测点的位移量值与监测预警指标值作比较， 如果开挖过程中测点 的位移量 值均小于预警值， 说明在目前开挖过程中边坡处于稳定状态。 2.根据权利要求1所述的一种 含软弱夹层矿山边坡的动态监测预警方法， 其特征在于： 步骤S4‑3中， 利用BP神经网络建立非线性映射关系， 将各层的粘聚力和内摩擦角作为输入 层， 安全系 数作为输出层， 得到输入和输出数据， 然后对数据进行线性归一化处理， 确定输 入与输出数据之间的模糊映射关系， 建立各岩层内摩擦角和黏聚力与边坡动态开挖过程的 安全系数之 间的映射关系。 利用所确定的安全系数与边坡岩土体物理力学参数之 间的映射 关系， 获得一系列岩体物理力学参数组合对应的安全系 数； 根据所获得的一系列安全系 数 对应的岩 体物理力学参数进行边坡开挖过程的数值模拟 计算， 获得这些安全系数对应的监 测点的变形量大小。 3.根据权利要求1所述的一种 含软弱夹层矿山边坡的动态监测预警方法， 其特征在于： 步骤S5‑2中， 将计算得到的监测点位移变化绘制成趋势曲线， 得到开挖过程中位移量值与 安全系数变化的关系曲线上斜率变化较大的关键点(点B)， 确定安全系数Fsd对应的另一个 数值点(点C)， 确定位于B点之后位移 量值随安全系数减小变化率逐渐增大至稳定的数值点 (点A)。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115455759 A 2一种含软弱夹层矿山边坡的动态 监测预警方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 地质灾害防治领域， 具体涉及矿山含软弱夹层边坡的动态长期稳定性 评价和监测预警方法， 尤其涉及一种含软弱夹层矿山 边坡的动态监测预警方法。 背景技术 [0002]在我国西南地区， 大范围存在含缓倾软弱夹层的矿山高边坡， 根据传统的极 限平 衡方法和基于弹塑性力学本构模型 的数值模拟方法， 结果表明边坡处于稳定状态， 而现实 工程实际中沿这类缓倾斜软弱夹层发生过多次大规模滑动破坏。 软弱夹层具有力学强度 低、 水理性质差、 流变效应明显等特性， 常成为这类石 灰石矿山高边坡稳定性问题的薄弱环 节。 在目前研究含软弱夹层边坡稳定性最常用的强度折减法， 考虑蠕变特性的强度折减法 研究得到了边坡长期稳定性系 数， 未将边坡的安全系 数与边坡的演化过程、 边坡监测点的 位移等综合 考虑， 进而无法准确判断出边坡的稳定性。 [0003]滑坡预警是指在滑坡灾害发生之前， 根据以往的总结的规律或监测数据资料， 对 比预警指标， 迅速判断滑坡灾害等级及范围， 向相关部门发出紧急信号， 报告危险情况， 落 实应对措施， 从而最大程度的减轻危害所造成的损失的行为。 滑坡预警主要是在滑坡监测 和滑坡预警指标计算的基础上建立起来， 其中预警指标是由当前滑坡变形情况、 发育阶段， 破坏模式等结合历史经验数据分析确定的。 在目前监测预警指标的确定大多 是根据已有的 工程监测实例分析总 结得到的， 而这种方法获得的监测预警指标值只能用于边坡结构、 地 质条件和所处环境条件非常类似的同类工程的类比， 因此， 用该方法获得的监测预警指标 仍表现出其不充分性。 这两个不 足导致了目前对含软弱夹层边坡的长期稳定性评价和监测 预警等研究存在阻碍 。 发明内容 [0004]本发明的目的是要解决的现有方法存在的问题， 为克服上述缺陷而提供一种含软 弱夹层矿山 边坡的动态监测预警方法。 [0005]一种含软弱夹层矿山 边坡的动态监测预警方法， 包括以下步骤： [0006]S1： 根据边坡类别和级别， 以及边坡所处工况， 确定边坡预警安全系数范围(Fs‑ Fsd)。 [0007]S2： 根据边坡的工程地质力学模型、 地应力场、 设计的边坡开挖分区及通过现场测 试、 室内试验等手段综合 获得的边坡岩体力学参数， 建立考虑动态开挖效应的边坡模型， 并 布置监测点。 [0008]S3： 根据软弱夹层蠕变试验确定蠕变本构模型及蠕变力学参数。 [0009]S4： 根据数值计算方法和BP神经网络建立安全系数与边坡岩土体物理力学参数之 间的映射关系， 通过 数值计算模拟开挖， 建立 边坡安全系数与变形的关系。 [0010]S5： 确定预警指标和预警值， 判断边坡稳定性。 [0011]进一步地， 所述边坡预警安全系数范围(Fs‑Fsd)， Fs边坡极限平衡状态的安全系数说　明　书 1/6 页 3 CN 115455759 A 3