考虑非线性蠕变的露天矿边坡预警阈值确定

摘要

露天矿边坡监测作为保障人员与设备安全的最后一道防线，其核心在于构建精准的预警阈值.当前我国露天矿边坡监测系统存在预警阈值设定缺乏系统性和阈值确定缺乏科学理论支撑的问题.对此，本研究提出基于蠕变理论的预警方法：围绕蠕变曲线发展规律与累计位移量变化特征，通过解析边坡蠕变三阶段的临界位移比例关系来确定预警值.基于矿区代表性岩石力学参数，通过PFC^3D离散元模拟构建简化岩体模型，进行常三轴压缩试验获取应力–应变曲线，反演得到用于蠕变方程的本构参数（弹性模量和黏度系数），再建立蠕变方程推导出位移比例关系式.基于模拟的蠕变曲线得出方程所需的关键点及三级蠕变的起点值，并引入锁固段破坏机制概念和重正化群理论量化空间变异影响，推导临界位移阈值，进而求出蠕变演化的四级预警值，并与露天矿C现场GNSS监测的累计位移数据进行对比，验证预警阈值的准确性.对于突发的异常变形，引入切线角判据完善预警机制.试验表明，以露天矿C预警阈值为例，蠕变发出Ⅰ级预警（6216 mm）至滑坡发生提前了11.6天，之后进行短期的变形速率预警阈值监测，当变形速率发出Ⅰ级预警(97.2 mm·d^-1)后3小时发生滑坡.通过长短周期预警的协同作用，提升了预警系统的准确性和可靠性.

关键词

露天矿 / 非线性蠕变 / 边坡变形 / 监测预警 / 预警阈值

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52364020)