露天矿边坡稳定性分析智能系统

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1、总第444期2006年6月露天矿边坡稳定性分析智能系统李富平张文华（河北理工学院资源与环境学院）（連化王爷陵饮歹）摘要：综合应用BP神经网络模型及传统边坡稳定分析方法，研制并开发了一个边坡稳定性分析的智能系统。应用实例表明该系统实用性强、使用方便、运行可靠。关键词：雰天矿；边坡稳定；神经网络随着我国经济的飞速发展，各种工程所出现的边坡问题已越来越多，尤其在我国多山地区，铁路、公路穿山越岭,陡坡建筑日益增多，边坡稳定性交通运输至关重要；水电工程大多兴建在高山峡谷中，大坝坝肩、库岸边坡的稳定性对大坝的安全有着直接的影响；

2、露天采矿工程由于挖掘技术的发展，采深越来越大，将达到600-700m,天采矿边坡角的选取，对矿山经济效益及安全生产有着直接的关系；一个大型露天矿的总体边坡角增加1°,可节省可观的剥岩经费，但边坡角过陡也会造成滑坡事故，给矿山生产带来巨大的危害和损失。如今，露天矿山相继转入深凹开采，边坡高度逐年增大，开采条件越来越差,边坡稳定性问题日益突出。传统的边坡稳定性分析习惯注重于理论计算和数值分析。边坡的研究对象是岩体，而岩体又是地球介质，它的形成延续了漫长的地质年代。正是由于岩体内不连续面的存在，使岩体的完整性和均匀性受到不

3、同程度的破坏，又因不连续而本身的种类和成因不同，其力学性质差异很大，使岩体在不同受力状态下呈现极为复杂的力学特性。因此，目前的边坡稳定性计算方法有一定的局限性。实际上岩石边坡稳定分析问题在一定程度上都是数学描述不完善的，有的缺乏必要的参量。对于这类问题，很难借助于一种预先设计好的固定程式或算法来解决。而领域专家运用在实践中产生的知觉灵感和经验总结的知识，采用一定的“启发式”方法却能做出很好的判断。这种启发式方法在实践中表明是行这有效的。所以，在解决边坡稳定问题时，采用启发式的推理很重要的。专家系统在此方面已取得了很大

4、进展，但也存在许多困难。近年来神经网络理论得到迅速发展，为解决边坡工程问题创造了条件。由于人工神经网络具有髙度的非线性拟合和自动建模的作用，可以用人工神经网络技术来拟合各种因素之间错综复杂的联系，并通过实例训练来积累知识，以充分逼近真实世界的状况，完成足够精确的模糊推理和分析;由于神经网络的可塑性，输入指标的个数可以是任意的，所以可以尽可能地反映所有影响的因素，便结果更全面、更科学。1边坡稳定智能模型建立开发露天矿边坡稳定性分析智能系统的目的就是对鍔天矿边坡进行稳定性分析，为边坡的设计与施工提供可靠的保证。本研究将传

5、统的边坡稳定性方法——极限平衡分析法和现代人工智能技术一神经网络和专家系统有机地结合,二者互为补充，互为验证。充分发挥各自的优点，从而提供边坡稳定性分析的合理性和可靠性。该系统主要包括：①对已有边坡进行稳定性分析的神经网络专家系统;②对新建或扩建矿山进行鋼天矿边坡优化设计神经网络专家系统；③边坡稳定极限平衡分析系统，包括:岩体结构类型划分神经网络专家系统；岩体哟度确定神经网络专家系统;边坡破坏模式判别的逻辑专家系统；边坡稳定极限平衡分析——平面型破坏、楔体破坏、圆弧形破坏和萨而码法。1.1边坡稳定分析神经网络专家系统

6、综合分析我国典型露天矿山边坡稳定性研究实例,研究确定露天矿边坡的主要影响因索为：岩块抗压强度、抗拉强度、岩块C值、岩块0值、弹性模虽、泊松比、声波速度、爆震系统、弱面C值、弱面0值、地下水系数、容重、节理组数、节理间距、结构面与边坡面关系、边坡高度、服务年限和边坡角共18个。该子系统以影响边坡稳定的18个主要因索作为BP网络的输入参数，以边坡稳定性系数为输出，经过采用自适应的方法训练该网络的拓扑结构为18-15-U利用我国22个具有代表性的露天矿边坡稳定性研究实际资料，选择180组数据为学习样本，其系统误差的均达到0

7、.00016以下。另外选择10组研究矿山的实际数据对该网络进行了检验，检验结果表明：在检验的10组数据中，相对误差超过10%的有1个，超过5%的有1个，其余均低于3%。1.2边坡优化设计神经网络专家系统边坡优化设计神经网络专家系统主要是对新建矿山或扩建矿山进行合理边坡角的选择，与边坡稳定分析神经网络专家系统相比，只是BP网络的输出不同，是露天矿设计边坡角，而将期望安全系数作为网络的一个输入节点。1.3边坡稳定极限平衡分析系统1.3.1岩体结构类型的划分岩体结构类型的划分是边坡极限平衡分析的基础，当前，我国各部门，根据

8、施工与研究的需要，提出了本部门的岩体结构分类，国外也有不少分类方法。本研究是针对露天矿边坡岩体结构类型的划分，故选择了考虑岩体的地质成因及岩体地质特性的中国科学院地质所谷徳振教授的分类方法，将岩体结构分为4大类8亚类。在此标准基础上略作改动，根据边坡工程分析的需要，将第DI大类中的2、3亚类并为一类，即共分为7类。在选择了岩体结构类型划分标准以