一种矿山边坡岩体工程稳定性精准评价系统

技术领域

本发明属于矿山岩体技术领域，尤其涉及一种矿山边坡岩体工程稳定性精准评价系统。

背景技术

目前：矿山边坡的工程岩体中发育有不同规模的结构面，而矿山边坡根据开采需要往往在总体边坡的基础上设置有一系列的台阶边坡。矿山边坡的稳定性评价，不仅要评价总体边坡的稳定性，还需评价台阶边坡的稳定性。研究表明，矿山边坡的稳定性受岩体结构面控制：结构面的产状、规模、组合型式及其与边坡面的空间组合关系决定了矿山边坡可能的潜在破坏模式，结构面的力学特性决定了矿山边坡潜在滑移破坏的可能性；矿山边坡稳定性评价应分别开展总体稳定性评价和局部稳定性评价，不同规模结构面对矿山边坡稳定性影响的程度和范围是不同的。

随着社会的不断进步，人们的安全意识越来越强，政府对安全生产的要求也越来越高。矿山边坡稳定性不仅对露天矿的安全有着紧密的联系，而且与露天矿的经济效益密切相关。在露天矿的生产阶段，随着矿山工程的发展，揭露的地层越来越多，人们可以在更大的范围、更多的空间获取更多、更准确的结构面的空间几何参数和物理力学参数，利用所掌握的新的结构面信息，对矿山边坡岩体工程稳定性进行精准评价，并根据精准评价结果对露天矿原设计的境界或边坡角进行适当的调整，使调整后的边坡角满足“既经济又安全”的原则，以使露天矿的总体经济效益最好。另一方面，矿山边坡是一种临时或半永久性的边坡，它们允许发生少量滑塌甚至局部性的规模较大的滑塌，但不允许突然发生的造成人员伤亡的滑塌，也不允许发生造成重大经济损失的滑塌。在露天矿生产阶段开展矿山边坡岩体工程稳定性的精准评价，可以为边坡局部不稳定地段防治的决策、设计和施工提供重要依据。但是目前没有矿山边坡岩体工程稳定性精准评价方法，进行矿山边坡工程稳定性的评价较为复杂。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前没有矿山边坡岩体工程稳定性精准评价方法，进行矿山边坡工程稳定性的评价较为复杂。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种矿山边坡岩体工程稳定性精准评价系统。

本发明是这样实现的，一种矿山边坡岩体工程稳定性精准评价系统，所述矿山边坡岩体工程稳定性精准评价系统包括：

地质信息采集模块，与中央控制模块连接，用于通过地质信息采集程序进行待评价区域的地质信息的采集，得到矿山地质信息；

信息传输模块，与中央控制模块连接，用于通过信息传输程序进行矿山地质信息的传输，并对传输的信息进行接收；

地质信息分析模块，与中央控制模块连接，用于通过信息分析程序对接收的矿山地质信息进行分析，得到信息分析结果；

边坡分级模块，与中央控制模块连接，用于通过边坡分级程序对矿山边坡的岩体进行分级，得到矿山边坡岩体的级别；

所述通过边坡分级程序对矿山边坡的岩体进行分级，得到矿山边坡岩体的级别包括：

(1)基于采集的矿山地质信息确定边坡的坡面形态函数、潜在滑移面形态函数，并计算边坡单位宽度的重量；同时确定振动加速度以及作用在边坡上的水平荷载函数以及竖向荷载函数；

(2)计算边坡的法向应力，根据获得的边坡滑面正应力分布函数，分别计算边坡对应滑面上不同位置处的法向应力值；

(3)对不同位置处的法向应力值进行统计分析，计算平均法向应力值和法向应力值的标准差；

(4)根据步骤(1)至步骤(4)计算的边坡各项参数值，确定边坡岩体的等级；

中央控制模块，与地质信息采集模块、信息传输模块、地质信息分析模块、边坡分级模块连接，用于通过主控机对各连接模块的运行进行控制，保证各个模块正常运行；

所述中央控制模块包括：灰色预测控制单元、模糊逻辑控制单元、PID控制单元；

所述灰色预测控制单元对地质信息分析与施工信息分析进行灰色预测控制；

所述灰色预测控制是通过灰色模型进行控制；

所述灰色模型是由一组灰色微分方程组成的动态模型，建立所述灰色模型GM(1,1)模型，所述建模包括：

X

对序列X

得到GM(1,1)的灰色微分方程：x

进行a、u的求解：采用最小二乘法

对序列

k+d时刻的预测值为：

进一步，所述矿山边坡岩体工程稳定性精准评价系统还包括：

赤平投影图绘制模块，与中央控制模块连接，用于通过赤平投影图绘制程序依据接收的矿山地质信息进行矿山边坡岩体的赤平投影图的绘制，得到不同级别的矿山边坡岩体的赤平投影图；

施工信息获取模块，与中央控制模块连接，用于通过施工信息获取程序进行待评价区域的施工信息的获取；

数据归一化模块，与中央控制模块连接，用于通过数据归一化程序进行待评价区域的施工信息的归一化处理，得到处理后的施工信息；

施工信息分析模块，与中央控制模块连接，用于通过施工信息分析程序进行处理后的施工信息的分析，得到施工信息分析结果；所述施工信息分析结果中包含工程对岩体的破坏程度；

稳定性评价模块，与中央控制模块连接，用于通过不同级别的矿山边坡岩体的赤平投影图以及施工信息分析结果进行待评价区域的矿山边坡岩体工程稳定性的评价。

进一步，所述通过信息传输程序进行矿山地质信息的传输，并对传输的信息进行接收，包括：

通过用户在所述局域网内随机选择的一个第一设备接收所述用户输入的主设备和从设备的设定指令，在所述局域网中设定一个所述主设备和至少一个所述从设备；

主设备通过MQTT Server模块与从设备的MQTT Client模块间达成订阅；

将信息通过所述订阅传输至所述从设备，或通过所述订阅获取由所述从设备传输的所述信息。

进一步，所述通过赤平投影图绘制程序依据接收的矿山地质信息进行矿山边坡岩体的赤平投影图的绘制，包括：

以现场实测的岩体结构面网络数据、结构面摩擦强度数据，以岩石的弹性模量与泊松比的实测或经验数据为基础，通过以下公式计算岩体全空间方向弹性模量Em：

其中：E、v为岩石的弹性模量和泊松比；m为结构面组数；λ为某组结构面的法向密度，单位为：条/m；a为该组结构面的平均半径，单位为：m；n

通过公式RMB＝0.5Em+50，Em＞10GPa以及RMR＝40logEm+10，Em＜10GPa将获得的Em换算成岩体质量的RMR分级指标，得到级别值，并计算出的岩体质量分级全空间方向数据，绘制全空间赤平投影图。

进一步，所述通过数据归一化程序进行待评价区域的施工信息的归一化处理，得到处理后的施工信息，包括：

接收用户输入的施工信息归一化策略相关的规则参数；

根据所述规则参数以及预设的代码生成规则，生成施工信息归一化策略对应的程序代码；

运行所述施工信息归一化策略对应的程序代码，对预设的实体数据集合中的实体进行归一判定，将相同施工信息进行聚类。

进一步，所述规则参数包括至少一个待比较的目标属性、所述目标属性对应的比较条件参数、以及各目标属性对应的比较条件之间组合的比较规则。

进一步，所述根据所述规则参数以及预设的代码生成规则，生成实体归一化策略对应的程序代码，包括：

针对任意一个待比较的目标属性，根据所述目标属性的类型、以及所述目标属性对应的比较条件参数，获取所述目标属性的比较函数；

根据每一比较规则，调用对应的比较函数、并确定逻辑运算类型，得到所述比较规则的程序代码；

根据各比较规则的程序代码得到所述实体归一化策略对应的程序代码。

进一步，所述将相同施工信息进行聚类，包括：

根据模糊聚类算法将数据进行分类，并计算每类的聚类中心；

FCM把n个向量x

模糊聚类的目标函数为：

其中，d

通过隶属度函数计算隶属度值，构成模糊矩阵；

隶属度函数为：

从模糊矩阵中选择训练样本，作为广义神经网络的训练输入；

在模糊矩阵中选择距离中心值最小的m个样本作为训练样本，通过n*m组数据作为广义神经网络的训练输入；其中，n为根据模糊聚类算法将入侵数据分类的个数，m为1～5之间的数据；

根据广义神经网络的训练输入，预测输出入侵数据类别；所述广义神经网络由输入层、模式层、求和层和输出层四级结构组成；

将数据重新分为n类，找出最靠近每类中心值的样本作为训练样本；得出聚类结果。

本发明是另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用所述矿山边坡岩体工程稳定性精准评价系统。

本发明是另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述矿山边坡岩体工程稳定性精准评价系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的矿山边坡岩体工程稳定性分级评价方法原理简单，操作方便，成本低廉，在对矿山边坡岩体分级的基础上进行矿山边坡岩体工程稳定性的评价，进行矿山边坡岩体工程稳定性评价的准确性更高，便于根据结构面规模分级和矿山边坡稳定性的分级评价，实现矿山边坡岩体工程稳定性的精准评价，为采矿设计的精确计算创造必要的条件，具有较大的实施价值和社会经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的矿山边坡岩体工程稳定性精准评价系统结构框图。

图2是本发明实施例提供的矿山边坡岩体工程稳定性精准评价方法流程图。

图3是本发明实施例提供的通过信息传输程序进行矿山地质信息的传输，并对传输的信息进行接收流程图。

图4是本发明实施例提供的中央控制模块结构框图。

图5是本发明实施例提供的通过数据归一化程序进行待评价区域的施工信息的归一化处理，得到处理后的施工信息流程图。

图中：1、地质信息采集模块；2、信息传输模块；3、地质信息分析模块；4、边坡分级模块；5、中央控制模块；6、赤平投影图绘制模块；7、施工信息获取模块；8、数据归一化模块；9、施工信息分析模块；10、稳定性评价模块；5-1灰色预测控制单元；5-2、模糊逻辑控制单元；5-3、PID控制单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种矿山边坡岩体工程稳定性精准评价系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的矿山边坡岩体工程稳定性精准评价系统包括：

地质信息采集模块1，与中央控制模块5连接，用于通过地质信息采集程序进行待评价区域的地质信息的采集，得到矿山地质信息；

信息传输模块2，与中央控制模块5连接，用于通过信息传输程序进行矿山地质信息的传输，并对传输的信息进行接收；

地质信息分析模块3，与中央控制模块5连接，用于通过信息分析程序对接收的矿山地质信息进行分析，得到信息分析结果；

边坡分级模块4，与中央控制模块5连接，用于通过边坡分级程序对矿山边坡的岩体进行分级，得到矿山边坡岩体的级别；

中央控制模块5，与地质信息采集模块1、信息传输模块2、地质信息分析模块3、边坡分级模块4、赤平投影图绘制模块6、施工信息获取模块7、数据归一化模块8、施工信息分析模块9、稳定性评价模块10连接，用于通过主控机对各连接模块的运行进行控制，保证各个模块正常运行；

赤平投影图绘制模块6，与中央控制模块5连接，用于通过赤平投影图绘制程序依据接收的矿山地质信息进行矿山边坡岩体的赤平投影图的绘制，得到不同级别的矿山边坡岩体的赤平投影图；

施工信息获取模块7，与中央控制模块5连接，用于通过施工信息获取程序进行待评价区域的施工信息的获取；

数据归一化模块8，与中央控制模块连接，用于通过数据归一化程序进行待评价区域的施工信息的归一化处理，得到处理后的施工信息；

施工信息分析模块9，与中央控制模块5连接，用于通过施工信息分析程序进行处理后的施工信息的分析，得到施工信息分析结果；所述施工信息分析结果中包含工程对岩体的破坏程度；

稳定性评价模块10，与中央控制模块5连接，用于通过不同级别的矿山边坡岩体的赤平投影图以及施工信息分析结果进行待评价区域的矿山边坡岩体工程稳定性的评价。

如图2所示，本发明实施例提供的矿山边坡岩体工程稳定性精准评价方法包括以下步骤：

S101，通过地质信息采集模块利用地质信息采集程序进行待评价区域的地质信息的采集，得到矿山地质信息；通过信息传输模块利用信息传输程序进行矿山地质信息的传输，并对传输的信息进行接收；

S102，通过地质信息分析模块利用信息分析程序对接收的矿山地质信息进行分析，得到信息分析结果；通过边坡分级模块利用边坡分级程序对矿山边坡的岩体进行分级，得到矿山边坡岩体的级别；

S103，通过中央控制模块利用主控机对各连接模块的运行进行控制，保证各个模块正常运行；通过赤平投影图绘制模块利用赤平投影图绘制程序依据接收的矿山地质信息进行矿山边坡岩体的赤平投影图的绘制，得到不同级别的矿山边坡岩体的赤平投影图；

S104，通过施工信息获取模块利用施工信息获取程序进行待评价区域的施工信息的获取；通过数据归一化模块利用数据归一化程序进行待评价区域的施工信息的归一化处理，得到处理后的施工信息；

S105，通过施工信息分析模块利用施工信息分析程序进行处理后的施工信息的分析，得到施工信息分析结果；所述施工信息分析结果中包含工程对岩体的破坏程度；

S106，通过稳定性评价模块利用不同级别的矿山边坡岩体的赤平投影图以及施工信息分析结果进行待评价区域的矿山边坡岩体工程稳定性的评价。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

本发明实施例提供的矿山边坡岩体工程稳定性精准评价方法如图2所示，作为优选实施例，本发明实施例提供的通过边坡分级程序对矿山边坡的岩体进行分级，得到矿山边坡岩体的级别包括：

(1)基于采集的矿山地质信息确定边坡的坡面形态函数、潜在滑移面形态函数，并计算边坡单位宽度的重量；同时确定振动加速度以及作用在边坡上的水平荷载函数以及竖向荷载函数；

(2)计算边坡的法向应力，根据获得的边坡滑面正应力分布函数，分别计算边坡对应滑面上不同位置处的法向应力值；

(3)对不同位置处的法向应力值进行统计分析，计算平均法向应力值和法向应力值的标准差；

(4)根据步骤(1)至步骤(4)计算的边坡各项参数值，确定边坡岩体的等级；

实施例2

本发明实施例提供的矿山边坡岩体工程稳定性精准评价方法如图2所示，作为优选实施例，如图3所示，本发明实施例提供的通过信息传输程序进行矿山地质信息的传输，并对传输的信息进行接收，包括：

S201，通过用户在所述局域网内随机选择的一个第一设备接收所述用户输入的主设备和从设备的设定指令，在所述局域网中设定一个所述主设备和至少一个所述从设备；

S202，主设备通过MQTT Server模块与从设备的MQTT Client模块间达成订阅；

S203，将信息通过所述订阅传输至所述从设备，或通过所述订阅获取由所述从设备传输的所述信息。

实施例3

本发明实施例提供的矿山边坡岩体工程稳定性精准评价方法如图2所示，作为优选实施例，如图4所示，本发明实施例提供的中央控制模块包括：灰色预测控制单元5-1、模糊逻辑控制单元5-2、PID控制单元5-3。

本发明实施例提供的灰色预测控制单元对地质信息分析与施工信息分析进行灰色预测控制。

本发明实施例提供的灰色预测控制是通过灰色模型进行控制；

所述灰色模型是由一组灰色微分方程组成的动态模型，建立所述灰色模型GM(1,1)模型，所述建模包括：

X

对序列X

得到GM(1,1)的灰色微分方程：x

进行a、u的求解：采用最小二乘法

对序列

k+d时刻的预测值为：

实施例4

本发明实施例提供的矿山边坡岩体工程稳定性精准评价方法如图2所示，作为优选实施例，本发明实施例提供的通过赤平投影图绘制程序依据接收的矿山地质信息进行矿山边坡岩体的赤平投影图的绘制，包括：

以现场实测的岩体结构面网络数据、结构面摩擦强度数据，以岩石的弹性模量与泊松比的实测或经验数据为基础，通过以下公式计算岩体全空间方向弹性模量Em：

其中：E、v为岩石的弹性模量和泊松比；m为结构面组数；λ为某组结构面的法向密度，单位为：条/m；a为该组结构面的平均半径，单位为：m；n

通过公式RMB＝0.5Em+50，Em＞10GPa以及RMR＝40logEm+10，Em＜10GPa将获得的Em换算成岩体质量的RMR分级指标，得到级别值，并计算出的岩体质量分级全空间方向数据，绘制全空间赤平投影图。

实施例5

本发明实施例提供的矿山边坡岩体工程稳定性精准评价方法如图2所示，作为优选实施例，如图5所示，本发明实施例提供的通过数据归一化程序进行待评价区域的施工信息的归一化处理，得到处理后的施工信息，包括：

S301，接收用户输入的施工信息归一化策略相关的规则参数；

S302，根据所述规则参数以及预设的代码生成规则，生成施工信息归一化策略对应的程序代码；

S303，运行所述施工信息归一化策略对应的程序代码，对预设的实体数据集合中的实体进行归一判定，将相同施工信息进行聚类。

本发明实施例提供的规则参数包括至少一个待比较的目标属性、所述目标属性对应的比较条件参数、以及各目标属性对应的比较条件之间组合的比较规则。

本发明实施例提供的根据所述规则参数以及预设的代码生成规则，生成实体归一化策略对应的程序代码，包括：

针对任意一个待比较的目标属性，根据所述目标属性的类型、以及所述目标属性对应的比较条件参数，获取所述目标属性的比较函数；

根据每一比较规则，调用对应的比较函数、并确定逻辑运算类型，得到所述比较规则的程序代码；

根据各比较规则的程序代码得到所述实体归一化策略对应的程序代码。

本发明实施例提供的将相同施工信息进行聚类，包括：

根据模糊聚类算法将数据进行分类，并计算每类的聚类中心；

FCM把n个向量x

模糊聚类的目标函数为：

其中，d

通过隶属度函数计算隶属度值，构成模糊矩阵；

隶属度函数为：

从模糊矩阵中选择训练样本，作为广义神经网络的训练输入；

在模糊矩阵中选择距离中心值最小的m个样本作为训练样本，通过n*m组数据作为广义神经网络的训练输入；其中，n为根据模糊聚类算法将入侵数据分类的个数，m为1～5之间的数据；

根据广义神经网络的训练输入，预测输出入侵数据类别；所述广义神经网络由输入层、模式层、求和层和输出层四级结构组成；

将数据重新分为n类，找出最靠近每类中心值的样本作为训练样本；得出聚类结果。

本发明实施例提供的通过稳定性评价模块利用不同级别的矿山边坡岩体的赤平投影图以及施工信息分析结果进行待评价区域的矿山边坡岩体工程稳定性的评价，包括：

依据传统方法获取的边坡稳定系数k

基于边坡稳定性分级分析原理，建立边坡稳定性计算模型，消除几何随机误差δ

找准边坡潜在滑移面所对应的结构面及其潜在滑移方向；

开展岩体结构面抗剪强度参数进行精细取值，消除由于计算参数取值不准带来的计算误差；

结合地质信息与施工信息，确定的潜在滑移面抗剪强度参数，计算该工况条件下边坡的稳定系数k

依据传统方法获取的边坡稳定系数k

比较边坡稳定状态和基于边坡稳定性分级分析和岩体结构面精细取值确定的边坡稳定系数的差异性，进而确定边坡稳定系数系统误差δ

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。