原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法及评估方法

1.本技术涉及可靠性分析领域，具体而言，涉及一种原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法及评估方法。

背景技术：

2.离子吸附型稀土矿是我国重要的稀土资源，其主要的开采工艺为原地浸矿原地浸矿主要是将电解质溶液经注液井直接注入矿体，经过渗流过程后收集所形成的母液，从而达到回收稀土的目的在原地浸矿过程中，由于大量的液体注入山体，导致山体滑坡失稳现象频发因此，需要对原地浸矿过程中边坡的安全稳定性进行评价。
3.目前能够对离子吸附型稀土矿原地浸矿工艺的边坡的稳定性进行评价的方法主要有极限平衡理论和有限元强度折减法采用这两种方法进行边坡安全稳定评价前，首先需要对边坡进行详细的勘测，获得边坡不同成分的容重、强度参数、渗透系数等参数，再依据勘测结果对地层结构做适当的简化，形成极限平衡法或者有限元强度折减法的计算模型，然后通过渗流计算模拟浸矿过程中的溶液渗流过程，并依据渗流计算结果获得边坡在各种工况中的最小安全系数，最后将所获得的安全系数与相关规范要求进行对比获得边坡的安全稳定性。
4.可见，目前所采用的原地浸矿工艺边坡安全稳定分析使用的极限平衡法或者有限元强度折减需要进行大量的勘测和实验，评价所需的时间周期长，效率低，计算过程复杂，使用不方便，并且这两种方法难以考虑人为活动、外部环境等因素的影响，不能得到准确的原地浸矿场地边坡稳定性结论。

技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法及评估方法，其能够考虑多种因素对原地浸矿边坡稳定的影响，从而快速获取离子型稀土矿原地浸矿工艺中边坡的安全稳定状态。
6.本技术的实施例是这样实现的：
7.本技术提供一种原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法，包括以下步骤：
8.步骤一、获得各个一级指标对边坡安全稳定的影响大小，一级指标包括边坡基本地质条件、地形地貌条件、浸矿工艺、水文气象特征和区域地质特征；
9.步骤二、使用ahp层次分析法对各个一级指标的权重进行确定，确定各个一级指标的权重大小；
10.步骤三、在总体框架上将各个一级指标分解得到多个二级指标，结合灰关联理论和层次分析法相结合，获得二级指标与安全系数的关联度，进而确定ahp层次分析法权重判断矩阵，从而获得各个二级指标的权重大小；
11.步骤四、将一级指标的权重与二级指标的权重相乘，获得二级指标的综合权重。
12.在一些可选的实施方案中，使用ahp层次分析法对各个一级指标的权重进行确定
包括以下步骤：
13.使用数字1-9及其倒数对各个一级指标的重要性进行判断，同等重要为1-2，稍微重要为3-4，重要为5-6，非常重要为7-8，极端重要为9；根据步骤一中各个一级指标对边坡安全稳定的影响大小确定各个一级指标的权重判断矩阵；
14.根据各个一级指标的权重判断矩阵求出最大特征值λ
max
对应的特征向量并进行归一化处理，得到归一化的特征向量即为一级指标的权重；
15.对层次分析的一致性进行检验，用指标cr来计算一致性判断标准，如cr＞0.1则说明权重不合理，需重新调整权重判断矩阵取值进行计算，cr的计算公式为：
16.cr＝ci/ri；
17.ci＝(λ
max-n)/(n-1)；
18.其中：ci为一致性指标；ri为平均随机一致性指标，其取值标准为n＝1，2，3，4，5和6时ri为0，0，0.52，0.89，1.12和1.26； n为指标的个数。
19.在一些可选的实施方案中，获得各个二级指标所占的权重大小包括以下步骤：
20.以一级指标分解得到的多个二级指标为比较列x
′i，相应二级指标的边坡安全系数作为参考列x
′0，形成初始数据矩阵：
[0021][0022]
其中，m为指标个数，n为序列个数；
[0023]
对初始数据x’进行无量纲化处理，得到无量纲化后的矩阵x，无量纲化后的数据为：
[0024][0025]
采用下式计算每个比较列与参考列中对应元素的关联系数；
[0026][0027]
式中：k＝1，2，
…
，n；i＝1，2，
…
，m；ρ为分辨系数，在(0， 1)之间取值，ρ越小表明关联系数间的差异越大；
[0028]
对于每个二级指标在不同的序列上的关联系数取均值，得到每个二级指标与边坡安全系数的关联度，记为：
[0029][0030]
依据所计算的关联度确定ahp层次分析法中的权重判断矩阵，采用层次分析法获得对应二级指标的综合权重。
[0031]
本技术提供了一种原地浸矿场地边坡稳定性评估方法，包括以下步骤：
[0032]
获取原地浸矿场地的边坡基本地质条件、地形地貌条件、浸矿工艺、水文气象特征和区域地质特征作为一级指标，将各个一级指标分解得到多个二级指标，根据上述的原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法计算得到二级指标的综合权重；
[0033]
对二级指标进行评分，将各个二级指标的评分与二级指标的综合权重相乘得到二级指标的稳定性评分，将二级指标的稳定性评分相加得到边坡稳定性评分。
[0034]
在一些可选的实施方案中，边坡基本地质条件包括全风化层内摩擦角和全风化层粘聚力。
[0035]
在一些可选的实施方案中，地形地貌条件包括边坡高度和边坡综合坡度。
[0036]
在一些可选的实施方案中，浸矿工艺包括注液强度和注液时长。
[0037]
在一些可选的实施方案中，水文气象特征包括年平均降雨量、日最大降雨量、地表水活动和地下水活动。
[0038]
在一些可选的实施方案中，区域地质特征包括地震峰值加速度。
[0039]
本技术的有益效果是：本技术提供的原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法包括以下步骤：获得各个一级指标对边坡安全稳定的影响大小，一级指标包括边坡基本地质条件、地形地貌条件、浸矿工艺、水文气象特征和区域地质特征；使用ahp层次分析法对各个一级指标的权重进行确定，确定各个一级指标的权重大小在总体框架上将各个一级指标分解得到多个二级指标，结合灰关联理论和层次分析法相结合，获得二级指标与安全系数的关联度，进而确定ahp层次分析法权重判断矩阵，从而获得各个二级指标的权重大小；将一级指标的权重与二级指标的权重相乘，获得二级指标的综合权重。本技术还提供了一种原地浸矿场地边坡稳定性评估方法，包括以下步骤：获取原地浸矿场地的边坡基本地质条件、地形地貌条件、浸矿工艺、水文气象特征和区域地质特征作为一级指标，将各个一级指标分解得到多个二级指标，根据上述的原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法计算得到二级指标的综合权重；对二级指标进行评分，将各个二级指标的评分与二级指标的综合权重相乘得到二级指标的稳定性评分，将二级指标的稳定性评分相加得到边坡稳定性评分。本技术实施例提供的原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法及评估方法能够考虑多种因素对原地浸矿边坡稳定的影响，并且不需要进行大量的详细勘测实验，也不需要进行渗流计算和边坡稳定计算，能够快速获取离子型稀土矿原地浸矿工艺中边坡的安全稳定状态。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0041]
图1为本技术实施例提供的原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法中划分得到各个一级指标和二级指标的示意图；
具体实施方式
[0042]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计
[0043]
以下结合实施例对本技术的原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法及原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法的特征和性能作进一步的详细描述。
[0044]
如图1所示，本技术提供了一种原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法，其包括以下步骤：
[0045]
步骤一，进行调研和资料搜集，获得各个一级指标对边坡安全稳定的影响大小，一级指标包括边坡基本地质条件、地形地貌条件、浸矿工艺、水文气象特征和区域地质特征；
[0046]
表1调研和资料搜集得到一级指标对边坡安全稳定的影响
[0047][0048][0049]
步骤二，使用ahp层次分析法对一级指标权重进行确定，从总体框架上确定各个因素所占权重比例；使用数字1-9及其倒数对各个一级指标的重要性进行判断，同等重要为1-2，稍微重要为3-4，重要为5-6，非常重要为7-8，极端重要为9；根据步骤一中各个一级指标对边坡安全稳定的影响大小确定各个一级指标的权重判断矩阵，如表2所示；
[0050]
表2各个一级指标的权重判断矩阵
[0051][0052]
根据表2所示的一级指标的权重判断矩阵求出最大特征值λ
max
对应的特征向量并进行归一化处理，得到归一化的特征向量，该矩阵的最大特征值为λ
max
＝5.14，归一化后的特征向量即一级指标的权重向量为：w＝[0.292，0.292，0.292，0.090，0.034]。
[0053]
对层次分析的一致性进行检验，用指标cr来计算一致性判断标准，如cr＞0.1则说明权重不合理，需重新调整权重判断矩阵取值进行计算，cr的计算公式为：
[0054]
cr＝ci/ri；
[0055]
ci＝(λ
max-n)/(n-1)；
[0056]
其中：ci为一致性指标；ri为平均随机一致性指标，其取值标准为n＝1，2，3，4，5和6时ri为0，0，0.52，0.89，1.12和1.26； n为指标的个数。
[0057]
一致性指标检验结果为ci＝0.0338，cr＝0.03016《0.1，表明一致性很好，符合要求。
[0058]
步骤三，在总体框架上将各个一级指标分解得到对应的二级指标，边坡基本地质条件包括全风化层内摩擦角和全风化层粘聚力；地形地貌条件包括边坡高度和边坡综合坡度；浸矿工艺包括注液强度和注液时长；水文气象特征包括年平均降雨量、日最大降雨量、地表水活动和地下水活动；区域地质特征包括地震峰值加速度；结合灰关联理论和层次分析法相结合，获得二级指标与安全系数的关联度，进而确定ahp层次分析法权重判断矩阵，具体包括以下步骤：
[0059]
以一级指标分解得到的多个二级指标为比较列x
′i，相应二级指标的边坡安全系数作为参考列x
′0，形成初始数据矩阵：
[0060][0061]
其中，m为指标个数，n为序列个数；
[0062]
对初始数据x’进行无量纲化处理，得到无量纲化后的矩阵x，无量纲化后的数据
为：
[0063][0064]
采用下式计算每个比较列与参考列中对应元素的关联系数；
[0065][0066]
式中：k＝1，2，
…
，n；i＝1，2，
…
，m；ρ为分辨系数，在(0， 1)之间取值，ρ越小表明关联系数间的差异越大；
[0067]
对于每个二级指标在不同的序列上的关联系数取均值，得到每个二级指标与边坡安全系数的关联度，记为：
[0068][0069]
依据所计算的关联度确定ahp层次分析法中的权重判断矩阵，采用层次分析法获得对应二级指标的综合权重。
[0070]
使用上述方法获得边坡基本地质条件与安全系数的对应关联度数据如表3所示，进而确定边坡基本地质条件的权重判断矩阵如表4 所示；
[0071]
表3边坡基本地质条件与安全系数的对应关联度数据
[0072]
[0073][0074]
采用灰关联分析得到边坡基本地质条件全风化粘聚力和内摩擦角与安全系数之间的关联度分别为0.724和0.591，说明全风化粘聚力对边坡安全系数的关联性比内摩擦角要更强因此，确定权重判断矩阵为表4，获得全风化粘聚力和内摩擦角的二级权重系数为0.569 和0.431。
[0075]
表4边坡基本地质条件的权重判断矩阵
[0076][0077][0078]
使用上述方法通过分析相关数据得到地形地貌条件与安全系数的对应关联度数据，见表5。
[0079]
表5地形地貌条件与安全系数的对应关联度
[0080]
序号边坡高度边坡坡度安全系数13535.01.33423540.01.13533540.01.1743540.01.2153540.01.25163540.01.28473545.01.05582045.00.8592037.61.18102032.01.617113032.01.192123045.00.988133037.61.079144037.61.008154032.01.131164045.00.924
[0081]
采用灰关联分析得到边坡高度和边坡坡度与安全系数之间的关联度分别为0.747和0.689，两者之间的差距较全风化粘聚力和内摩擦角之间的差距要小，因此，确定地形地貌条件的权重判断矩阵为表6，获得边坡高度和边坡坡度的二级权重系数为0.54和0.46。
[0082]
表6边坡基本地质条件权重判断矩阵
[0083][0084]
使用上述方法获得浸矿工艺与安全系数的对应关联度数据，见表 7.
[0085]
表7浸矿工艺与安全系数的对应数据
[0086]
[0087][0088]
采用灰关联分析得到注液强度和注液时间与安全系数之间的关联度分别为0.535和0.564，两者对边坡稳定的关联度几乎一致，因此确定注液强度和注液时间的二级权重系数分别为0.5和0.5；
[0089]
使用上述方法经过ahp层次分析法和灰关联分析，得到离子型稀土边坡稳定性评价的各个二级指标的综合权重，见表8。
[0090]
表8离子型稀土边坡稳定性评价的各个二级指标的综合权重
[0091][0092]
本技术还提供了一种原地浸矿场地边坡稳定性评估方法，其步骤如下：
[0093]
步骤一：获取原地浸矿场地的边坡基本地质条件、地形地貌条件、浸矿工艺、水文气象特征和区域地质特征作为一级指标；获取原地浸矿场地的全风化层土样，进行粘聚力和摩擦角测试实验(直剪或者三轴)，获得全风化层土体粘聚力和摩擦角数值作为二级指标，进行现场查勘，获得边坡基本状况数据包括边坡高度、边坡坡度作为二级指标，查阅当地水位地质资料获得地表水活动情况、地下水活动情况作为二级指标，统计原地浸矿场地的年平均降雨量、日最大降雨量、地震峰值加速度等数据作为二级指标，通过调查注液设计数据获得注液强度和注液时长作为二级指标；
[0094]
步骤二：根据现场调查结果，采用表9所确定的分值，对各个二级指标进行评分。
[0095]
表9评价指标状态评估标准
[0096][0097]
步骤三：将根据表9对离子型稀土边坡稳定性评价的各个二级指标的打分u与根据表8得到的离子型稀土边坡稳定性评价的各个二级指标的综合权重w相乘，得出最后评价结果r即r＝u
×
w，并通过r值，参照表10对边坡稳定性进行分级
[0098]
表10边坡稳定性分级标准
[0099][0100][0101]
实施例1
[0102]
对某离子型稀土矿山原地浸矿开采进行了不公开评价，实施过程如下：
[0103]
步骤一、对某离子型稀土矿区的三个边坡取样，通过实验测得其全风化花岗岩物理力学参数见表11，其边坡几何参数见表12，稀土矿区的注液强度为0.3m/d，注液时长为120d，该地区年平均降雨量为1645mm，日最大降雨量为90mm，通过现场勘查地表无积水，坡面无渗水，地震加速度峰值为0.05g。
[0104]
表11某稀土矿区的物理力学参数
[0105][0106]
表12某稀土矿区的边坡几何参数
[0107][0108]
步骤二、根据表9对离子型稀土矿区的边坡稳定性评价的各个二级指标进行打分获得u值；将根据表9对离子型稀土边坡稳定性评价的各个二级指标的打分u值与根据表8得到的离子型稀土边坡稳定性评价的各个二级指标的综合权重w相乘，得出最后评价结果r，将三个边坡的各个二级指标的r值相加如表13所示，获得1#边坡的评分为63.95，则该边坡被评价为较稳定；2#边坡的评分为58.64，则该边坡被评价为稳定；3#边坡的评分为71.03，则该边坡被评价为不稳定。
[0109]
表13三个边坡风险指标评估表
[0110][0111][0112]
本技术实施例提供的原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法能够考虑多种因素特别是人工工程因素对原地浸矿边坡稳定的影响，并计算得到影响原地浸矿场地的边坡安全稳定性影响评价指标权重。本技术实施例提供的原地浸矿场地边坡稳定性评估方法能够考虑多种因素特别是人工工程因素对原地浸矿边坡稳定的影响，并且不需要进行大量的详细勘测实验，也不需要进行渗流计算和边坡稳定计算，能够快速获取离子型稀土矿原地浸矿工艺中边坡的安全稳定状态。
[0113]
以上所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。

技术特征：

1.一种原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、获得各个一级指标对边坡安全稳定的影响大小，所述一级指标包括边坡基本地质条件、地形地貌条件、浸矿工艺、水文气象特征和区域地质特征；步骤二、使用ahp层次分析法对各个所述一级指标的权重进行确定，确定各个所述一级指标的权重大小；步骤三、在总体框架上将各个所述一级指标分解得到多个二级指标，结合灰关联理论和层次分析法相结合，获得所述二级指标与安全系数的关联度，进而确定ahp层次分析法权重判断矩阵，从而获得各个所述二级指标的权重大小；步骤四、将一级指标的权重与二级指标的权重相乘，获得二级指标的综合权重。2.根据权利要求1所述的原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法，其特征在于，使用ahp层次分析法对各个所述一级指标的权重进行确定包括以下步骤：使用数字1-9及其倒数对各个所述一级指标的重要性进行判断，同等重要为1-2，稍微重要为3-4，重要为5-6，非常重要为7-8，极端重要为9；根据步骤一中各个一级指标对边坡安全稳定的影响大小确定各个所述一级指标的权重判断矩阵；根据各个所述一级指标的权重判断矩阵求出最大特征值λ
max
对应的特征向量并进行归一化处理，得到归一化的特征向量即为所述一级指标的权重；对层次分析的一致性进行检验，用指标cr来计算一致性判断标准，如cr＞0.1则说明权重不合理，需重新调整权重判断矩阵取值进行计算，cr的计算公式为：cr＝ci/ri；ci＝(λ
max-n)/(n-1)；其中：ci为一致性指标；ri为平均随机一致性指标，其取值标准为n＝1，2，3，4，5和6时ri为0，0，0.52，0.89，1.12和1.26；n为指标的个数。3.根据权利要求1所述的原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法，其特征在于，获得各个所述二级指标所占的权重大小包括以下步骤：以所述一级指标分解得到的多个二级指标为比较列x
′
i
，相应所述二级指标的边坡安全系数作为参考列x
′0，形成初始数据矩阵：其中，m为指标个数，n为序列个数；对初始数据x’进行无量纲化处理，得到无量纲化后的矩阵x，无量纲化后的数据为：
采用下式计算每个比较列与参考列中对应元素的关联系数；式中：k＝1，2，
…
，n；i＝1，2，
…
，m；ρ为分辨系数，在(0，1)之间取值，ρ越小表明关联系数间的差异越大；对于每个二级指标在不同的序列上的关联系数取均值，得到每个二级指标与边坡安全系数的关联度，记为：依据所计算的关联度确定ahp层次分析法中的权重判断矩阵，采用层次分析法获得对应二级指标的综合权重。4.一种原地浸矿场地边坡稳定性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：获取原地浸矿场地的边坡基本地质条件、地形地貌条件、浸矿工艺、水文气象特征和区域地质特征作为一级指标，将各个所述一级指标分解得到多个二级指标，根据如权利要求1所述的原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法计算得到二级指标的综合权重；对所述二级指标进行评分，将各个二级指标的评分与二级指标的综合权重相乘得到二级指标的稳定性评分，将二级指标的稳定性评分相加得到边坡稳定性评分。5.根据权利要求4所述的原地浸矿场地边坡稳定性评估方法，其特征在于，所述边坡基本地质条件包括全风化层内摩擦角和全风化层粘聚力。6.根据权利要求4所述的原地浸矿场地边坡稳定性评估方法，其特征在于，所述地形地貌条件包括边坡高度和边坡综合坡度。7.根据权利要求4所述的原地浸矿场地边坡稳定性评估方法，其特征在于，所述浸矿工艺包括注液强度和注液时长。8.根据权利要求4所述的原地浸矿场地边坡稳定性评估方法，其特征在于，所述水文气象特征包括年平均降雨量、日最大降雨量、地表水活动和地下水活动。9.根据权利要求4所述的原地浸矿场地边坡稳定性评估方法，其特征在于，所述区域地质特征包括地震峰值加速度。

技术总结

一种原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法及评估方法，涉及可靠性分析领域。该原地浸矿场地边坡稳定性评估方法是获取原地浸矿场地的边坡基本地质条件、地形地貌条件、浸矿工艺、水文气象特征和区域地质特征作为一级指标，将各个一级指标分解得到多个二级指标，根据原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法得到二级指标的综合权重；对二级指标进行评分，将各个二级指标的评分与二级指标的综合权重相乘得到二级指标的稳定性评分，将二级指标的稳定性评分相加得到边坡稳定性评分。原地浸矿场地边坡稳定性指标权重计算方法及评估方法能够考虑多种因素对原地浸矿边坡稳定的影响，能够快速获取离子型稀土矿原地浸矿工艺中边坡的安全稳定状态。边坡的安全稳定状态。边坡的安全稳定状态。