摘要：本文针对目前露天矿边坡开挖过程中力求达到安全性和经济性相统一的工程实践问题,开展了基于可靠度理论的露天矿边坡经济风险分析问题的研究。面对露天矿边坡工程存在不确定性和随机性的客观事实,在深入分析露天矿边坡自身特点的基础上,以可靠度理论为主线,构建了露天矿边坡经济风险分析的步骤和程序。文中对露天矿边坡的经济风险分析中的四个关键问题,即边坡破坏模式识别、边坡目标可靠度的确定、边坡随机变量概率分布的推断和可靠度计算方法的选择,有针对性的展开研究。并以城门山二期露天矿扩建工程南帮边坡作为工程实例,进行了以可靠度理论为基础的最佳边坡设计方案的优化。所取得主要结论和研究成果如下：(1)基于距离判别分析理论,并结合露天矿边坡失稳的特点,选取了岩石单轴抗压强度、结构面倾角、结构面与边坡面的位置关系、地下水条件、岩体结构类型、内聚力、内摩擦角、边坡高度、边坡角等9个因素作为判别露天矿边坡潜在破坏模式的指标,建立了露天矿边坡潜在破坏模式识别的距离判别分析模型。以21个典型露天矿边坡的信息作为学习样本进行训练,建立相应的判别函数进行识别,并以回代估计法对该模型进行检验。研究结果表明,经过学习后的模型误判率为0.05,具有较高的判别能力。将建立后的模型应用于大冶铁矿、南芬铁矿和城门山铜矿的露天矿边坡实例的失稳模式判别,为露天矿边坡潜在破坏模式识别提供了一种新方法。(2)按照工程可靠度统一标准的要求,充分考虑我国露天矿山开采技术的现状和发展趋势,并结合非煤露天矿边坡工程技术规范情况,确定了露天矿边坡服务年限和三个安全等级。在此基础上,综合整理了国内外有关露天矿边坡可接受的破坏概率,并参考现行的建筑、水利、公路、铁路、港口等5个领域的可靠度统一设计标准中关于目标可靠度制定情况,综合确定了露天矿总体边坡在Ⅰ级安全级别下第一类破坏(破坏前具有征兆性)的可接受风险概率为1×10一,对应的目标可靠指标为3.1,进一步给出了露天矿总体边坡可靠性分析的基本依据和标准。将该标准应用于城门山铜矿二期扩建工程露天矿边坡的可靠性分析,确定该露天矿总体边坡属于Ⅰ级安全级别下的第一类破坏,给出了可接受的风险概率。(3)针对露天矿边坡岩土参数容量是小样本的情况,提出了推断边坡抗剪强度参数概率模型的正态信息扩散法。考虑到一般情况下岩石抗剪强度参数样本量较小,以岩石单轴和三轴压缩试验数据为基本信息,根据排列组合理论构建小样本容量下的抗剪强度参数信息库。并利用稳健回归估计方法得到粘结力c和内摩擦角φ的样本数据。最后基于正态信息扩散原理,推断获得这两个强度参数的概率分布函数,并采用精度较高的K-S检验法进行检验。研究结果表明,基于正态信息扩散原理得到的抗剪强度参数的概率分布更加接近参数的实际分布规律,所得结果均优于传统拟合检验法。(4)针对露天矿边坡极限状态方程存在抗滑力以及滑动力两个连续随机变量和多个随机变量的不同情况,分别给出了基于信息扩散原理的边坡破坏概率计算公式。同时,以安全系数构造的极限状态方程为基础,推导了随机变量期望和标准差的信息扩散表达式,给出了露天矿边坡破坏概率和可靠度指标的计算方法。(5)以江西城门山铜矿二期扩建工程为工程背景,构造了其南帮露天矿边坡的经济风险分析模型。以具体矿岩的单轴和三轴压缩试验数据为基本信息,构建小样本容量下的抗剪强度参数信息库。并以简化Bishop分析法获得露天矿边坡的安全系数和最危险滑动面。在分析了露天矿边坡剥岩减少费用、破坏概率和潜在滑坡体体积随边坡角递增的变化规律基础上,得到了经济风险收益最大的最佳优化方案。