مطالعه عددی تاثیر وجود درزه های متقاطع بر گسیختگی واژگونی شیب های سنگی با لایه های معکوس

قهرمانی, علی; خزائی, جهانگیر

doi:10.22065/jsce.2023.400059.3131

مطالعه عددی تاثیر وجود درزه های متقاطع بر گسیختگی واژگونی شیب های سنگی با لایه های معکوس

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

علی قهرمانی ¹

جهانگیر خزائی ²

¹ دانشجوی دکتری، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

² دانشیار، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

10.22065/jsce.2023.400059.3131

چکیده

گسیختگی واژگونی یک حالت شکست رایج در شیب‌های سنگ طبیعی و مصنوعی است که همواره با آسیب‌های جدی برای بشر در ترانشه‌های جاده‌ای، تونل‌ها، سدها و معادن همراه بوده است. در این تحقیق سعی شده‌است که اثر درزه‌های متقاطع با لایه‌‌های معکوس بر روی گسیختگی واژگونی شیب‌های سنگی و جابه‌جایی های افقی روی سطح شیب بررسی شود، در این راستا مدل‌سازی عددی با استفاده از نرم افزار المان گسسته (UDEC) در محیط سنگ برای مطالعه مکانیسم گسیختگی واژگونی، جابه‌جایی‌های سطحی، بررسی سطوح تسلیم و نحوه شکل گیری ترک‌های کششی انجام شده است و مطالعات پارامتریک برای درزه‌های متقاطع با لایه‌های معکوس و با تعداد مختلف در شیب سنگی انجام شد. در مجموع شش مدل شیب سنگی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت (سه مدل مختلف برای حالت یک درزه متقاطع و سه مدل دیگر برای تعداد درزه‌های متقاطع بیشتر). نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که مکانیزم گسیختگی در این نوع شیب‌ها برخلاف شیب‌های خاکی، پلکانی است و با رسیدن اولین ترک کششی به سطح، ناحیه واژگونی شکل خواهدگرفت. وجود درزه‌های متقاطع سبب بروز ناپایداری بیشتر شده که در مقایسه با مدل بدون درزه متقاطع مقادیر جابه‌جایی‌های سطحی بسیار بزرگتر خواهدشد. هرچه تعداد درزه‌ها بیشتر شود، گسیختگی واژگونی با سرعت بالاتری انجام شده و ماکزیمم جابجایی کاهش می‌یابد. همچنین محل قرارگیری درزه نیز در وقوع گسیختگی بسیار مهم است.

کلیدواژه‌ها

شیب سنگی

گسیختگی واژگونی

شیب لایه‌لایه

درزه متقاطع

ترک کششی

موضوعات

مهندسی ژئوتکینک

عنوان مقاله English

Numerical studying the effect of cross joints on the overturning rupture of rock slopes with inverted layers

نویسندگان English

Ali Ghahramani ¹

Jahangir Khazaei ²

¹ phD. student, Engineering Faculty, Razi University, Kermanshah, Iran.

² Associate Professor, Department of Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran

چکیده English

Toppling failure is a common failure mode in natural and artificial rock slopes, which has always been associated with serious injuries to humans in road trenches, tunnels, dams, and mines. In this research, it has been tried to investigate the effect of cross joints with inverted layers on the toppling failure of rock slopes and horizontal displacements on the slope surface, in this regard numerical modeling using discrete element software. (UDEC) has been carried out in the rock to study the toppling failure mechanism, surface displacements, investigation of yield levels and the formation of tensile cracks, and parametric studies for cross joints with inverted layers and with different numbers in the rock slope. A total of six rock slope models were analyzed (three different models for the case of one cross-joint and three other models for the number of cross-joints). The results of this research show that the mechanism of failure in this type of slopes is stepped, unlike soil slopes, and when the first tensile crack reaches the surface, the toppling area is formed. The presence of cross joints causes more instability, which will increase the surface displacements much more compared to the model without cross joints. The length of the rock layers and the number of joints can simultaneously have their effects on toppling failure; The speed of movement of the layers also confirms this. The sliding zone is also formed in these models, which resists the toppling failure to a certain extent, so it is necessary to know these zones to stabilize the inverted rock slopes.

کلیدواژه‌ها English

Rocky slope

Toppling failure

Layered slope

Cross joint

Tensile crack

[1] L. Müller, New considerations on the Vaiont slide, Rock Mechanics & Engineering Geology, (1968).

[2] J. Ashby, Sliding and toppling modes of failure in models and jointed rock slopes, M. Sci. Thesis, London Univ., Imperial College., (1971).

[3] R.E. Goodman, Toppling of Rock Slope, ASCE. Speciality Conf, Rock Engineering for Foundation and Slopes, 2 (1976) 201-234.

[4] Y. Zheng, R. Wang, C. Chen, F. Meng, Analysis of Flexural Toppling Failure in Rock Slopes Using Discrete Element Method, Frontiers in Earth Science, (2021) 921.

[5] R. Huang, W. Li, Formation, distribution and risk control of landslides in China, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 3(2) (2011) 97-116.

[6] M. De Freitas, R. Watters, Some field examples of toppling failure, Geotechnique, 23(4) (1973) 495-513.

[7] Ö. Aydan, T. Kawamoto, The stability of slopes and underground openings against flexural toppling and their stabilisation, Rock Mechanics and Rock Engineering, 25(3) (1992) 143-165.

[8] M. Amini, A. Ardestani, Stability analysis of the north-eastern slope of Daralou copper open pit mine against a secondary toppling failure, Engineering Geology, 249 (2019) 89-101.

[9] M. Amini, H. Sarfaraz, K. Esmaeili, Stability analysis of slopes with a potential of slide-head-toppling failure, International journal of rock mechanics and mining sciences, 112 (2018) 108-121.

[10] G. Zhang, F. Wang, H. Zhang, H. Tang, X. Li, Y. Zhong, New stability calculation method for rock slopes subject to flexural toppling failure, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 106 (2018) 319-328.

[11] S. García-Moya, J. González-Galindo, C. Olalla, Underdip toppling failure mechanism: Case study retrospective analysis and its most determinant parameters, International Journal of Geomechanics, 19(6) (2019) 05019005.

[12] L.-q. Li, N.-p. Ju, S. Zhang, X.-x. Deng, D. Sheng, Seismic wave propagation characteristic and its effects on the failure of steep jointed anti-dip rock slope, Landslides, 16(1) (2019) 105-123.

[13] Z. Tao, C. Zhu, X. Zheng, M. He, Slope stability evaluation and monitoring of Tonglushan ancient copper mine relics, Advances in Mechanical Engineering, 10(8) (2018) 1687814018791707.

[14] Z. Tao, H. Zhang, C. Zhu, Z. Hao, X. Zhang, X. Hu, Design and operation of App-based intelligent landslide monitoring system: the case of Three Gorges Reservoir Region, Geomatics, Natural Hazards and Risk, (2019).

[15] Z. Tao, Y. Wang, C. Zhu, H. Xu, G. Li, M. He, Mechanical evolution of constant resistance and large deformation anchor cables and their application in landslide monitoring, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 78(7) (2019) 4787-4803.

[16] Z. Chun, P. Shihui, Z. Junzheng, T. Zhigang, H. Wenshuai, Y. Xuehan, Analysis of slope deformation caused by subsidence of Goaf on Tonglushan ancient mine relics, Geotechnical and Geological Engineering, 37(4) (2019) 2861-2871.

[17] A. Alzo’ubi, C. Martin, D. Cruden, Influence of tensile strength on toppling failure in centrifuge tests, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 47(6) (2010) 974-982.

[18] Y. Zheng, C. Chen, T. Liu, D. Song, F. Meng, Stability analysis of anti-dip bedding rock slopes locally reinforced by rock bolts, Engineering Geology, 251 (2019) 228-240.

[19] M.-C. Weng, C.-Y. Chang, F.-S. Jeng, H.-H. Li, Evaluating the stability of anti-dip slate slope using an innovative failure criterion for foliation, Engineering Geology, 275 (2020) 105737.

[20] B. Nadi, O. Tavasoli, D.-P.N. Kontoni, A. Tadayon, Investigation of rock slope stability under pore-water pressure and structural anisotropy by the discrete element method, Geomechanics and Geoengineering, 16(6) (2021) 452-464.

[21] X. Qu, F. Diao, An optimization of the analytical method for determining the flexural toppling failure plane, Advances in Civil Engineering, 2020 (2020) 1-12.

[22] X. Qu, F. Diao, X. Xu, C. Li, A Review on Anti-Dip Bedding Rock Slopes Subjected to Flexural Toppling, Advances in Materials Science and Engineering, 2023 (2023).

[23] Y. Zheng, C. Chen, T. Liu, K. Xia, X. Liu, Stability analysis of rock slopes against sliding or flexural-toppling failure, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 77(4) (2018) 1383-1403.

[24] Y. Ning, H. Tang, G. Zhang, J.V. Smith, B. Zhang, P. Shen, H. Chen, A complex rockslide developed from a deep-seated toppling failure in the upper Lancang River, Southwest China, Engineering Geology, 293 (2021) 106329.