نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

مدلسازی شکست لغزش-واژگونی در رأس با روش های تعادل حدی و عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه تهران
چکیده
شکست واژگونی یکی از ناپایداری‌های رایج در شیروانی‌های سنگی می‌باشد. اگر شکست واژگونی تحت تأثیر یک عامل خارجی طبیعی یا مصنوعی تحریک شود، به آن شکست واژگونی ثانویه اطلاق می‌گردد. یکی از مهم‌ترین انواع شکست واژگونی ثانویه، شکست لغزش-واژگونی در رأس است که بخش فوقـانی شـیروانی واژگـون شـده و فشـار ناشـی از واژگونی بلوک‌های سنگی در تاج شیروانی منجر به لغزش توده خاک در پاشنه شیروانی می‌شود. در این تحقیق، ابتدا مروری به این شکست و مکانیزم آن پرداخته شده و سپس سطح لغزش بحرانی ایجاد شده در شکست لغزش-واژگونی در رأس در انواع مختلفی از نوع واژگونی بلوک‌ها در تاج شامل شکست بلوکی، بلوکی-خمشی و خمشی بررسی شده است. در این پژوهش، در یک مثال فرضی، سطوح لغزش‌های متفاوتی در نظر گرفته شده و سپس سطح لغزش بحرانی تعیین شده است. در ادامه نیز با استفاده از نرم افزار تعادل حدی SLIDE در بخش توده خاک، مد‌ل‌های فیزیکی انجام گرفته توسط امینی و همکاران (2018) مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج با روش تحلیلی ارائه شده توسط این محققین نیز مقایسه شد. نتایج حاصل از نرم‌افزار تعادل حدی SLIDE تطابق قابل قبولی با نتایج مدلسازی فیزیکی و روش تحلیلی دارد. همچنین با استفاده از نرم‌افزار عددی Phase2، شکست لغزش-واژگونی در رأس مدلسازی عددی صورت گرفت و فاکتور ایمنی هریک از مدل‌ها محاسبه شد. نتایج بدست آمده نشان داد که سطح لغزش در واژگونی بلوکی در امتداد درزه‌های متقاطع است و سطح لغزش در واژگونی خمشی در زاویه بین 5 تا 15 درجه نسبت به راستای عمود بر سطح لایه‌بندی است. سطح لغزش بحرانی در بخش توده خاک، تقریباً از حوالی میانه ارتفاع بلوک سنگی در تماس با توده خاک شروع و به پاشنه شیروانی ختم می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]         L. Müller, “New considerations on the Vaiont slide,” Rock Mech Eng Geol, vol. 6, pp. 1–91, 1968.
[2]         D. C. Wyllie, C. W. Mah, and E. Hoek, Rock slope engineering : civil and mining. Spon Press, 2004.
[3]         D. P. Adhikary, A. V. Dyskin, R. J. Jewell, and D. P. Stewart, “A study of the mechanism of flexural toppling failure of rock slopes,” Rock Mech. Rock Eng., vol. 30, no. 2, pp. 75–93, 1997.
[4]         D. P. Adhikary and A. V. Dyskin, “Modelling of progressive and instantaneous failures of foliated rock slopes,” Rock Mech. Rock Eng., vol. 40, no. 4, pp. 349–362, Aug. 2007.
[5]         A. K. Alzo’ubi, C. D. Martin, and D. M. Cruden, “Influence of tensile strength on toppling failure in centrifuge tests,” Int. J. Rock Mech. Min. Sci., vol. 47, no. 6, pp. 974–982, 2010.
[6]         A. Majdi and M. Amini, “Analysis of geo-structural defects in flexural toppling failure,” Int. J. Rock Mech. Min. Sci., vol. 48, no. 2, pp. 175–186, 2011.
[7]         M. Amini, A. Majdi, and Ö. Aydan, “Stability Analysis and the Stabilisation of Flexural Toppling Failure,” Rock Mech. Rock Eng., vol. 42, no. 5, pp. 751–782, Oct. 2009.
[8]         M. Amini, A. Majdi, and M. A. Veshadi, “Stability analysis of rock slopes against block-flexure toppling failure,” Rock Mech. Rock Eng., vol. 45, no. 4, pp. 519–532, Jul. 2012.
[9]         H. Sarfaraz and M. Amini, “Numerical modeling of rock slopes with a potential of block-flexural toppling failure,” J. Min. Environ., vol. 11, no. 1, pp. 247–259, 2020.
[10]       H. Sarfaraz, “Stability analysis of block-flexural toppling of rock blocks with round edges,” J. Min. Environ., vol. 11, no. 4, pp. 1217–1229, 2020.
[11]       H. Sarfaraz, M. Sarlak, F. Ashoor, and E. Amini, “Block Toppling Stability of Rock Block with Rounded Edges using Sarma Approach,” J. Min. Environ., vol. 14, no. 1, pp. 341–353, 2023.
[12]       Y. Zheng, C. Chen, T. Liu, K. Xia, and X. Liu, “Stability analysis of rock slopes against sliding or flexural-toppling failure,” Bull. Eng. Geol. Environ., vol. 77, no. 4, pp. 1383–1403, May 2018.
[13]       E. Mohtarami, A. Jafari, and M. Amini, “Stability analysis of slopes against combined circular-toppling failure,” Int. J. Rock Mech. Min. Sci., vol. 67, pp. 43–56, 2014.
[14]       M. Tsesarsky and Y. H. Hatzor, “Kinematics of overhanging slopes in discontinuous rock,” J. Geotech. Geoenvironmental Eng., vol. 135, no. 8, pp. 1122–1129, 2009.
[15]       H. Haghgouei, A. R. Kargar, M. Amini, and K. Esmaeili, “An analytical solution for analysis of toppling-slumping failure in rock slopes,” Eng. Geol., vol. 265, p. 105396, 2020.
[16]       H. Sarfaraz, A. R. Bahrami, and R. Samani, “Numerical Modelling of Slide-Head-Toppling Failure using FEM and DEM Methods,” 2022.
[17]       H. Sarfaraz, “A simple theoretical approach for analysis of slide-toe-toppling failure,” J. Cent. South Univ., vol. 27, no. 9, 2020.
[18]       H. Sarfaraz and M. Amini, “Numerical Simulation of Slide-Toe-Toppling Failure Using Distinct Element Method and Finite Element Method,” Geotech. Geol. Eng., vol. 38, no. 2, pp. 2199–2212, 2020.
[19]       M. Frayssines and D. Hantz, “Modelling and back-analysing failures in steep limestone cliffs,” Int. J. Rock Mech. Min. Sci., vol. 46, no. 7, pp. 1115–1123, 2009.
[20]       R. S. Evans, “An analysis of secondary toppling rock failures--the stress redistribution method,” Q. J. Eng. Geol. Hydrogeol., vol. 14, no. 2, pp. 77–86, 1981.
[21]       S. L. Nichol, O. Hungr, and S. G. Evans, “Large-scale brittle and ductile toppling of rock slopes,” Can. Geotech. J., vol. 39, no. 4, pp. 773–788, Aug. 2002.
[22]       L. R. Alejano, I. Gómez-Márquez, and R. Martínez-Alegría, “Analysis of a complex toppling-circular slope failure,” Eng. Geol., vol. 114, no. 1–2, pp. 93–104, 2010.
[23]       M. Amini, A. Ardestani, and M. H. Khosravi, “Stability analysis of slide-toe-toppling failure,” Eng. Geol., vol. 228, pp. 82–96, 2017.
[24]       M. Amini and A. Ardestani, “Stability analysis of the north-eastern slope of Daralou copper open pit mine against a secondary toppling failure,” Eng. Geol., vol. 249, pp. 89–101, 2019.
[25]       M. Amini, H. Sarfaraz, and K. Esmaeili, “Stability analysis of slopes with a potential of slide-head-toppling failure,” Int. J. Rock Mech. Min. Sci., vol. 112, pp. 108–121, Dec. 2018.
[26]       H. Sarfaraz, M. H. Khosravi, and M. Amini, “Numerical Analysis of Slide-Head-Toppling Failure,” J. Min. Enviroment, vol. 10, no. 4, pp. 1001–1011, 2019.
[27]         M. H. Khosravi, H. Sarfaraz, M. Esmailvandi, and T. Pipatpongsa, “A Numerical Analysis on the Performance of Counterweight Balance on the Stability of Undercut Slopes,” Int. J. Min. Geo-Engineering, vol. 51, no. 1, pp. 63–69, 2017