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

شکست واژگونی یکی از ناپایداری‌های رایج در شیروانی‌های سنگی می‌باشد. اگر شکست واژگونی تحت تاثیر 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 راس است که بخش فوقانی شیروانی واژگون شده و فشار ناشی 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 راس 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 راس 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.

modeling of slide-head-toppling failure using limit equilibrium and finite element methods

toppling failure is one of the most common rock slope instabilities. if the discontinuity failure is triggered by an external natural or artificial factor, it is called a secondary toppling failure. one of the most important types of secondary toppling failure is slide-head-toppling. in this failure, in the crest region, rock blocks experience toppling, leading to sliding failure in soil mass due to the resulting pressures. in the case of pure flexural toppling failure at the crest, rock blocks in the upper crest section undergo tension-induced bending and toppling. consequently, the underlying soil mass experiences sliding under imposed pressures. in instances of pure block toppling failure at the crest, due to the presence of secondary joints, the rock blocks cannot withstand tensile stresses. as a result of the pressure exerted by the overlying blocks, they undergo toppling or sliding. similarly, in cases of pure block-flexural toppling failure at the crest, under the pressure resulting from the weight of the overlying blocks, half of the blocks experience tensile-induced flexural toppling, while the remaining half separate from the secondary joint locations, leading to block toppling. subsequently, all blocks topple against each other, resulting in sliding within the soil mass. using the limit equilibrium software, slide software, physical models within the soil mass are analyzed as developed by amini et al. (2018), and the obtained results are compared with the analytical method. the outcomes from this software exhibit a commendable concurrence with the results derived from physical modeling and analytical approach. additionally, using the numerical software phase2, the slide-head-toppling failure was numerically modeled, and the safety factor for each model was calculated. moreover, the findings indicate that the sliding surface within block toppling is along cross joints, and the sliding surface within flexural toppling occurs at an angle ranging between 5 to 15 degrees with respect to the perpendicular to the stratification plane. the critical sliding surface within the soil mass initiates approximately from the mid-height of the rock block in contact with the soil, extending to the toe of the slope.