ارائه یک روش جدید برای تعیین ضریب اطمینان پایداری بر مبنای کاهش مقاومت با استفاده از حل دینامیکی صریح به روش اجزاء محدود در نرم‌افزار ABAQUS
دوره 5، شماره 18، پاییز 1401، صفحات 29 - 37
1 دکتری ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
2 دکتری ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
چکیده :
بررسی پایداری شیب‌ها، شیروانی‌ها و گودها عموما با استفاده از تحلیل تعادل حدی (LEM) به روش‌های مختلف از جمله روش Bishop، Spencer، Morgenstern-Price و ... انجام می‌شود. در این روش‌ها، توسعه تدریجی گسیختگی، رابطه تنش – کرنش و رفتار مصالح قبل از وقوع شرایط گسیختگی در نظر گرفته نمی‌شود. از طرف دیگر روش‌های دیگر برای تعیین ضریب اطمینان پایداری بر مبنای حل ضمنی به روش اجزاء محدود وجود دارد که در نرم‌افزارهایی مانند Plaxis مورد استفاده قرار می‌گیرند. مطالعات پارامتریک نشان می‌دهد که نتایج این روش در مورد شیب‌های با زاویه تند و گودها عموما فاصله قابل توجهی با مقادیر بدست آمده از روش‌های تحلیلی دارد. به منظور رفع نواقص مربوط به هر کدام از این دو روش، در مطالعه حاضر، به ارائه یک روش جدید بر مبنای کاهش مقاومت با استفاده از تحلیل دینامیکی صریح به روش اجزاء محدود پرداخته شده است. در روش پیشنهاد شده، شروع ناپایداری بر اساس افزایش ناگهانی انرژی جنبشی کل سیستم تعیین شده است. بعبارت دیگر در صورتی که سیستم پایدار باشد، انرژی جنبشی کل سیستم در مقایسه با انرژی کل سیستم مقدار کوچکی بوده و مقدار آن در گذشت زمان کاهش می‌یابد. در صورتی که سیستم شروع به ناپایداری کند، سرعت هر کدام از المان‌ها افزایش یافته و مقدار انرژی جنبشی کل سیستم به ناگاه افزایش می‌یابد. مقایسه نتایج مربوط به ضریب اطمینان پایداری بدست آمده از روش ارائه شده در مطالعات حاضر (FEM/E)، با مقادیر بدست آمده از تحلیل تعادل حدی به روش Morgenstern-Price (LEM) و مقادیر بدست آمده از مدل‌سازی عددی به روش حل ضمنی اجزاء محدود در نرم‌افزار Plaxis (FEM/I) نشان می‌دهد که در محدوده مورد مطالعه، تطابق نتایج بدست آمده از روش ارائه شده در مطالعه حاضر، با بررسی ضریب اطمینان پایداری در شرایط هندسی مختلف، مشاهده شد که روش پیشنهادی تطابق خوبی با نتایج بدست آمده از روش LEM و FEM/I دارد و در مورد شیب‌های با زاویه تند و گودها نیز نتایج بدست آمده از روش ارائه شده، به مقادیر بدست آمده از روش LEM بسیار نزدیک‌تر است.
بررسی پایداری شیب‌ها، شیروانی‌ها و گودها عموما با استفاده از تحلیل تعادل حدی (LEM) به روش‌های مختلف از جمله روش Bishop، Spencer، Morgenstern-Price و ... انجام می‌شود. در این روش‌ها، توسعه تدریجی گسیختگی، رابطه تنش – کرنش و رفتار مصالح قبل از وقوع شرایط گسیختگی در نظر گرفته نمی‌شود. از طرف دیگر روش‌های دیگر برای تعیین ضریب اطمینان پایداری بر مبنای حل ضمنی به روش اجزاء محدود وجود دارد که در نرم‌افزارهایی مانند Plaxis مورد استفاده قرار می‌گیرند. مطالعات پارامتریک نشان می‌دهد که نتایج این روش در مورد شیب‌های با زاویه تند و گودها عموما فاصله قابل توجهی با مقادیر بدست آمده از روش‌های تحلیلی دارد. به منظور رفع نواقص مربوط به هر کدام از این دو روش، در مطالعه حاضر، به ارائه یک روش جدید بر مبنای کاهش مقاومت با استفاده از تحلیل دینامیکی صریح به روش اجزاء محدود پرداخته شده است. در روش پیشنهاد شده، شروع ناپایداری بر اساس افزایش ناگهانی انرژی جنبشی کل سیستم تعیین شده است. بعبارت دیگر در صورتی که سیستم پایدار باشد، انرژی جنبشی کل سیستم در مقایسه با انرژی کل سیستم مقدار کوچکی بوده و مقدار آن در گذشت زمان کاهش می‌یابد. در صورتی که سیستم شروع به ناپایداری کند، سرعت هر کدام از المان‌ها افزایش یافته و مقدار انرژی جنبشی کل سیستم به ناگاه افزایش می‌یابد. مقایسه نتایج مربوط به ضریب اطمینان پایداری بدست آمده از روش ارائه شده در مطالعات حاضر (FEM/E)، با مقادیر بدست آمده از تحلیل تعادل حدی به روش Morgenstern-Price (LEM) و مقادیر بدست آمده از مدل‌سازی عددی به روش حل ضمنی اجزاء محدود در نرم‌افزار Plaxis (FEM/I) نشان می‌دهد که در محدوده مورد مطالعه، تطابق نتایج بدست آمده از روش ارائه شده در مطالعه حاضر، با بررسی ضریب اطمینان پایداری در شرایط هندسی مختلف، مشاهده شد که روش پیشنهادی تطابق خوبی با نتایج بدست آمده از روش LEM و FEM/I دارد و در مورد شیب‌های با زاویه تند و گودها نیز نتایج بدست آمده از روش ارائه شده، به مقادیر بدست آمده از روش LEM بسیار نزدیک‌تر است.
کلمات کلیدی :
ضریب اطمینان پایداری، کاهش مقاومت، حل دینامیکی صریح، روش اجزاء محدود، انرژی جنبشی.
ضریب اطمینان پایداری، کاهش مقاومت، حل دینامیکی صریح، روش اجزاء محدود، انرژی جنبشی.
