Συγκριτική διερεύνηση δισδιάστατης και τρισδιάστατης ανάλυσης ευστάθειας εδαφικών πρανών με τη μέθοδο οριακής ισορροπίας

Καμπιτάκη, Μυρτώ; Kampitaki, Myrto

dc.contributor.author	Καμπιτάκη, Μυρτώ	el
dc.contributor.author	Kampitaki, Myrto	en
dc.date.accessioned	2023-02-06T17:11:28Z
dc.date.available	2023-02-06T17:11:28Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57091
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24789
dc.rights	Default License
dc.subject	Μέθοδος οριακής ισορροπίας	el
dc.subject	Συντελεστής ασφαλείας	el
dc.subject	Ευστάθεια πρανών	el
dc.subject	Τριδιάστατη ανάλυση	el
dc.subject	Διδιάστατη ανάλυση	el
dc.subject	Slope stability	en
dc.subject	Limit equilibrium analysis	en
dc.subject	Factor of safety	en
dc.subject	Two-dimensional analysis	en
dc.subject	Three-dimensional analysis	en
dc.title	Συγκριτική διερεύνηση δισδιάστατης και τρισδιάστατης ανάλυσης ευστάθειας εδαφικών πρανών με τη μέθοδο οριακής ισορροπίας	el
dc.title	Comparative investigation of two-dimensional and three-dimensional slope stability analysis of earth slopes using limit equilibrium method	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Γεωτεχνική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-11-04
heal.abstract	Η εκτίμηση της ευστάθειας πρανούς αποτελεί ένα σημαντικό πεδίο της Γεωτεχνικής Μηχανικής. Βρίσκει εφαρμογή σε προβλήματα κατασκευής φραγμάτων, επιχωμάτων και ελέγχου ασφάλειας φυσικών πρανών. Στην εκτίμηση ευστάθειας πρανούς, χρήσιμος δείκτης είναι η τιμή του Συντελεστή Ασφαλείας (Factor of Safety), η οποία εκφράζει ποσοτικά το βαθμό ευστάθειας την στιγμή της οριακής ισορροπίας. Τιμή του συντελεστή ίση με τη μονάδα παραπέμπει σε ασταθή ισορροπία και πιθανή αστοχία. Αν και τα προβλήματα ευστάθειας είναι στην πραγματικότητα τρισδιάστατα, συνήθης πρακτική είναι να εξετάζονται στις δύο διαστάσεις. Η δισδιάστατη ανάλυση βασίζεται σε θεώρηση συνθηκών επίπεδης παραμόρφωσης, δηλαδή θεώρηση πρανούς απείρου μήκους. Ωστόσο η μορφολογία, οι υδρογεωλογικές συνθήκες και οι γεωτεχνικές παράμετροι αντοχής του εδάφους μπορούν να μεταβάλλονται όχι μόνο εντός του επιπέδου της δισδιάστατης ανάλυσης, αλλά και κατά μήκος της τρίτης (εκτός επιπέδου) διάστασης. Μια λύση θα μπορούσε να αποτελέσει η εξέταση πολλών δισδιάστατων διατομών, οι οποίες προσεγγίζουν τις πραγματικές συνθήκες σε διακριτές διαφορετικές θέσεις. Όμως, η πιο ακριβής επίλυση γίνεται μόνο μέσω τρισδιάστατων αναλύσεων, οι οποίες όμως σχετικά πρόσφατα έχουν γίνει προσιτές στον μηχανικό της πράξης. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση τις επιρροής της τρίτης διάστασης στο λόγο συντελεστών ασφαλείας, RFS, δηλαδή στον λόγο του συντελεστή ασφαλείας στις τρεις διαστάσεις FS3D προς τον δισδιάστατο συντελεστή ασφαλείας FS2D που αντιστοιχεί σε ανάλυση της μέσης διατομής της τρισδιάστατης γεωμετρίας. Η εύρεση αυτού του λόγου στηρίχθηκε στην παραμετρική χρήση λογισμικού ευστάθειας πρανών, στο οποίο οι αναλύσεις επιλύονται βάσει της μεθόδου οριακής ισορροπίας. Η συσχέτιση με την τρίτη διάσταση εξετάστηκε για πλήθος διαφορετικών παραμέτρων, όπως είναι η γεωμετρία του πρανούς, οι γεωτεχνικές παράμετροι αντοχής του εδάφους αλλά και η ύπαρξη ή όχι υπόγειας υδατικής ροής. Συγκεκριμένα, εκτελέστηκαν αναλύσεις για διαφορετικές τιμές της κλίσης και του ύψους του πρανούς υπό σταθερές παραμέτρους διατμητικής αντοχής του εδάφους (συνοχή c, γωνία τριβής φ) με σκοπό να εξεταστεί η επίδραση της γεωμετρίας. Στη συνέχεια, διατηρώντας την ίδια γεωμετρία, έγιναν αναλύσεις για διαφορετικές τιμές των παραμέτρων αντοχής του εδάφους (c και φ) για τη διαπίστωση της επίδρασης τους. Τέλος, εκτελέστηκαν αναλύσεις όπου τόσο η γεωμετρία όσο και οι παράμετροι αντοχής εδάφους παραμένουν ίδιες, αλλά ταυτόχρονα υπάρχει υπόγεια υδατική ροή, με στόχο την εξέταση της επίδρασής της. Για όλες τις περιπτώσεις, συγκρίθηκε η τιμή συντελεστή ασφαλείας FS2D από τη δισδιάστατη ανάλυση της μέσης διατομής, με τις τιμές του συντελεστή ασφαλείας FS3D για διαφορετικές τιμές της τρίτης διάστασης D της τρισδιάστατης γεωμετρίας. Με βάση τις τιμές αυτές ορίστηκε ο λόγος RFS (= FS3D/FS2D) που διέφερε ανάλογα με το μήκος D. Διερευνήθηκε συνεπώς η επίδραση του μήκους D στις τιμές του RFS για όλες τις περιπτώσεις που αναφέρονται άνωθεν. Εκτός από τη διερεύνηση της σχέσης RFS – D, εξετάστηκε και η σχέση RFS – αδιάστατου μήκους D/Ζ, όπου Z είναι το μέγιστο βάθος της κρίσιμης επιφάνειας αστοχίας στη δισδιάστατη ανάλυση της μέσης διατομής της τρισδιάστατης γεωμετρίας. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις προσομοιώσεις κατέδειξαν τα εξής: • Σε όλες τις περιπτώσεις, όσο αυξάνει το μήκος D, o λόγος RFS τείνει στο 1.0, σε συμφωνία με τη βιβλιογραφία. • Διαφορετικά ύψη Η πρανούς οδηγούν σε διαφορετικές καμπύλες RFS-D. Όμως η αδιαστατοποίηση του μήκους D ως το μέγιστο βάθος Z, οδηγεί σε μια, σχεδόν ενιαία, καμπύλη RFS-D/Z. Συνεπώς, αυτή η μελέτη των διαφόρων παραμέτρων είναι προτιμότερο να γίνεται σε όρους καμπυλών RFS-D/Z. • Παραμένει μια επίδραση του ύψους Η, του οποίου η αύξηση οδηγεί σε ελαφρώς μεγαλύτερη τιμή του λόγου RFS για τις ίδιες τιμές D. • Αύξηση της κλίσης, μειώνει το λόγο RFS για τις ίδιες τιμές D. • Αντίστοιχα, μείωση της συνοχής c δρα μειωτικά στον λόγο RFS, ενώ μείωση της γωνίας τριβής φ οδηγεί σε σχετικά μεγαλύτερες τιμές λόγου RFS, για κοινό D. • Τέλος, η υπόγεια υδατική ροή προκαλεί αύξηση του λόγου RFS ως προς D και συνεπώς αυξάνει τη σημαντικότητα της τρίτης διάστασης στην ευστάθεια του πρανούς.	el
heal.abstract	The assessment of slope stability is an important field of geotechnical engineering. It is applied to problems of dam construction, embankment construction and safety control of natural slopes. In slope stability assessment, a useful indicator is the value of the Factor of Safety, which quantitatively expresses the degree of stability at the moment of limit equilibrium. A value of the factor equal to one indicates an unstable equilibrium and possible failure. Although stability problems are in fact three-dimensional, it is common practice to consider them in two dimensions. The two-dimensional analysis is based on the consideration of plane deformation conditions, i.e. considering a slope of infinite length. However, the morphology, hydrogeological conditions and geotechnical soil strength parameters can vary not only within the plane of the 2D analysis, but also along the third (out-of-plane) dimension. One solution could be to consider several two-dimensional cross-sections, which approximate the actual conditions at discrete different locations. However, the most accurate solution can only be achieved through three-dimensional analyses, which have, however, relatively recently become accessible to the practicing engineer. The purpose of this paper is to investigate the influence of the third dimension on the safety factor ratio, RFS, i.e. the ratio of the safety factor in three dimensions FS3D to the two-dimensional safety factor FS2D corresponding to a mid-section analysis of the three-dimensional geometry. The finding of this ratio was based on the parametric use of slope stability software, in which the analyses are solved based on the limit equilibrium method. The correlation with the third dimension was examined for a number of different parameters, such as slope geometry, geotechnical parameters of soil strength and the presence or absence of groundwater flow. In particular, analyses were performed for different values of slope gradient and slope height under constant soil shear strength parameters (cohesion c, friction angle φ) in order to examine the influence of geometry. Then, keeping the same geometry, analyses were performed for different values of the soil strength parameters (c and φ) to determine their effect. Finally, analyses were performed where both geometry and soil strength parameters remain the same, but at the same time there is groundwater flow, in order to examine its effect. For all cases, the safety factor value FS2D from the two-dimensional analysis of the average cross-section was compared with the safety factor values FS3D for different values of the third dimension D of the three-dimensional geometry. Based on these values, the RFS ratio (= FS3D/FS2D) was defined, which varied with length D. The effect of length D on the RFS values was therefore investigated for all the cases mentioned above. In addition to investigating the RFS - D relationship, the RFS - dimensionless length D/Z relationship was also investigated, where Z is the maximum depth of the critical failure surface in the two-dimensional analysis of the middle cross-section of the three-dimensional geometry. The results obtained from the simulations showed the following: • In all cases, as the length D increases, the RFS ratio tends to 1.0, in agreement with the literature. • Different heights H of the slope lead to different RFS-D curves. However, nondimensionalizing the length D as the maximum depth Z, leads to a, almost uniform, RFS-D/Z curve. Therefore, this study of the different parameters is best done in terms of RFS-D/Z curves. • There remains an effect of the height H, whose increase leads to a slightly higher value of the RFS ratio for the same D values. • Increasing the gradient decreases the RFS ratio for the same D values. • Similarly, decreasing the cohesion c has a decreasing effect on the RFS ratio, while decreasing the friction angle φ leads to relatively higher RFS ratio values, for the same value of D. • Finally, groundwater flow causes an increase in the RFS ratio in relation to length D, and thus increases the importance of the third dimension in slope stability.	en
heal.advisorName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας	el
heal.advisorName	Σαρόγλου, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Γεωργιάννου, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Μαρίνος, Βασίλης	el
heal.committeeMemberName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	95 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false