مدل‌سازی گسیختگی واژگونی بلوکی-خمشی پیشرونده با استفاده از روش عددی المان مجزا (مطالعه موردی: منطقه ویژه پارس جنوبی)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری زمین‌شناسی مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان

2 عضو هیات علمی گروه زمین‌شناسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان

3 عضو هیات علمی گروه زمین‌شناسی، دانشگاه تبریز، تبریز

چکیده

واژگونی بلوکی-خمشی به دلیل درگیر کردن مکانیسم­های گسیختگی چندگانه (لغزش-دوران- خمش و برش) در بلوک­های سنگی همواره تنها به صورت رویکردهای کینماتیک تحلیل شده و مکانیسم ناپایدارساز آن کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله سعی گردیده تا با بکارگیری روش المان مجزا (DEM) توسط نرم­افزار UDEC، مکانیسم گسیختگی واژگونی بلوکی-خمشی که به عنوان پیچیده­ترین نوع ناپایداری در دامنه­های سنگی درزه­دار مطرح است، ارزیابی شود. بدین منظور دامنه سنگی درزه­دار واقع در بزرگراه اصلی جاده عسلویه-کنگان (منطقه ویژه پارس جنوبی) که به لحاظ مواصلاتی در منطقه دارای اهمیت بالایی می­باشد، به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردیده است. این دامنه از آهک­های مارنی درزه­دار سازند آغاجاری تشکیل شده که عامل اصلی ناپایداری و لغزش در این بزرگراه محسوب می­شود. بر پایه نتایج حاصل از مدل­سازی، رویکرد عددی بکارگرفته شده، به صورت موفقیت­آمیزی سناریو لغزش پیش­رونده در دامنه را شبیه­سازی نموده و سطح لغزش نهایی بحرانی برای گسیختگی دامنه تحت مکانیسم واژگونی بلوکی-خمشی برآورد گردیده است. همچنین مکانیسم­های گسیختگی چندگانه نیز بصورت شهودی کاملاً شناسایی گردیده است. باتوجه به شبیه­سازی­های انجام گرفته، گسترش سطح گسیختگی به هر دو حالت بین بلوکی و درون بلوکی مشاهده می­گردد که از ویژگی­های مهم واژگونی بلوکی-خمشی است. رخداد دوران در زمان گسیختگی برای ستون­های شکسته شده نیز مشاهده می­گردد.
واژگونی بلوکی-خمشی، روش المان مجزا (DEM)، شبیه­سازی کامپیوتری، تحلیل پایداری، عسلویه.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Modelling of progressive block-flexural toppling failure using numerical distinct element method (Case study: South Pars special zone)

نویسندگان [English]

  • Mohammad Azar Afza 1
  • Akbar Ghazi fard 2
  • Ebrahim Asghari-Kaljahi 3
1 Professor, Department of Geology, University of Isfahan,
2 Ph.D.candidate, Department of Geology, University of Isfahan, Isfahan 81746-73441, Iran
3 Associate Professor, Department of Earth Sciences, University of Tabriz,
چکیده [English]

The block-flexural toppling due to the involving the multiple failures mechanisms (e.g. slip-rotation-bending and shear) has always been considered and analysed only in the form of kinematic approaches and its instabilised mechanism has been much underestimated. In this paper, we have tried to evaluate the block-flexural toppling failure mechanism by application of distinct element method (DEM) by UDEC software which is considered as the most complex instability type in the discontinuous rock slopes assessment. For this purpose, a discontinuous rock slope which is located in Assalouyeh - Kangan (in South Pars Special Zone) freeway side is considered as a case study. This discontinuous marly limestone slope which is belonged to Aghajari formation is the main cause of instability and slip in freeway. According to the modelling results, the numerical methods capable to successfully simulated of progressive slip scenario the final critical sliding surface is estimated for slope under the block-flexural toppling mechanism. Also, the multiple failures mechanisms are been intuitively recognized and fully identified

کلیدواژه‌ها [English]

  • Block-flexural toppling
  • Distinct element method (DEM)
  • Computer Simulation
  • Stability Analysis
  • Assalouyeh

آقانباتی ع.، 1385. زمین­شناسی ایران. انتشارات سازمان زمین­شناسی و اکتشافات معدنی کشور، تهران، ایران.

Alejano, L.R., Gómez-Márquez, I., Martínez-Alegría, R., 2010. Analysis of a complex toppling-circular slope failure. Engineering Geology, 114(1): 93-104.

Amini, M., Ardestani, A., Khosravi, M.H., 2017. Stability analysis of slide-toe-toppling failure. Engineering Geology, 228: 82-96.

Amini, M., Majdi, A., Aydan, Ö., 2009. Stability analysis and the stabilisation of flexural toppling failure. Rock Mechanics and Rock Engineering, 42(5): 751-782.

Amini, M., Majdi, A., Veshadi, M.A., 2012. Stability analysis of rock slopes against block flexure toppling failure. Rock Mechanics and Rock Engineering, 45(4): 519-532.

Ashby, J., 1971. Sliding and toppling modes of failure in models and jointed rock slopes. M.Sc. thesis, Imperial College, University of London.

ASTM D3080., 2011. Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.

ASTM D7012., 2014. Standard Test Methods for Compressive Strength and Elastic Moduli of Intact Rock Core Specimens under Varying States of Stress and Temperatures. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.

ASTM D5873., 2014. Standard Test Method for Determination of Rock Hardness by Rebound Hammer Method. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.

ASTM D5731., 2016. Standard Test Method for Determination of the Point Load Strength Index of Rock and Application to Rock Strength Classifications. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.

ASTM D4914., 2016. Standard Test Methods for Density of Soil and Rock in Place by the Sand Replacement Method in a Test Pit. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.

Aurenhammer, F., Klein, R., Lee, D., 2013. Voronoi Diagrams and Delaunay Triangulations.World Scientific Publication, New Jersey, USA.

Azarafza, M., Asghari-Kaljahi, E., Akgün, H., 2017. Assessment of Discontinuous Rock Slope Stability with Block Theory and Numerical Modeling: A Case Study for the South Pars Gas Complex, Assalouyeh, Iran. Environmental Earth Science, 76(1): 397.

Brideau, M.A., Stead, D., 2010. Controls on block toppling using a three dimensional distinct element approach. Rock Mechanics and Rock Engineering, 43: 241-260.

Cundall, P., 1971. A computer model for simulating progressive, large scale movements in blocky rock systems. Proceedings of the International Symposium on Rock Fracture, Nancy, France.

Gallier, J., 2012. Notes on Convex Sets, Polytopes, Polyhedra, Combinatorial Topology, Voronoi Diagrams and Delaunay Triangulations. Department of Computer and Information Science, University of Pennsylvania, Philadelphia USA.

Goodman, R.E., 1989. Introduction to Rock Mechanics. Wiley & Sons, New Jersey, USA.

Goodman, R.E., Bray, J.W., 1976. Toppling of rock slopes. Rock Engineering for Foundations and Slopes (ASCE), 2: 201-234.

Hudson, J.A., Harrison, J.P., 1997. Engineering rock mechanics: an introduction to the principles. Pergamon Elsevier, Amsterdam, Netherlands.

Hudson, J.A., Priest, S.D., 1979. Discontinuous and rock mass geometry. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 16: 336-362.

Itasca., 2008. UDEC - Universal distinct element code. Itasca Consulting Group, Inc., Minneapolis. UDEC Version 4.00, USA, 2008.

Jing, L., Hudson, J.A., 2002. Numerical Methods in Rock Mechanics. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 39(4): 409-427.

Müller, L., 1968. New considerations on the Vaiont slide. Rock Mechanics & Engineering Geology, 6: 1-91.

Nikoobakht, S., Azarafza, M., 2016. Stability analysis and numerical modelling of toppling failure of discontinuous rock slope (A Case study). Journal of Geotechnical Geology, 12(2): 169-178.

Sukumar, N., Bolander, J.E., 2009. Voronoi-based Interpolants for Fracture Modelling. Tessellations in the Sciences, 1-27.

Wyllie, D.C., Mah, C.W., 2004. Rock Slope Engineering. 4th Edition, Spon Press, London, UK.