تحلیل پدیده‌ی سنگ‌افت در دیواره‌ی پرشیب بااستفاده از مدل‌سازی با روش توده‌ای- کلوخه‌ای Rocfall و روش المان مجزا PFC3D- مطالعه‌ی موردی

مهندسی عمران فردوسی

دوره 34، شماره 1 - شماره پیاپی 33، خرداد 1400، صفحه 95-115   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2021.69111.1026

نویسندگان

هادی فتاحی^{* 1}؛ میلاد صادقی گواری²؛ حسین قائدی³

¹دانشکده‌ی مهندسی علوم زمین، دانشگاه صنعتی اراک.

²دانشکده مهندسی علوم زمین، دانشگاه صنعتی اراک.

³دانشکده مهندسی علوم زمین، دانشگاه صنعتی اراک

چکیده

سنگ‌افت یکی از انواع ناپایداری‌ دامنه‌ای است که در اکثر مناطق کوهستانی رخ می‌دهد و موجب صدمات جانی و خسارات سنگین به تأسیسات، مناطق مسکونی، جاده‌ها، مزارع و وسایل نقلیه می‌شود. بنابراین  برای جلوگیری از صدمات مالی- جانی، پیش‌بینی و مدل کردن پدیده‌ی سنگ‌افت در  دیواره‌های پرشیب برای انجام اقدامات پیش‌گیرانه ضروری می‌باشد. در این راستا در مقاله‌ی حاضر، به‌منظور ارزیابی خطر سنگ‌افت ابتدا بااستفاده از نرم‌افزار Rocfall مسیر حرکت سقوط سنگی بلوک‌های جدا‌شده به‌صورت منفرد و جدا از هم در بحرانی‌ترین مقطع از ارتفاعات شمال باختری شهر شاهرود مورد تحلیل قرار گرفت. سپس به‌منظور درنظر گرفتن فعل و انفعالات بین ذرات در مسیر حرکت، شکل، اندازه و وزن قطعات از روش المان مجزای PFC^3D  استفاده شد. با تحلیل نتایج حاصل از شبیه‌سازی به‌کمک دو نرم‌افزار مذکور، این نتیجه حاصل شد که اگر سنگ‌افت اتفاق بیافتد، تعداد زیادی از قطعات در محدوده‌ی جاده‌ها و مناطق مسکونی توقف دارند که این توقف‌ها راه‌بندان در جاده و خطرات مالی- جانی را در پی خواهد داشت. به‌عبارتی دیگر باتوجه به این‌که بیشترین فاصله‌ی افقی طی‌شده توسط قطعات 393 متر و  فاصله‌ی افقی مناطق مسکونی 340 متری می‌باشد، لذا احتمال حادثه در اثر سنگ‌افت بسیار بالا است. در ادامه‌ی پیشنهاداتی از جمله نصب توری‌های فلزی، ضربه‌گیرها، کاهش انرژی جنبشی در قطعات، تغییر در ابعاد قطعات، ایجاد تغییر در هندسه‌ی شیب جهت کاهش خطر و خسارات ناشی از سنگ‌افت در مقطع موردنظر ارائه شده‌است.

کلیدواژه‌ها

سنگ‌افت؛ روش توده‌ای- کلوخه‌ای؛ نرم‌افزار Rocfall؛ روش المان مجزا؛ نرم‌افزار PFC3D

سایر فایل های مرتبط با مقاله

6-Fatahi-Revised.pdf

مراجع

1. 1. Azzoni, A., La Barbera, G., and Zaninetti, A., "Analysis and Prediction of Rocfalls Using a Mathematical Model", in International journal of rock mechanics and mining sciences & geomechanics abstracts 32, No. 7, pp. 709-24, (1995).
2. 2. Azzoni, A., and De Freitas, M., "Experimentally Gained Parameters, Decisive for Rock Fall Analysis", Rock mechanics and rock engineering, 28, No. 2, pp. 111-124, (1995).
3. 3. Nicot, F., Cambou, B., and Mazzoleni, G., "Design of Rocfall Restraining Nets from a Discrete Element Modelling", Rock Mechanics and Rock Engineering, 34, No. 2, pp. 99-118, (2001).
4. 4. Guzzetti, F., et al., "STONE: A Computer Program for the Three-dimensional Simulation of Rock-falls", Computers & Geosciences, 28, No. 9, pp. 1079-1093, (2002).
5. 5. Duarte, M. and Marquı́nez, J., "The Influence of Environmental and Lithologic Factors on Rocfall at a Regional Scale: An Evaluation Using GIS", Geomorphology, Vol. 43, No. 1-2, pp. 117-136, (2002).
6. 6. Chau, K. T., Wong, R., and Wu, J., "Coefficient of Restitution and Rotational Motions of Rocfall Impacts", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 39, No. 1, pp. 69-77, (2002).
7. 7. Baillifard, F., Jaboyedoff, M., and Sartori, M., "Rocfall Hazard Mapping Along a Mountainous Road in Switzerland Using a GIS-based Parameter Rating Approach", Natural Hazards and Earth System Sciences, 3, No. 5, pp. 435-442, (2003).
8. 8. Guzzetti, F., Reichenbach, P., and Ghigi, S., "Rocfall Hazard and Risk Assessment Along a Ortattranspion Corridor in the Nera Valley, Central Italy", Environmental management, 34, No. 2, pp. 191-208, (2004).
9. 9. Chau, K. T., Tang, Y., and Wong, R. H., "GIS Based Rocfall Hazard Map for Hong Kong", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41, No. SUPPL. 1, (2004).
10. 10. Perret, S., Stoffel, M., and Kienholz, H., "Spatial and Temporal Rocfall Activity in a Forest Stand in the Swiss Prealps—a Dendrogeomorphological Case Study", Geomorphology, 74, No. 1-4, pp. 219-231, (2006).
11. 11. Saboya Jr, , da Glória Alves, M., and Pinto, W. D., "Assessment of Failure Susceptibility of Soil Slopes Using Fuzzy Logic", Engineering geology, Vol. 86, No. 4, pp. 211-224, (2006).
12. 12. Batterson, M., McCuaig, S., and Taylor, D., "Mapping and Assessing Risk of Geological Hazard on the Northeast Avalon Peninsula and Humber Valley, Newfoundland", Current Research. Government of Newfoundland and Labrador, Department of Natural Resources, Geological Survey, Report, No. pp. 06-1, (2006).
13. 13. Topal, T., Akin, M., and Ozden, U. A., "Assessment of Rocfall Hazard around Afyon Castle, Turkey", Environmental Geology, 53, No. 1, pp. 191-200, (2007).
14. 14. Lan, H., Martin, C. D., and Lim, C. H., "Rocfall Analyst: A GIS Extension for Three-dimensional and Spatially Distributed Rocfall Hazard Modeling", Computers & Geosciences, 33, No. 2, pp. 262-279, (2007).
15. 15. Giacomini, A., et al., "Experimental Studies on Fragmentation of Rock Falls on Impact with Rock Surfaces", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 46, No. 4, pp. 708-715, (2009).
16. 16. Choi, Y., et al., "Engineering Geological Investigation into Rocfall Problem: A Case Study of the Seated Seokgayeorae Image Carved on a Rock Face at the UNESCO World Heritage Site in Korea", Geosciences Journal, 13, No. 1, pp. 69-78, (2009).
17. 17. Tunusluoglu, M., and Zorlu, K., "Rocfall Hazard Assessment in a Cultural and Natural Heritage (Ortahisar Castle, Cappadocia, Turkey)", Environmental geology, 56, No. 5, pp. 963-972, (2009).
18. 18. Antoniou, A. A., and Lekkas, E., "Rocfall Susceptibility Map for Athinios Port, Santorini Island, Greece", Geomorphology, 118, No. 1-2, pp. 152-166, (2010).
19. 19. Rammer, W., et al., "Evaluation of a 3-D Rocfall Module within a Forest Patch Model", Natural Hazards and Earth System Sciences, 10, No. 4, pp. 699-711, (2010).
20. 20. Huang, C.-C. and Yuin, S.-C., "Experimental Investigation of Rainfall Criteria for Shallow Slope Failures", Geomorphology, 120, No. 3-4, pp. 326-338, (2010).
21. 21. Volkwein, , et al., "Rocfall Characterisation and Structural Protection– A Review", Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol. 11, No. 9, pp. 2617-2651, (2011).
22. 22. Spadari, M., et al., "Statistical Evaluation of Rocfall Energy Ranges for Different Geological Settings of New South Wales, Australia", Engineering geology, 158, No. pp. 57-65, (2013).
23. 23. Youssef, A. M., et al., "Assessment of Rocfall hazard at Al-Noor Mountain, Makkah City (Saudi Arabia) Using Spatio-temporal Remote Sensing Data and Field Investigation", Journal of African Earth Sciences, 101, No. pp. 309-321, (2015).
24. Keskin, B., et al., "Investigation of Rocfall Potential of Zonguldak-Kilimli Roadway (Turkey)", Arabian Journal of Geosciences, Vol. 13, No. 16, pp. 1-11, (2020).
25. 25. He, K., et al., "Failure Mode Analysis of Post-seismic Rocfall in Shattered Mountains Exemplified by Detailed Investigation and Numerical Modelling", Landslides, 18, No. 1, pp. 425-446, (2021).
26. 26. Stevens, W. D., RocFall, A Tool for Probabilistic Analysis, Design of Remedial Measures and Prediction of Rocfalls, (1998.(
27. 27. Preh, A. and Poisel, R., 3D ئodelling of Rock Mass Falls Using the Particle Flow Code PFC3D. 2007: na.
28. 28. Lee, J.-H., et al., "Evaluation of Land Subsidence Risk Depending on Grain Size and Verification Using Numerical Analysis", The Journal of Engineering Geology, 27, No. 2, pp. 133-141,(2017).