تحلیل احتمالاتی پایداری شیب خاکی جداره رودخانه در شرایط تغییرات سطح آب و همبستگی متغیرهای تصادفی خاک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.

3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.

چکیده

تحلیل پایداری شیب‌‌های خاکی در مسائل مهندسی مربوط به بررسی خاکریز جاده‌ها، جداره رودخانه‌ها و شیب‌های بالادست و پایین‌دست سدهای خاکی حائز اهمیت می‌باشد. با توجه به تأثیر عدم‌قطعیت و مقادیر تصادفی متغیرهای ژئوتکنیکی مؤثر بر پایداری شیب‌ خاکی جداره رودخانه و وجود همبستگی میان این متغیرها، در تحقیق حاضر از تحلیل احتمالاتی مشترک متغیرهای تصادفی دارای همبستگی (در این تحقیق، زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک) با کاربرد توابع کاپولا در بررسی پایداری این شیب‌های خاکی استفاده شد. همچنین در انجام تحلیل‌ها تأثیر تغییرات تراز سطح آب رودخانه و تاثیر کاربرد روش‌های تعادل حدی مختلف در تعیین پایداری شیب در قالب یک مطالعه موردی در چهار مقطع از رودخانه شلمان‌رود استان گیلان مورد بررسی قرار گرفت. برای انجام تحلیل‌های احتمالاتی یک برنامه رایانه‌ای در محیط نرم‌افزار MATLAB توسعه داده شد. نتایج نشان داد که تابع کاپولا فرانک و روش تعادل حدی مورگنسترن-پرایس ابزار مناسبی در انجام تحلیل احتمالاتی به منظور تعیین توزیع احتمال ضریب اطمینان پایداری شیب خاکی جداره رودخانه می‌باشند. بررسی توزیع‌های احتمال ضریب اطمینان به دست آمده از روش‌های مختلف تعادل حدی نشان داد که تابع توزیع نرمال در مقایسه با تابع توزیع مقادیر حدی GEV برازش بهتری بر نتایج دارد. با کاهش تراز آب در رودخانه، مقادیر ضریب اطمینان کاهش می‌یابد که بیشترین نرخ کاهش ضریب اطمینان در تغییر از تراز سطح آب حداکثر به ازای 20 درصد کاهش سطح آب رخ داده و کاهش ضریب اطمینان به ازای کاهش سطح آب از 20 به 40 درصد با نرخی کمتر ایجاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


بخشنده امنیه، حسن.، طایی سمیرمی، سعید، و رحیمی، مرتضی. (1391). تحلیل پایداری شیب­های سنگی مشرف به نیروگاه سد سردشت با در نظر گرفتن اثر کلیواژ توده سنگ. مجله انجمن زمین شناسی مهندسی ایران، 5(2و1)، 26-17.                            https://www.jiraeg.ir/article_68308.html
روح بخش سیکارودی، حسینعلی. (1377). بررسی هیدروکلیمای حوضه آبریز رودخانه­ی شلمان­رود (سیکارود) با تأکید بر سیل­خیزی منطقه. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران. https://elmnet.ir/doc/10769692-5135
رهبر، داوود.، و محبوبی اردکانی، احمدرضا. (1391). ارزیابی پایداری شیب­ها با استفاده از روش تحلیل تغییر شکل گسسته DDA و روندیابی موقعیت خط لغزش. هفتمین کنفرانس ملی مهندسی عمران، زاهدان، ایران. https://civilica.com/doc/206591
سعید پناه، ایرج.، و آقازاده قره باغ، بهمن. (1396). بررسی پایداری شیروانی بالادست سدهای خاکی در حالت تخلیه سریع مخزن (مطالعه موردی سد شهرچای). مجله پژوهش آب ایران، 11(3)، 47-37. https://iwrj.sku.ac.ir/article_10553.html
سلماسی، فرزین.، حسین­زاده دلیر، علی، و نوروزی سرکارآباد، رضا. (1398). بررسی عملکرد زهکشهای افقی در افزایش پایداری شیبهای خاکی در بارندگیهای شدید با شبیه­سازی عددی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، 51(3)، 502-491.                                http://doi.org/10.22060/CEEJ.2018.13739.5468
سنائی­راد، علی.، و جلالوندی، مهدی. (1394). استفاده از الگوریتم ژنتیک در طراحی طول مسلح کننده های شیب های خاکی مسلح. نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی عمران و محیط زیست، 47(3)، 60-53. https://doi.org/10.22060/CEEJ.2016.556
سنائی­راد، علی.، و کاشانی، علیرضا. (1395). بهینه­سازی پایداری شیروانی­های خاکی با فرض سطح لغزش غیردایره ای با استفاده از الگوریتم های بهینه­سازی رقابت استعماری. کرم شبتاب و بازپخت فلزات، نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی عمران و محیط زیست، 48(2)، 216-207. https://doi.org/ 10.22060/CEEJ.2016.656
صادقیان پیرمحله، نیما. (1400). تحلیل احتمالاتی پدیده فرسایش درونی در سد های خاکی با کاربرد توابع کاپولا، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه گیلان. گیلان، ایران. https://ganj.irandoc.ac.ir/#/articles/9684bd4d1e3f7773a32d4f700ccc342e
ملک­پور، امیر.، نیکنام یوسفی، حامد، و اسمعیلی ورکی، مهدی. (1397). تحلیل پایداری شیب پس از کاهش سطح آب در مقطع رودخانه با بررسی کرنش و روش احتمالاتی مونت کارلو. نشریه دانش آب و خاک، 28(2)، 13-1. https://water-soil.tabrizu.ac.ir/article_7819.html
نصیرزاده قورچی، رضا.، امینی، مهدی، و معماریان، حسین. (1398). بررسی پایدارسازی شیب­ها به کمک نتایج تحلیل­های احتمالاتی (مثال موردی: شیب مشرف به سرریز آزاد سد کوار شیراز). نشریۀ زمین شناسی مهندسی، 13(2)، 398-371. https://doi.org/ 10.18869/acadpub.jeg.13.2.371
ملک پور اسطلکی، امیر.، صادقیان، نیما.، و فرخی، محمد جواد. (1402). تحلیل احتمالاتی دو متغیره تغییرات زمانی فشار آب منفذی در حین فرآیند تحکیم پی سازه. مجله تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی، 24(90)، 113-91.                                             https://doi.org/10.22092/IDSER.2023.363197.1551
میراکبری، مریم.، مصباح­زاده، طیبه،.  و محسنی ساروی، محسن. (1397). تحلیل دومتغیره دوره بازگشت توفان گرد و غبار براساس تئوری کاپولا در استان یزد. مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 12(40)، 123-115.                       http://dorl.net/dor/20.1001.1.20089554.1397.12.40.13.0
Bakhshndeh Amieh, H., Taei Semiromi, S., & Rahimi, M. (2012). Stability analysis of large rock slopes for Sardasht dam hydraulic power plant trenches considering rock cleavage. Scientific Quarterly Journal of Iranian Association of Engineering Geology, 5(1 & 2), 17-26. https://www.jiraeg.ir/article_68308.html [In Persian]
Burman, A., Acharya, S.P., Sahay, R. R. & Maity, D. (2015). A comparative study of slope stability analysis using traditional limit equilibrium method and finite element method. Asian Journal of Civil Engineering 16(4), 467-492. https://www.researchgate.net/publication/274076368
Griffiths, D. V., Huang, J., & Fenton, G. A. (2015). Probabilistic slope stability analysis using RFEM with non-stationary random fields. In Geotechnical safety and risk, IOS Press ,704-709. https://www.researchgate.net/publication/313575886
Kalatehjari, R., & Ali, N. (2013). A review of three-dimensional slope stability analyses based on limit equilibrium method. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 18, 119-134. https://www.researchgate.net/publication/236174492
Lane, P. A., & Griffiths, D. V. (2000). Assessment of stability of slopes under drawdown conditions. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, 126(5), 443-450. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2000)126:5(443)
Malekpour, A., Niknam Yousefi, H., & Esmaili Varaki, M. (2018). Slope stability analysis after decline of water level at the river meander considering strain and Monte-Carlo probabilistic method. Water and Soil Science, 28(2), 1-13.  https://water-soil.tabrizu.ac.ir/article_7819.html [In Persian]
Malekpour Estalaki, A., Sadeghian, N., & Farrokhi, M. J. (2023). Bivariate probabilistic analysis of temporal variations of pore water pressure during consolidation process in structural foundation. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 24(90), 91-113. https://doi.org/10.22092/IDSER.2023.363197.1551 [In Persian]
Mirakbari, M., Mesbahzadeh, T., & Mohseni saravi, M. (2018). Bivariate analysis of return period of dust storm based on copula theory in Yazd province. Jwmseir, 12(40),115-124. http://dorl.net/dor/20.1001.1.20089554.1397.12.40.13.0 [In Persian]
Nassirzadeh Goorchi, R., Amini, M., & Memarian H. (2019). Assessment of slope stabilization based on probabilistic analysis results (case study: slope facing spillway of Kavar Dam in Shiraz). Journal of Engineering Geology, 13(2), 371-398. https://doi.org/ 10.18869/acadpub.jeg.13.2.371 [In Persian]
Parker, C., Simon, A. R., & Thome, R. (2008). The effect of variability in bank material peroperties on riverbank stability: Goodwin Creek, Mississippi. Geomorphology, 101(4), 533-543. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2008.02.007
Rahbar, D. & Mahboubi Ardakani. (2012). Evaluating the stability of the slopes using the DDA discrete deformation analysis method and trending the position of the slip line. 7th National Civil Eng. Conference, Zahedan, Iran. https://civilica.com/doc/206591 [In Persian]
Roohbakhsh Sikaroody, H. (1998). Investigating the hydroclimate of the Shalman River (Sikaroud) catchment area with an emphasis on flooding in the area. MSc. Thesis, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran. https://elmnet.ir/doc/10769692-5135 [In Persian]
Sadegh, M., Rango, E., & AghaKouchak, A. (2017). Multivariate Copula Analysis Toolbax (MvCAT): describing dependence and underlying uncertainty using a Bayesian framework. Water Resources Research, 53(6), 5166-5183. https://doi.org/ 10.1002/2016WR020242
Sadeghian, N. (2021). Probability analysis of internal erosion phenomenon in earthen dams using copula functions. MSc. Thesis, University of Gilan, Gilan, Iran.                             https://ganj.irandoc.ac.ir/#/articles/9684bd4d1e3f7773a32d4f700ccc342e
Saeedpanah, I., & Aghazadeh Garebaqh, B. (2017). Evaluation of the Upstream Slope Stability in Earth Dams under Rapid Drawdown Conditions (Case Study Shaharchay Dam). Iranian Water Researches Journal, 11(3), 37-47. https://iwrj.sku.ac.ir/article_10553.html [In Persian]
Salmasi, F., Dalir, A. H., & Sarkarabad, R. N. (2019). Investigation of the performance of horizontal drains in increasing slope stability in intense rainfall conditions by numerical simulation. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 51(3), 491-502. http/doi.org/10.22060/CEEJ.2018.13739.5468 [In Persian]
Sanaeirad, A., & Jalalvandi, M. (2015). Using genetic algorithm for design length of reinforcers in slope reinforced. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 47(3), 55-62. https://doi.org/10.22060/CEEJ.2016.556 [In Persian]
Sanaeirad, A., & Kashani, A. (2016). Slope stability optimization with non-circular slip surface and using firefly algorithm, simulate annealing and imperialistic competitive algorithm. Amirkabir J Sci Res Civ Environ Eng (ASJR-CEE), 48(2), 207-216.   https://doi.org/ 10.22060/CEEJ.2016.656 [In Persian]
Sen, P. K. (1968). Estimates of the regression coefficient based on Kendall's tau. Journal of the American statistical association, 63(324), 1379-1389. https://doi.org/10.1080/01621459.1968.10480934
Siacara, A. T., Beck, A. T, & Futai, M. M. (2020). Reliability anlysis of rapid drawdown of an earth dam using direct coupling, Computers and Geotechnics, 118, 103336.                            https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2019.103336
Sklar, A. (1973). Random variables, joint distribution functions, and copulas. Kybernetika, 9(6), 449-460.
https://www.kybernetika.cz/content/1973/6/449/paper.pdf
Wu, D., Wang, Y., Zhang, F., & Qiu, Y. (2021). Influences of pore-water pressure on slope stability considering strength nonlinearity. Advances in Civil Engineering, 2021, 1-16. https://doi.org/ 10.1155/2021/8823899