Landslide triggered by small excavation – numerical simulations

• Autorzy: Grodecki Michał

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2023.147660

Warianty tytułu

PL

Osuwisko spowodowane małym wykopem – symulacje numeryczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main objective of this work is to present the results of numerical simulations of the landslide triggered by small excavation. In south-eastern Poland in 2019, during excavation for a gas pipeline (relatively small – maximal depth 2.7 m), a landslide was observed. Length of the landslide was about 80 m, width about 50 m, maximal depth 6.5 m. Excavation was partially buried. Observed cracks of the terrain surface were wide, up to 0.8 m. Stability of the landslide was analyzed using the proportional reduction of the soil strength parameters (c-fi reduction) algorithm with the use of ZSoil.PC Finite Element Method (FEM) system. Stability analysis of the slope before and after excavation was performed, together with analysis of the tendency of the landslide to propagate upwards. The obtained stability loss modes were compared with the results of the field observations and a good correlation was noticed. Hypothesis that a landslide was triggered by small excavation was proved (although reasonable margin of safety was obtained for state before excavation, stability factor SF = 1.60). Use of residual soil strength parameters (instead of peak ones) and activation of cut-off (no tension) condition are advised. Presented methodology is open and can be used in engineering practice.

PL

Artykuł przedstawia wyniki symulacji numerycznych osuwiska wywołanego przez mały wykop. W południowo-wschodniej Polsce w 2019 r. w czasie wykopów związanych z wykonywaniem gazociągu (niewielkich, o maksymalnej głębokości 2.7 m) doszło do powstania osuwiska. Długość osuwiska wynosiła około 80 m, szerokość około 50 m, maksymalna głębokość 6.5 m. Wykop został częściowo zasypany przez osuwający się grunt. Zaobserwowano szerokie pęknięcia powierzchni terenu, o szerokości do 80 cm. Stateczność osuwiska analizowano z wykorzystaniem metody proporcjonalnej redukcji parametrów wytrzymałościowych gruntu (c-φ redukcji). Obliczenia wykonano za pomocą systemu Metody Elementów Skończonych (MES) ZSoil.PC. Analizowano stateczność zbocza przed i po wykonaniu wykopu oraz tendencję osuwiska do dalszej propagacji w górę stoku. Uzyskane mechanizmy utraty stateczności porównano z wynikami obserwacji terenowych i stwierdzono dobrą zgodność. Hipoteza, że osuwisko zostało spowodowane przez mały wykop została potwierdzona (mimo że w stanie przed wykonaniem wykopu zbocze posiadało wysoki współczynnik stateczności wynoszący 1.60). Zaleca się wykorzystywanie w obliczeniach stateczności rezydualnych wartości parametrów wytrzymałościowych gruntu oraz wykorzystanie warunku cut-off (oznaczającego brak wytrzymałości gruntu na rozciąganie). Prezentowana metodologia może być wykorzystana w praktyce inżynierskiej.

Słowa kluczowe

EN

landslide; finite element method; FEM; numerical modelling; stability

PL

metoda elementów skończonych; MES; modelowanie numeryczne; osuwisko; stateczność

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 69, nr 4
• Strony: 293--301
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Grodecki Michał

• Cracow University of Technology, Civil Engineering Department, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1554-0555

Bibliografia

• [1] D.H. Cornforth, Landslides in Practice. John Wiley & Sons, Inc., 2005.
• [2] L. Wysokiński, “The methods of landslides prediction and their protection”, in XXV Scientific Conference “Building failures”. 2011, pp. 291-320.
• [3] D. Sarah and M. R. Daryono, “Engineering geological investigation of slow moving landslide in Jahiyang Village, Salawu, Tasikmalaya Regency”, Indonesian Journal of Geology, vol. 7, no. 1, pp. 27-38, 2012.
• [4] G. Tang, J. Huang, D. Sheng, and S. W. Sloan, “Stability analysis of unsaturated soil slopes under random rainfall patterns”, Engineering Geology, vol. 245, pp. 322-332, 2018, doi: 10.1016/j.enggeo.2018.09.013.
• [5] J. Kogut and E. Pilecka, “Application of the terrestrial laser scanner in the monitoring of earth structures”, Open Geosciences, vol. 12, no. 1, pp. 503-517, 2020, doi: 10.1515/geo-2020-0033.
• [6] J. Kogut, E. Pilecka, and D. Szwarkowski, “Analysis of landslide effects along a road located in the Carpathian flysch”, Open Geosciences, vol. 10, no.1, pp. 517-531, 2018, doi: 10.1515/geo-2018-0041.
• [7] A. Ozbay and F. Cabalar, “FEM and LEM stability analyses of the fatal landslides at Çöllolar open-cast lignite mine in Elbistan, Turkey”, Landslides, vol. 12, pp. 155-163, 2015, doi: 10.1007/s10346-014-0537-2.
• [8] B. Pasierb, M. Grodecki, and R. Gwóźdź, “Geophysical and geotechnical approach to a landslide stability assessment: a case study”, Acta Geophisica, vol. 67, no. 6, pp. 1823-1834 2019, doi: 10.1007/s11600-019-00338-7.
• [9] E. Pilecka, J. Zięba, and D. Szwarkowski, “Analysis of the behaviour of the high and steep slope of a road made through waste under the influence of rainfall”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 2, pp. 293-307, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.137169.
• [10] A. Truty, A. Urbański, M. Grodecki, and K. Podleś, “Computer aided models of landslides and their protection problems”, Scientific-Technical Papers of Communication Engineers and Technicians of the Republic of Poland in Cracow, vol. 88, pp. 395-419, 2009.
• [11] Y. Zheng, X. Tang, S. Zhao, C. Deng, and W. Lei, “Strength reduction and step-loading finite element approaches in geotechnical engineering”, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, vol. 1, no. 1, pp. 21-30, 2009, doi: 10.3724/SP.J.1235.2009.00021.
• [12] S.E. Cho, “Stability analysis of unsaturated soil slopes considering water-air flow caused by rainfall infiltration”, Engineering Geology, vol. 211, pp. 184-197, 2016, doi: 10.1016/j.enggeo.2016.07.008.
• [13] J-S. Xu and X-L. Yang, “Three-dimensional stability analysis of slope in unsaturated soils considering strength nonlinearity under water drawdown”, Engineering Geology, vol. 237, pp. 102-115, 2018, doi: 10.1016/ j.enggeo.2018.02.010.
• [14] D.V. Griffiths and P.A. Lane, “Slope stability analysis by finite elements”, Geotechnique, vol. 49, no. 3, pp. 387-403, 1999, doi: 10.1680/geot.1999.49.3.387.
• [15] T. Matsui and K-C. San, “Finite element slope stability analysis by shear strength reduction technique”, Soils and Foundations, vol. 32, no. 1, pp. 59-70, 1992, doi: 10.3208/sandf1972.32.59.
• [16] M. Berti, L. Bertello, A. R. Bernadi, and G. Caputo, “Back analysis of a large lanslide in a flysh rock mass”, Landslides, vol. 14, pp. 2041-2058, 2017, doi: 10.1007/s10346-017-0852-5.
• [17] A. Urbański and M. Grodecki, “Protection of a building against landslide. A case study and FEM simulations”, Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences, vol. 67, no. 3, pp. 657-664, 2019, doi: 10.24425/bpasts.2019.128545.
• [18] A. Urbański and M. Grodecki, “Piles system securing road against landslide. 2D/3D method of numerical modeling and design problems”, Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences, vol. 68, no. 6, pp. 1433-1442, 2020, doi: 10.24425/bpasts.2020.135378.
• [19] Z. Bestyński, E. Sieinski, and P. Śliwiński, “Geophysical investigation and the use of their results in the evaluation of the stability of slopes of artificial water reservoirs in the flysch Carpathians”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 3, pp. 71-85, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.141874.
• [20] J.B. Peng, Z. Fan, D. Wu, Q.B. Huang, Q.Y. Wang, J. Q. Zhuang, and W.Y. Che, “Landslides triggered by excavation in the loess plateau of China: A case study of Middle Pleistocene loess slopes”, Journal of Asian Earth Sciences, vol. 171, pp. 246-258, 2019, doi: 10.1016/j.jseaes.2018.11.014.
• [21] J.J. Wang, Y. Liang, H.P. Zhang, Y. Wu, and X. Lin, “A loess landslide induced by excavation and rainfall”, Landslides, vol. 11, pp. 141-152, 2014, doi: 10.1007/s10346-013-0418-0.
• [22] Z.J. Fan, P.H.S.W. Kulatilake, J.B. Peng, W.Y. Che, Y.Z. Li, and Z.J. Meng, “In-flight excavation of a loess slope in a centrifuge model test”, Geotechnical and Geological Engineering, vol. 34, no. 5, pp. 1577-1591, 2016, doi: 10.1007/s10706-016-0067-x.
• [23] S. Commend, S. KIvell, R.F. Obrzud, K. Podleś, A. Truty, and T. Zimmermann, Computational geomechanics & applications with ZSOIL.PC. Lauzanne, Switzerland: Rosolis Editions & Zace Services, 2022.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).