Modified stability charts for rock slopes based on the Hoek-Brown failure criterion

• Autorzy: Nekouei K. , Ahangari K.

Warianty tytułu

PL

Zmodyfikowane diagramy stabilności skalistych zboczy otrzymane w oparciu o warunek wytrzymałości Hoeka-Browna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Only an article rendered by Lia et al. in 2008 has represented charts based on Hoek-Brown criterion for rock slopes, however, these charts are not precise and efficient. Because of this problem, a modification is suggested for the mentioned charts in this study. The new charts are calculated according to four methods. Among the methods, one relates to finite element method using Phase2 software. The other three methods are Janbu, Bishop and Fellenius that belong to limit equilibrium method by using Slide software. For each slope angle, the method having high correlation coefficient is selected as the best one. Then, final charts are rendered according to the selected method and its specific equations. Among forty equations, twenty-five ones or 62.5% relate to numerical method and Phase2 software, six ones or 15% belong to Fellenius limit equilibrium, six ones or 15% relate to Bishop limit equilibrium, and three ones or 7.5% belong to Janbu limit equilibrium. In order to validate new charts, slope stability analysis is carried out for several sections of Chadormalu iron ore open pit mine, Iran. The error percentage of new charts in limit equilibrium method using Slide software and in Bishop method for slopes of Chadormalu iron ore mine are rendered and compared. The charts on a basis of Hoek-Brown failure criterion for rock slopes show less than ±4% error. This indicates that these charts are appropriate tools and their safety factor is optimal for rock slopes.

PL

Diagramy stabilności skalistych zboczy otrzymane w oparciu o warunek wytrzymałości Hoeka- Browna znaleźć można jedynie w pracy Lia et al. (2008), choć wykresy te nie są absolutnie dokładne i jasne. Dlatego też w niniejszym artykule zaproponowano pewną modyfikację diagramów. Nowe wykresu sporządzono w oparciu o cztery metody. Jedna z metod opiera się na metodzie elementów skończonych i wykorzystuje oprogramowanie Phase2. Pozostałe trzy podejścia to metody Janbu, Bishopa i Felleniusa bazujące na metodzie równowagi granicznej i wykorzystujące oprogramowanie Slide. Dla każdego kąta nachylenia zbocza, wybierana jest metoda najskuteczniejsza, czyli taka która zapewnia wysoki współczynnik korelacji. Następnie sporządzane są wykresy końcowe, zgodnie w wybraną metodą i z wykorzystaniem odpowiednich równań. Spośród 40 równań, 25 z nich (czyli 62.5%) odnosi się do metod numerycznych (oprogramowanie Phase2), sześć równań (15%) należy do metody równowagi granicznej Felleniusa, kolejne sześć równań (15%) ma odniesienie do metody równowagi granicznej Bishopa, zaś trzy równania (7.5%) należą do metody równowagi granicznej Janbu. W celu walidacji nowych diagramów, przeprowadzono analizę stabilności zboczy na kilku wybranych odcinkach kopalni odkrywkowej rud żelaza w Chadormalu, Iran. Następnie porównano otrzymane procentowe wskaźniki niedokładności nowych diagramów uzyskanych za pomocą metody równowagi granicznej i przy wykorzystaniu oprogramowania Slide oraz w metodzie Bishopa obliczone dla zboczy kopalni rud żelaza Chadormalu. Diagramy uzyskane na podstawie warunku stabilności Hoeka-Browna dla zboczy w kopalni dają wskaźnik błędu na poziomie ±4%. Oznacza to, że diagramy takie są odpowiednimi narzędziami a współczynniki bezpieczeństwa dla zboczy skalnych wyliczone na ich podstawie uznać można za optymalne.

Słowa kluczowe

EN

stability charts; rock slope; Hoek-Brown's criterion

PL

wykresy stabilności; zbocza skalne; warunek wytrzymałości Hoeka-Browna

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, no. 3
• Strony: 747--766
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Nekouei K.

• Department of Mining Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

autor

Ahangari K.

• Department of Mining Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

Bibliografia

• Cai M., Kaiser P.K., Uno H., Tasaka Y., Minami M., 2004. Estimation of rock mass deformation modulus and strengthof jointed hard rock masses using the GSI system. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 41: 3-19.
• Collins I.F., Gunn C.I.M., Pender M.J., Yan W., 1998. Slope stability analyses for materials with a non-linear failureenvelope. Int. J. Numer Anal. Methods Geomech., 12: 533-50.
• Drescher A., Christopoulos C., 1988. Limit analysis slope stability with nonlinear yield conditions. Int. J. Numer Anal. Methods Geome. 12 :341-345.
• Hoek E., 2006.) Practical Rock Engineering. Rocscience, Vancouver.
• Hoek E., Carranza-Torres C., Corkum B., 2002. Hoek-Brown failure criterion-2002 edition. In: Proceedings of the North American Rock Mechanics Symposium Toronto.
• Hoek E., Marinos P., Benissi M., 1998. Applicability of the geological strength index (GSI) classification for very weakand sheared rock masses. The case of the Athens Schist Formation Bull. Eng. Geol. Env., 57: 153-155.
• Hoek E., Bray J.W., 1981. Rock slope engineering. 3rd ed. Institute of Mining and Metallurgy, London.
• Lia A.J., Merifielda A.V., Lyamin R.S., 2008. Stability charts for rock slopes based on the Hoek-Brown failure criterion. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 45: 689-700.
• Marinos P., Hoek E., Marinos V., 2004a. Variability of the engineering properties of rock masses quantified by the geologicalstrength index. The case of ophiolites with special emphasis on tunneling. In: Proceedings of the Rengers Symposium (Examples No. 5-8).
• Marinos P., Marinos V., Hoek E., 2004b. Geological strength index, GSI: applications, recommendations, limitations andalteration fields commensurately with the rock type. In: Proceedings of the 10th International Congress. Bulletin of the Geological Society of Greece, vol. XXXVI, Thessaloniki.
• Marschalko M., Fuka M., Třeslín L., 2008. Measurements by the Method of Precise Inclinometry on Locality Affectedby Mining Activity. Arch. Min. Sci., Vol. 53, No. 3, p. 397-414.
• Rocscience, 2D limit equilibrium analysis software. Slide 5.0. www.rocscience.com.
• Rocscience, PHASE2. 2D finite element software. www.rocscience.com.
• Russo G., 2009. A new rational method for calculating GSI. Tunneling and Underground Space Technology 24: 103-111.
• Sonmez H., Ulusay R., 1999. Modification to the geological strength index (GSI). Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 36: 743-760.
• SRK and Kani Kavan Shargh Consulting Engineers, 2006. Report of phase 2 for designing slope stability of walls inChadormalu Mine.
• Taylor D.W., 1937. Stability of earth slopes. J. Boston Soc. Civ. Eng., 24: 197-246.
• Yang X.L., Zou J.F., 2006. Stability factors for rock slopes subjected to pore water pressure based on the Hoek-Brownfailure criterion. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 43: 1146-52.
• Yang X.L., Li L., Yin J.H., 2004a. Stability analysis of rock slopes with a modified Hoek-Brown failure criterion. Int. J. Numer Anal. Meth. Geomech 28: 181-90.
• Yang X.L., Li L., Yin J.H., 2004b. Seismic and static stability analysis for rock slopes by a kinematical approach. Geotechnique 54(8): 543-9.
• Zanbak C., 1983. Design charts for rock slopes susceptible to toppling. J. Geotech. Eng. Div. ASCE 190(8):1039-62.