Studying the effect of a variation in the main parameters on stability of homogeneous earth dams using design experiment

• Autorzy: Lakehal R. , Djemili L.

Identyfikatory

DOI

10.1515/jwld-2017-0051

Warianty tytułu

PL

Badanie wpływu zmienności głównych parametrów na stabilność jednorodnych zapór ziemnych z wykorzystaniem eksperymentu projektowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Deterministic approaches such as the limit equilibrium method (LEM) especially Bishop modified method has been traditionally used to evaluate the stability of embankment dams. However, the uncertainty associated with the material properties necessitates the use of the probabilistic method to account the sensitivity of this uncertainty on the response of the deterministic approaches. In this study, the authors propose the application of design experiment, especially central composite design (CCD) to determine the effects of independent uncertain parameters on the response of stability. A second-order polynomial model with cross terms is used to create an approximating function referred to as response surface for the implicit limit state surface, for which the input data were provided by stability analyses of different heights of homogeneous earth dams (10 m, 20 m, and 30 m) with a depth ratio of DH = 1.5 and a circular slip surface using the Bishop modified limit equilibrium method. The proposed models obtained from this application represent higher prediction accuracy. The study of the effect of geotechnical parameters (material properties of embankment) on safety factor show the importance of individual factors in level of linear effect with a positive effect of cʹ or φʹ and a negative effect of H, γ_d, γ_sat and significant influence of two-factors interaction, the effect of cʹ highly dependent on H, β, γ_d and φʹ. Moreover, the effect of φʹ is dependent on the values of H and β. Lastly, the optimization of safety factor with respect to the range of values of material properties was made, and two failures modes are discussed which are (φʹ, cʹ reduction and γd increase).

PL

Podejście deterministyczne, takie jak metoda granicznej równowagi (LEM), szczególnie w modyfikacji Bishopa, tradycyjnie było stosowane do oceny stabilności zapór. Niepewność związana z właściwościami materiału wymusza jednak użycie metod probabilistycznych, aby ocenić wrażliwość tej niepewności na podejścia deterministyczne. W przedstawionych badaniach autorzy proponują zastosowanie eksperymentu projektowego, w szczególności metody CCD (ang. central composite design), do określenia wpływu niezależnych niepewnych parametrów na stabilność. Zastosowano wielomianowy model drugiego stopnia do utworzenia funkcji aproksymacyjnej, czyli powierzchni odpowiedzi dla zadanej powierzchni stanu, dla której dane wejściowe dostarczyły analizy jednorodnych zapór ziemnych o różnej wysokości (10, 20 i 30 m), stosunku głębokości DH = 1,5 i kolistej powierzchni poślizgu z wykorzystaniem metody granicznej równowagi w modyfikacji Bishopa. Proponowany model otrzymany w wyniku tej aplikacji reprezentuje większą dokładność prognoz. Badania wpływu parametrów geotechnicznych (właściwości materiału, z którego zbudowano wał ziemny) na czynnik bezpieczeństwa wykazały znaczenie poszczególnych czynników w formie zależności liniowych z dodatnim wpływem cʹ lub φʹ, ujemnym wpływem H, γ_d, γ_sat i znaczącym wpływem dwuczynnikowej interakcji, w której wpływ cʹ był silnie uzależniony od H, β, γ_d i φʹ. Ponadto φʹ w dużym stopniu zależał od wartości H i β. Dokonano również optymalizacji czynnika bezpieczeństwa w odniesieniu do szeregu właściwości materiału i przedyskutowano dwie opcje niepowodzeń – zmniejszenie φʹ, cʹ i zwiększenie γd.

Słowa kluczowe

EN

design experiment; homogeneous earth dam; safety factor; stability analysis

PL

analiza stabilności; czynnik bezpieczeństwa; eksperyment projektowy; jednorodne zapory ziemne

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2017
• Tom: no. 34
• Strony: 173--179
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lakehal R.

• Badji Mokhtar University, Department of Hydraulic, Annaba, BP 12, 23000, Algeria

autor

Djemili L.

• Badji Mokhtar University, Department of Hydraulic, Annaba, BP 12, 23000, Algeria

Bibliografia

• ALONSO E.E. 1976. Risk analysis of slopes and its application to slopes in Canadian sensitive clays. Géotechnique. Vol. 26. Iss. 3 p. 453–472.
• BISHOP A.W. 1955. The use of the slip circle in the stability analysis of slopes. Géotechnique. Vol. 5. Iss. 1 p. 7–17.
• CHENG Y.M., LAU C.K. 2008. Slope stability analysis and stabilization: New methods and insight. CRC Press. ISBN 9780415421720 pp. 246.
• DE MELLO V.F.B. 1977. Reflections on design decisions of practical significance to embankment dams. Géotechnique. Vol. 27. Iss. 3 p. 281–355.
• DIAN-QING L., DONG Z., ZI-JUN C., XIAO-SONG T., KOKKWANG P. 2016. Response surface methods for slope reliability analysis: Review and comparison. Journal of Engineering Geology. Vol. 203 p. 3–14.
• FELLENIUS W. 1936. Calculation of the stability of earth dams. Transactions. 2nd Congress on Large Dams. Washington D.C. International Commission on Large Dams of the World Power Conference. Vol. 4 p. 445–462.
• GEOS 2004. GEOSTAB Manual de l’utilusateur [User’s manual]. GEOS Ingenieurs Conseils pp. 135.
• GRIFFITHS D.V. 2016. A note on load and resistance factors in slopes and foundations. 15th Colombian Geotechnical Congress, 2nd International Specialization Conference of Soft Rocks. Cartagena, 5–7.10.2016.
• HAMMURI N., MALKAWI A.H., YAMIN M.M.A. 2008. Stability analysis of slope using the finite element method and limiting equilibrium approach. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. Vol. 4 p. 80–88.
• HUMPHREYS M.P., ARMSTRONG L.W. 1993. Assessing the sensitivity of numerical models using response surface methodology. In: Proceedings of the Conference of Probabilistic Methods in Geotechnical Engineering. Canberra, Australia p. 135–144.
• JANBU N. 1954. Application of composite slip surface for stability analysis. In: Proceedings of European Conference on Stability of Earth Slopes. Stockholm. Vol. 3 p. 43–49.
• JANBU N. 1973. Slope stability computations. In: Embankment dam engineering: Casagrande volume. Eds. A. Casagrande, R.C. Hirschfield, S.J. Poulos, G.E. Bertram. New York. Wiley p. 47–86.
• KOSTIĆ S., VASOVIC N., JEVEREMOVIC D. 2016. Stability of earth slopes under the effect of main environmental properties of weathered clay-marl deposits in Belgrade (Serbia). Environmental Earth Sciences. Vol. 75, 492.
• LAKEHAL R., DJEMILI L., HOUICHI L. 2011. Nomograms for calculating the safety factor of homogeneous earth dams in long-term stability. African Journal of Environmental Science and Technology. Vol. 5. No. 9 p. 755–759.
• SIVAKUMAR BABU G.L., SRIVASTAVA A. 2007. Reliability analysis of allowable pressure on shallow foundation using response surface method. Computers and Geotechnics. Vol. 34. Iss. 3 p. 187–194.
• TANDJIRIA V., TEH C.I., LOW B.K. 2000. Reliability analysis of laterally loaded piles using response surface methods. Structural Safety. Vol. 22 p. 335–355.
• TERZAGHI K., PECK R.B. 1965. Mécanique des sols appliquée aux travaux public et aux bâtiments [Soil mechanics applied to public works and buildings]. Vol. 1. Paris. Dunod pp. 565.
• USACE 2003. Engineering Manual. Engineering and design: Slope stability. Washington, D.C. US Army Corps of Engineering pp. 205.
• WONG F.S. 1985. Slope reliability and response surface method. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. Vol. 111 p. 32–53.