Loading...
Stability Analysis of Slopes with Inclusion of Hydrological and Vegetation Effects
Emadi Tafti, Mohsen | 2020
210
Viewed
- Type of Document: Ph.D. Dissertation
- Language: Farsi
- Document No: 55494 (09)
- University: Sharif University of Technology
- Department: Civil Engineering
- Advisor(s): Ataie Ashtiani, Behzad
- Abstract:
- Landslide is a natural hazard associated with economic losses and fatalities. The geometric of the slope, the soil properties, hydrological factors, and groundwater are important factors that affect the stability of a slope. The landslide investigation is important due to the identification and prevention of damages. Thus, more researchers studies on this subject. The new questions in this field are “how can simulate the vegetation effects in slope stability analysis?” and “what effects do precipitation and infiltration have on landslide triggering?”. Although the classic methods of slope stability analysis provide the initial information for the design, they have limitations in answering new questions. Some available commercial programs have made good progress in numerical modeling of the hydrodynamics of porous media, but there are still limitations in vegetation cover modeling and related hydrological factors. Therefore, there is a need to develop an integrated model that able to modeling vegetation cover and hydrological factors. Moreover, the weather condition, special topography, and the high potential to landslides in Iran increase the importance of the investigation on an integrated model.Accordingly, in this study, it is developed a numerical model that consider vegetation impacts and hydrological factors effects simultaneously on slope stability analysis. This physically-based model combines the soil hydrology and slope stability analysis and can simulate the effect of change in pore water pressure due to rainfall infiltration on slope stability. Also, the impact of vegetation cover on hydrology and stability modules consider simultaneously. The vegetation canopy intercepts precipitation, increases the surcharge load, and transmits the wind force to the soil. Besides, the roots of vegetation extract water, reinforce the soil, and increase the permeability of the soil.In the following, the developed model is used for a case study in the Kheyrud forest in northern Iran. In this section, the mechanical effects of vegetation have been assessed in the stability of the slopes. The analysis demonstrated that considering the mechanical features of vegetation can be improved safety factor up to 22%. The increase in the stabilization role of vegetation by reducing soil strength was one of the interesting results of the analyses. The sensitivity analysis was also performed in this case study. The results showed that the ratio of the root zone to the surface soil thickness is the most important parameter on the contribution of vegetation on slope stability. In other words, it has resulted that the vegetation can be effective in shallow landslides, whereas, in deep landslides the stabilization role of vegetation is limited
- Keywords:
- Numerical Modeling ; Vegetation ; Landslide ; Hydrological Modeling ; Slope Stability ; Root Reinforcement
- محتواي کتاب
- view
- فصل 1 : کلیات مطالعه
- 1-1- مقدمه
- 1-2- معرفی موضوع مطالعه
- 1-2-1- زمینلغزش
- 1-2-2- دلایل وقوع زمینلغزش
- شکل 1‒2 : تغییرات زمانی زمینلغزشهای غیرلرزهای در بازه سالهای 2004 تا 2016 در سطح جهان [اقتباس شده از 3]
- شکل 1‒3 : میانگین بارندگی روزانه (ستونهای آبی رنگ) و میانگین روزانه زمینلغزشهای غیرلرزهای (خط سیاه رنگ) در بازه سالهای 2004 تا 2016 [5]
- شکل 1‒4 : توزیع مکانی زمینلغزشهای غیرلرزهای ثبت شده در جهان در بازه زمانی 2004 تا 2016 [5]
- شکل 1‒5 : پايداري نسبي شيب در پوشش گياهان درختي
- شکل 1‒6 : سهم عوامل ایجاد کننده زمینلغزش در آمریکای مرکزی و سواحل کارائیب [4]
- 1-3- بیان مسئله
- 1-4- ضرورت انجام مطالعه
- 1-5- هدف مطالعه
- 1-6- روش تحقیق
- 1-7- محدوده و فرضیات اصلی مطالعه
- 1-8- نوآوریهای مطالعه
- 1-9- روند انجام مطالعه
- 1-10- مروری بر محتوای رساله
- فصل 2 : مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق
- 2-1- مقدمه
- 2-2- زمینلغزش
- 2-3- پیشینه مطالعات در حوزه پایداری شیروانیها
- 2-4- مروری بر ادبیات و پیشینه مطالعات در محیطهای غیراشباع
- 2-5- مروری بر مطالعات انجام شده بر روی پوششهای گیاهی
- 2-5-1- استفاده از پوشش گیاهی در تثبیت شیبها
- 2-5-2- تقسیمبندی پوششهای گیاهی
- 2-5-3- اثرات پوشش گیاهی روی پایداری شیروانیها
- 2-5-4- اثر بارانگیرش (برگاب) توسط شاخ و برگ پوشش گیاهی
- 2-5-5- تبخیر و تعرق
- 2-5-6- جذب آب (رطوبت) توسط ریشه پوشش گیاهی
- 2-5-6-1- عوامل مؤثر بر نرخ جذب آب ریشه
- 2-5-6-2- تعیین تعرق پتانسیل از سطح شاخ و برگ گیاهان
- 2-5-6-3- مروری بر پیشینه مدلهای جذب آب توسط ریشه
- (2‒29)
- شکل 2‒16 : نمودار شماتیکی از پیشنهاد Feddes و همکارانش (1978) برای نرخ جذب آب [145]
- شکل 2‒17 : توزیع حداکثر نرخ جذب در عمق بر اساس پیشنهاد Prasad [147]
- شکل 2‒18 : مدل جذب آب ارائه شده توسط Raats [91]
- شکل 2‒19 : توزیعهای پیشنهادی توسط Vrugt و همکارانش برای جذب آب توسط ریشه در عمق [149]
- شکل 2‒20 : ضریب کاهشی جذب آب ریشه ناشی از تنش شوری [152]
- 2-5-6-4- اثر مکش بافتی خاک بر جذب آب ریشه
- 2-5-6-5- اثر توزیع ریشه در مقدار جذب آب
- 2-5-7- اثر مسلح کردن خاک توسط ریشه پوشش گیاهی
- 2-5-8- سربار ناشی از پوشش گیاهی
- 2-5-9- افزایش نفوذپذیری در اثر وجود ریشه
- 2-6- مروری بر نرمافزارهای موجود
- فصل 3 : مبانی تئوری و روابط حاکم
- 3-1- رویکرد مطالعه و گستره آن
- 3-2- اثرات پوشش گیاهی
- 3-3- مدلسازی فرآیندهای هیدرولوژیکی
- 3-3-1- حرکت آب در خاک (محیط اشباع و غیراشباع)
- 3-3-2- تبخیر و تعرق
- 3-4- پایداری شیروانی
- فصل 4 : تشریح مدل تدوین شده
- 4-1- مقدمه
- 4-2- معرفی برنامه تدوین شده
- 4-3- پارامترهای ورودی برنامه
- 4-4- مثالهای حل شده به منظور صحت سنجی عملکرد برنامه
- فصل 5 : مطالعه موردی، جنگل خیرود
- 5-1- مقدمه
- 5-2- آشنایی با منطقه مطالعه
- شکل 5‒2 : تصاویری از جنگل آموزشی و پژوهشی خیرود [229]
- شکل 5‒3 : موقعیت جغرافیایی جنگل خیرود و بخشهای مختلف آن
- شکل 5‒4 : نقشه طبقات ارتفاعی جنگل خیرود
- شکل 5‒5 : نقشه تغییرات شیب در جنگل خیرود
- شکل 5‒6 : دادههای میانگین بارش و تعداد روزهای بارانی در ایستگاه نوشهر
- شکل 5‒7 : (الف) توزیع بارندگی، (ب) توزیع دما در جنگل خیرود
- شکل 5‒8 : نقشه خاکشناسی جنگل خیرود
- 5-3- پارامترهای مورد استفاده در مدلسازی عددی
- 5-4- نتایج حاصل از مدلسازی عددی
- (5‒1) مطلق
- (5‒2) نسبی
- 5-4-2- اثرات کلی پوشش گیاهی بر پایداری شیروانی
- 5-4-3- اثر ارتفاع شیروانی بر پایداری
- 5-4-4- اثر زاویه شیب بر پایداری شیروانی
- 5-4-5- اثر پارامترهای هندسی شیب بر تغییرات ضریب اطمینان در اثر وجود پوشش گیاهی
- 5-4-6- اثر عمق ریشه بر پایداری شیروانی
- 5-4-7- اثر نوع خاک بر پایداری شیروانی و میزان بهبود آن
- 5-4-8- اثر در نظر گرفتن چسبندگی اضافی ناشی از ریشه در پایداری
- 5-4-9- اثر لحاظ کردن سربار درختان در پایداری شیروانی
- 5-5- بررسی حساسیت نقش پوششگیاهی در بهبود پایداری به پارامترهای مسئله
- 5-6- تحلیل و جمعبندی نتایج مدلسازی عددی
- فصل 6 : جمعبندی و نتیجه گیری
- منابع مورد استفاده