پیش‌بینی زاویۀ‌ پایدار سواحل رودخانه‌های لایه به لایه پس ازگسیختگی توده‌ای از نوع صفحهای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموختۀ مقطع کارشناسی ارشد رشتۀ سازههای آبی

2 دانشیار گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران

3 دانشیار بازنشستۀ مرکز تحقیقات کمآبی و خشکسالی وزارت جهاد کشاورزی

چکیده

گسیختگی توده​ای از نوع صفحه­ای از محتمل­ترین انواع گسیختگی سواحل رودخانه در سطح جهان است و هر سال حجم قابل توجهی از خاک­های حاصلخیز و تأسیسات مجاور سواحل رودخانه را تخریب می​کند.  از عوامل مهم در تحلیل پایداری این نوع گسیختگی، زاویۀ ساحل پس از وقوع گسیختگی است که در تعریف شکل هندسی بلوک تخریب ​شده نیز نقش دارد.  برای برآورد مقدار زاویۀ ساحل پس از خرابی توده­ای در سواحل دارای مصالح همگن روابط متعددی ارائه شده اما تا کنون رابطه­ای برای تعیین این زاویه در رودخانه­های دارای سواحل لایه​لایه معرفی نشده است.  در این تحقیق با احداث یک مدل فیزیکی از یک ساحل رودخانه متشکل از دو لایه خاک مختلف و ایجاد شرایط مناسب برای گسیختگی توده­ای، زاویۀ لایه​های بالایی و پایینی ساحل پس از گسیختگی اندازه​گیری شد.  با استفاده از دو سوم مقادیر اندازه­گیری شده برای هر لایه، دو رابطه برای تخمین زاویه گسیختگی لایه​های بالا و پایین ساحل معرفی شد.  برای ارزیابی و صحت​سنجی روابط به دست آمده، از یک سوم مقادیر اندازه​گیری شده استفاده و مشخص شد که این دو رابطه دارای میانگین خطای نسبی 14/0 و 015/0 به ترتیب برای لایۀ بالا و لایۀ پایین است که دقت مناسب روابط ارائه شده را نشان می­دهد.  با میانگین​گیری از مشخصات فیزیکی و مکانیکی ساحل و  با فرض یکنواختی آن، رابطه​ای دیگر ارائه و نتایج آن با نتایج حاصل از برخی روابط ارائه شده توسط محققان قبلی مقایسه شد.  نتایج نشان می​دهد که رابطۀ ارائه شده دقت بهتری نسبت به روابط موجود دارد و در نتیجه می​توان از این رابطه برای تخمین زاویۀ گسیختگی توده​ای ساحل از نوع صفحه​ای برای سواحل لایه​لایه و یا همگن استفاده کرد. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Predicting Stable Bank Angle of Multi-Layered River Banks after Planar Mass Failure

چکیده [English]

Planar failure is one of the most common types of riverbank destruction worldwide. Annually, it destroys much fertile soil and leads to the collapse of nearby infrastructure. The angle of riverbanks after failure plays an important role in defining the geometry of a failed block when analyzing the stability of this type of failure. Studies published thus far estimate the angle of the riverbanks after planar mass failure, but they fall short because they only can be used for homogeneous bank material. No relation has been introduced to estimate the angle of different layers in a multi-layered river bank. This research used a physical model in a laboratory consisting of two layers of soil and measured the angle of failure of the bank for different soil layers. Two relationships to estimate the amount of upper and lower bank failure angles are introduced using two-thirds of the measured values for each layer. Evaluating these relationships using one-third of the measured values results in a mean relative error of 0.14 and 0.015 for the upper and lower bank layers, respectively. Another relationship is introduced and its results compared with those obtained from available relationships using the mean of physical and mechanical specifications of the banks and by imaging a homogenous river bank. The results show that the river bank angle of failure after planar mass failure is better estimated using the new relationship and it can be used to estimate the angle of the river bank for both multilayered and homogenous river banks.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Angle of failure
  • Mass failure
  • Multi-layered
  • Planar failure
  • Riverbanks
Amiri-Tokaldany, E. 2002. A model of bank erosion and equilibrium bed topography in river bends. Ph. D. Thesis. Department of Civil and Environmental Engineering. University of Southampton. Southampton. UK.

Amiri-Tokaldany, E., Samadi, A. and Rahimi, H. 2006. The effects of the location and depth of tension cracks in stability analysis of riverbanks. J. Agric. Eng. Res. 25, 77-94. (in Farsi)

Darby, S. E. and Thorne, C. R. 1996. Development and testing of riverbank stability analysis. J. Hydraul. Eng. 122(8): 443-454.

Lohnes, R. A. and Handy, R. L. 1968. Slope angle in friable loess. J. Geology. 76(3): 247-258.

Osman, A. M. and Thorne, C. R. 1988. Riverbank stability analysis. I: Theory. J. Hydraul. Eng. 114(2): 134-150.

Rezaie-Mayani, M. 2011. Laboratory investigations to determine the stable angle of multi-layer riverbanks after mass failure and comparing provided relationships with laboratory observations. M. Sc. Thesis. Department of Irrigation and Reclamation Engineering. University of Tehran. Tehran. Iran. (in Farsi)

Samadi, A., Amiri-Tokaldany, E. and Rahimi, H. 2008. Sensitivity evaluation of factor of safety against failure plain of riverbanks in respond to changes in the magnitude of the effective parameters in stability analysis of riverbanks. Iranian Water. Res. J. 1(1): 25-34 (in Farsi)

Shafai-Bajestan, M. 2010. Basic Concepts and Applications of Physical-Hydraulic Modeling. Shahid Chamran University Press. Ahvaz. Iran. (in Farsi)

Simon, A., Curini, A., Darby, S. E. and Langendoen, E. J. 1999. Stream Bank Mechanics and The Role of Bank and Near-Bank Processes in Incised Channels. In: Darby, S. E. and Simon, A. (Eds.) Incised River Channels: Processes, Forms, Engineering and Management. John Wiley and Sons Ltd. Chichester. U.K.

Taghavi, M., Davoudi, M. H., Amiri-Tokaldany, E. and Darby, S. E. 2010. An analytical method to estimate failure plane angle and tension crack depth for use in riverbank stability analysis. Geomorphology. 123, 74-83.

Taylor, D. W. 1948. Fundamental of Soil Mechanics. John Wiley & Sons, Inc. New York.