تحلیل احتمالاتی پایداری دیوار خاک مسلح ژئوسنتتیکی به روش مونت کارلو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آموزشی خاک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان،سمنان، ایران

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران.

10.22075/jtie.2025.38752.1734

چکیده

دیوارهای خاک مسلح تقویت‌شده با ژئوسنتتیک به‌دلیل مزایایی نظیر سهولت اجرا، صرفه‌جویی اقتصادی و عملکرد مطلوب، به‌طور گسترده در پروژه‌های عمرانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، وجود عدم‌قطعیت در پارامترهای مقاومتی خاک و مصالح تقویتی، چالشی جدی در تحلیل و طراحی این سازه‌ها به شمار می‌رود. پژوهش حاضر، با هدف ارتقای دقت در ارزیابی ایمنی و عملکرد دیوارهای خاک مسلح، رویکردی مبتنی بر تحلیل احتمالاتی با استفاده از روش تعادل حدی (LEM) به همراه شبیه‌سازی مونت‌کارلو (MCS) استفاده شده است. پارامترهای ورودی (مانند وزن مخصوص خشک، زاویه اصطکاک و چسبندگی) به‌عنوان متغیرهای تصادفی در نظر گرفته شده و تأثیر آن‌ها بر ضریب اطمینان مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج پژوهش حاضر نشان می‌دهد که افزایش زاویه اصطکاک داخلی خاک از 19 تا 29 درجه مقدار ضریب اطمینان را از 8/0 تا 1/1 افزایش داد و احتمال خرابی را از 05/0 در حدود 0005/0 کاهش داد. نسبت طول ژئوسنتتیک به ارتفاع دیوار (L/H) بیش از 8/0 و فاصله لایه ژئوسنتتیک کمتر از 6/0 متر نیز موجب بهبود پایداری (از 0007/0 تا 001/0) شدند. در مقابل، افزایش وزن مخصوص خاک کوله پل تاkN/m3 22 کاهش ضریب اطمینان را به دنبال داشت. مقایسه نتایج این مطالعه با ضوابط آیین‌نامه‌ای (F.S=1.5) نشان داد که در حالت‌هایی مانند زاویه اصطکاک داخلی ۲۹ درجه و نسبت L/H=1، مقدار ضریب اطمینان به‌دست‌آمده حدود ۱۵% بیشتر از مقدار مرجع آیین‌نامه بوده است، در حالی‌که در شرایطی مانند افزایش وزن مخصوص خاکریز به kN/m³۲۲، این مقدار حدود %۲۰ کمتر از حد آیین‌نامه کاهش یافت. در نتیجه به‌کارگیری تحلیل احتمالاتی می‌تواند برآوردی واقع‌بینانه‌تر و دقیق‌تر از میزان عدم قطعیت در مقایسه با طراحی قطعی آیین‌نامه‌ای فراهم آورد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Probabilistic Stability Analysis (PSA) of a Geosynthetic-Reinforced Soil (GRS) Wall Using the Monte Carlo Simulation (MCS)

نویسندگان [English]

  • Adel Asakereh 1
  • Abdolhosein Haddad 2
  • Motahareh Sefidchian 3
1 Geotechnical Department, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran.
2 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, IRAN.
3 M.Sc. student of Geotechnics, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, IRAN.
چکیده [English]

Geosynthetic-reinforced soil walls, due to advantages such as ease of construction, cost-effectiveness, and favorable performance, are widely used in civil engineering projects. However, the presence of uncertainties in the strength parameters of the soil and reinforcing materials poses a significant challenge in the analysis and design of these structures. The present study, aimed at improving the accuracy of safety and performance assessment of reinforced soil walls, employs a probabilistic approach using the Limit Equilibrium Method (LEM) combined with Monte Carlo Simulation (MCS). Input parameters (such as dry unit weight, friction angle, and cohesion) were considered as random variables, and their influence on the factor of safety was evaluated. The results indicate that increasing the soil internal friction angle from 19° to 29° raised the factor of safety from 0.8 to 1.1, while reducing the probability of failure from about 0.05 to 0.0005. A geosynthetic length-to-wall height ratio (L/H) greater than 0.8 and geosynthetic layer spacing of less than 0.6 m also improved stability (probability of failure decreased from 0.0007 to 0.001). In contrast, increasing the soil unit weight of abutment up to 22 kN/m³ resulted in a reduction of the factor of safety. Comparison of the study results with code-based criteria (F.S = 1.5) revealed that, in cases such as an internal friction angle of 29° and L/H = 1, the obtained factor of safety was about 15% higher than the reference code value, whereas in conditions such as increasing the backfill unit weight to 22 kN/m³, it was about 20% lower than the code requirement. Therefore, adopting probabilistic analysis can provide a more realistic and accurate estimation of uncertainty compared to deterministic code-based design.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Monte Carlo simulation
  • Limit Equilibrium Method
  • Probabilistic assessment
  • Reinforced earth bridge abutment
  • Factor of safety

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 25 مهر 1404
  • تاریخ دریافت: 30 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری: 23 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش: 25 مهر 1404