Поєднання чисельних методів з підходом на основі теорії графів для оцінювання стійкості схилів

Заголовок (англійською): 
Combination of numerical methods with the approach based on graph theory in slope stability assessment
Автор(и): 
Павленко В. М.
Автор(и) (англ): 
Pavlenko V.
Ключові слова (укр): 
метод скінченних елементів (МСЕ); напіваналітичний метод скінченних елементів (НМСЕ); моментна схема скінченного елемента (МССЕ); теорія графів; основа; моделі ґрунтової основи; коефіцієнт стійкості cхилів; методи розрахунку схилів
Ключові слова (англ): 
finite element method (FEM); semi-analytical finite element method (SAFEM); moment scheme of the finite element (MSFE); graph theory; soil base models; slope stability coefficient; slope calculation methods
Анотація (укр): 
Оцінка стійкості схилів являє собою складну інженерну задачу, розв’язок якої потребує підбору методу, виходячи з конкретних умов досліджуваного об’єкта. Найбільш поширені методи мають певні недоліки, тому створення нових підходів залишається актуальним. Стійкість будівель і споруд на зсувних і зсувонебезпечних територіях часто залежить від стійкості самого схилу, тому перед розробкою проєкту будівельного об’єкта на таких територіях є необхідність у визначенні коефіцієнта стійкості схилу. Розроблений і запропонований підхід на основі теорії графів може стати зручним інструментом для розв'язання такого роду задач. Окрім цього, такий підхід можна легко інтегрувати у розрахункові комплекси на основі методу скінченних елементів, або проводити оцінювання за допомогою окремого програмного комплексу, що використовує як вхідні дані результати розрахунків, що отримані методом скінченних елементів. У представленій роботі розглянуто використання такого підходу для оцінювання стійкості реального схилу, розташованого в районі м. Ржищева. Досліджуваний майданчик розміщується на правому березі річки Дніпро та є давно освоєним і забудованим, проте після добудови трьох нових будинків відбулася активізація зсувних процесів. На цій ділянці в період з 2006 р. по 2014 р. проводилися інструментальні дослідження руху ґрунтових мас за допомогою встановлених реперів. Дані дослідження дають надійне підґрунтя для порівняння проведених розрахунків стійкості схилу і прогнозування його поведінки з реальною ситуацією, що мала місце на цьому схилі. Розрахунок напружено-деформованого стану схилу для цієї задачі проводився за допомогою програмного комплексу SATER.SOIL, після чого проводилося оцінювання стійкості схилу з використанням розробленої прикладної програми, що використовує підхід на основі теорії графів – SATER.LANDSLIDE. На основі проведених розрахунків виокремлено кілька потенційних поверхонь ковзання, відповідно до яких визначено відповідні коефіцієнти стійкості. При цьому розглядалося три різні постановки, починаючи від незабудованого схилу і закінчуючи забудованим схилом з урахуванням техногенних факторів впливу. Отримані результати узгоджуються не лише з іншим методом оцінки стійкості схилу, а й з інструментальними дослідженнями цього схилу протягом тривалого часу.
Анотація (англ): 
The assessment of slope stability is a complex engineering problem, and the solution requires the selection of a method based on the specific conditions of the studied object. The most common methods have certain shortcomings, therefore the creation of new approaches remains relevant. The stability of buildings and structures in landslide and landslide-prone areas often depends on the stability of the slope itself, therefore, before developing a project for a construction object in such areas, there is a need to determine the slope stability coefficient. The developed and proposed approach based on graph theory can become a convenient tool for solving such problems. In addition, this approach can be easily integrated into computational complexes based on the finite element method, or the assessment can be carried out using a separate software package that uses the results of calculations obtained by the finite element method as input data. The presented work considers the use of such an approach in assessing the stability of a real slope located in the area of Rzhyshchev. The studied site is located on the right bank of the Dnieper River and has long been developed and built up, however, after the completion of three new buildings, landslide processes intensified. On this site, in the period from 2006 to 2014, instrumental studies of the movement of soil masses were carried out using established benchmarks. The study data provide a reliable basis for comparing the calculations of slope stability and predicting its behaviour with the real situation that took place on this slope. The calculation of the stress-strain state of the slope for this problem was carried out using the SATER.SOIL software package, after which the slope stability was assessed using the developed application program using an approach based on graph theory – SATER.LANDSLIDE. Based on the calculations, several potential sliding surfaces were identified, according to which the corresponding stability coefficients were determined. Three different settings were considered, starting from an undeveloped slope and ending with a built-up slope, taking into account technogenic factors of influence. The results obtained are consistent not only with another method for assessing slope stability but also with instrumental studies of this slope over a long period of time.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Управління розвитком складних систем, номер 61, 2025
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Management of Development of Complex Systems, number 61, 2025
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
202-209.pdf
Дата публікації: 
08 Апрель 2025
Номер збірника: 
61
Розділ: 
ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОЄКТУВАННЯ
Університет автора: 
Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ
Литература: 

1.     Bishop, A. W. The use of the slip circle in the stability analysis of slopes. Géotechnique. London, 1955. Vol. 5(1). P. 7–17.

2.     Janbu, N. Application of composite slip surface for stability analysis. Proc. Euro. conf. on stability of Earth slopes. Stockholm, Sweden, 1954. P. 43–49.

3.     Janbu, N. Slope Stability Computations. Embankment-Dam Engineering: Casagrande Volume. New York : John Wiley & Sons, Inc., 1973. P. 47–86.

4.     Morgenstern, N. R., and Price, V. E. The analysis of the stability of general slip surfaces. Geotechnique. London, 1965. Vol. 15(1). P. 79–93.

5.     Spencer, E. A method of analysis of the stability of embankments assuming parallel interslice forces. Géotechnique, London, 1967. Vol. 17(1). P. 11–26.

6.     Dawson, E., Motamed, F., Nesarajah, S. and Roth, M. Geotechnical stability analysis by strength reduction. Slope Stability 2000: Proceedings of Sessions of Geo-Denver2000. ASCE Geotechnical Special Publication, 2000. №101. P. 99–113.

7.     Dawson, E.M., Roth, W.H. and Drescher, A. Slope stability analysis by strength reduction. Geotechnique. London , 1999. Vol. 49, №6. P. 835–840.

8.     Guan, Y., Liu, X., Wang, E., Wang, S. The stability analysis method of the cohesive granular slope on the basis of graph theory. Materials. 2017. Vol. 10(3). 240 p.

9.     Zheng, W., Zhuang, X., Tannant, D.D., Cai, Y, Nunoo, S. Unified continuum/discontinuum modeling framework for slope stability assessment. Engineering Geology. 2014. Vol. 179. P. 90–101.

10.  Солодей І. І., Павленко В. М. Використання теорії графів для оцінки стійкості зсувних і зсувонебезпечних схилів. Опір матеріалів і теорія споруд: наук.-тех. збірник. Київ : КНУБА, 2024. Вип. 112. С. 19–27. DOI:  https://doi.org/10.32347/2410-2547.2024.112.19-27

11.  Солодей І. І., Павленко В. М., Куліков О. П. Один із підходів до оцінки стійкості ґрунтового масиву у рамках сіткових методів. Опір матеріалів і теорія споруд: наук.-тех. збірник. Київ : КНУБА, 2024. Вип. 113. С. 29–36. DOI: https://doi.org/10.32347/2410-2547.2024.113.29-36

12.  Ломбардо В. Н., Грошев М. Е., Олимпиев Д Н. Учет напряженно-деформированного состояния при расчетах устойчивости грунтовых плотин. Гидротехническое строительство. 1986. № 7. С. 16–18.

References: 

1.     Solodei I. I., Pavlenko V. M. (2024). Application graph theory to evaluate the stability of landslide slopes. Resistance of materials and theory of structures: scientific-and-technical collected articles. Kyiv : KNUCA, Issue 112, 19–27. DOI:  https://doi.org/10.32347/2410-2547.2024.112.19-27.

2.     SolodeiI. I., Pavlenko V. M., Kulikov O. P. (2024). One of the approaches to assessing the stability of the soil massif within the grid methods. Strength of materials and theory of structures: scientific-and-technical collected articles. Kyiv : KNUCA,  Issue 113, 29–36. DOI: https://doi.org/10.32347/2410-2547.2024.113.29-36.

3.     Guan, Y., Liu, X., Wang, E., Wang, S. (2017). The stability analysis method of the cohesive granular slope on the basis of graph theory. Materials, Vol. 10 (3), 240 p.

4.     Zheng, W., Zhuang, X., Tannant, D. D., Cai, Y, Nunoo, S. (2014). Unified continuum/discontinuum modeling framework for slope stability assessment. Engineering Geology, Vol. 179, 90–101.

5.     Dawson, E., Motamed, F., Nesarajah, S. and Roth, M. (2000). Geotechnical stability analysis by strength reduction. Slope Stability 2000: Proceedings of Sessions of Geo-Denver2000. ASCE Geotechnical Special Publication, №101, 99–113.

6.     Dawson, E. M., Roth, W. H. and Drescher, A. (1999). Slope stability analysis by strength reduction. Geotechnique, London, Vol. 49. № 6, 835–840.

7.     Morgenstern, N. R., and Price, V. E. (1965). The analysis of the stability of general slip surfaces. Geotechnique, London, Vol. 15 (1), 79–93.

8.     Spencer, E. A. (1967). Method of analysis of the stability of embankments assuming parallel interslice forces. Géotechnique, London, 17(1), 11–26.

9.     Bishop, A. W. (1955). The use of the slip circle in the stability analysis of slopes. Géotechnique, London, 5 (1), 7–17.

10.  Janbu, N. (1954). Application of composite slip surface for stability analysis. Proc. Euro. conf. on stability of Earth slopes. Stockholm, Sweden, 43–49.

11.  Janbu, N. (1973). Slope Stability Computations. Embankment-Dam Engineering: Casagrande Volume. New York : John Wiley & Sons, Inc., 47–86.

12.  Lombardo V. N., Groshev M. E., Olimpev D. N. (1986). Accounting for stress-strain state when calculating the stability of soil dams. Hydrotechnical construction. №7, 16–18.