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Previous issue date: 2009-09-29 / The main objective of this research is to investigate a three-dimensional (3D) slope stability analysis technique using the enhanced limit equilibrium method. The other objectives are to evaluate the practical applicability of the 3D analysis method, to interpret the physical significance of 3D stress states to the stability of a slope, and to determine the relationship between two-dimensional and three-dimensional factors of safety. For that, a computer program called SAFE3D was developed. The computer program is used to calculate the three-dimensional factor of safety (FS3D) for pre-established slip surfaces with spherical or ellipsoidal shape. The computer program is based on the two-dimensional analysis method proposed by Kulhawy, combined with an extension of this theory to 3D conditions that is proposed herein. The method developed consists in determining the in-situ stress fields by means of an elastic 3D stress-strain analysis using the finite element method. The 3D stress fields are then used to calculate the normal and shear stresses along any pre-determined slip surface and to determine the value of FS3D. Two slope stability problems widely studied by other researchers were analyzed in order to validate the program SAFE3D. The first problem corresponds to a symmetric cohesive slope and the second problem corresponds to a non-symmetric slope with cohesion and friction. Excellent results were obtained, suggesting that the program SAFE3D is efficient, stable, and robust for the problems studied. The values of FS3D obtained herein are similar to the values presented by other authors using distinct methods of analysis. A parametric study was carried out considering the shape of the slip surface and the shape of the face of the slope, including concave and convex slopes. The results indicate that the values of FS3D are always higher than the two-dimensional factor of safety (FS2D) of the intermediate surface. The value of FS3D decreased for slip surfaces extended across the sliding direction and approached the value of FS2D. It was determined that the Poisson's ratio has an important influence on the FS3D. The value of FS3D increases with the increase of Poisson's ratio. This influence varies with the geometry of the problem and the treatment given to the cinematically inadmissible shear stresses. Finally, a 3D analysis of the historic case of Lodalen is presented. The results indicate that the FS3D at the time of the slide is slightly higher and approaches 1 if the less favorable shear strength parameters determined by previous studies are used. In this case, the values obtained for FS2D are considerably smaller than 1, thereby indicating the potential superiority of the 3D approach. / Esta dissertação tem por objetivo principal investigar uma técnica de análise tridimensional (3D) de estabilidade de taludes pelo método do equilíbrio limite aperfeiçoado. É também objetivo deste trabalho avaliar a aplicabilidade prática do método de análise 3D, interpretar a significância física do estado de tensões 3D na estabilidade de taludes e determinar a relação entre os fatores de segurança bidimensional e tridimensional. Para tal, foi desenvolvido um programa computacional denominado SAFE3D. O programa permite o cálculo do fator de segurança tridimensional (FS3D), considerando superfícies de ruptura pré-estabelecidas, com formato esférico ou elipsoidal. O programa é baseado no método de análise bidimensional proposto por Kulhawy, sendo proposta aqui uma extensão deste método para condições 3D. O método desenvolvido consiste na determinação dos campos de tensões in-situ por meio de análises tensão-deformação 3D elásticas pelo método dos elementos finitos. Os campos de tensões 3D assim determinados são utilizados para o cálculo das tensões normais e cisalhantes ao longo de uma superfície de ruptura qualquer, pré-determinada, e para a determinação do FS3D. Para validar o programa SAFE3D foram feitas análises de dois problemas amplamente estudados por outros pesquisadores, o primeiro correspondendo a um talude simétrico coesivo e o segundo a um talude não-simétrico com coesão e atrito. Foram obtidos excelentes resultados, que sugerem que o programa SAFE3D é eficiente, estável e robusto para os problemas estudados. Os valores de FS3D obtidos são semelhantes àqueles obtidos por outros autores, utilizando métodos distintos. Foram realizadas também baterias de análises paramétricas, considerando o formato da superfície de ruptura e o formato da face do talude, incluindo taludes côncavos e convexos. Os resultados indicam que o FS3D é sempre superior ao fator de segurança bidimensional (FS2D) da superfície intermediária. O valor de FS3D diminuiu para superfícies de ruptura alongadas transversalmente à direção de ruptura, tendendo ao valor de FS2D. Foi determinado que o coeficiente de Poisson possui importante influência no FS3D, sendo que o FS3D cresce com o aumento do coeficiente de Poisson. Tal influência varia de acordo com a geometria do problema e com o tratamento dado às tensões cisalhantes cinematicamente inadmissíveis. Finalmente, é apresentada uma análise 3D do caso histórico de Lodalen. Os resultados obtidos indicam que o FS3D no momento da ruptura é ligeiramente superior e se aproxima de 1, caso sejam utilizados os parâmetros de resistência menos favoráveis, determinados pelos estudos originais. Neste caso, os valores de FS2D são consideravelmente inferiores a 1, indicando a potencial superioridade da abordagem 3D.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tde/1321 |
| Date | 29 September 2009 |
| Creators | ADRIANO, Pedro Rogério Ribeiro |
| Contributors | GITIRANA JUNIOR, Gilson de Farias Neves |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Mestrado em Geotecnia e Construção Civil, UFG, BR, Engenharias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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