title: Μελέτη της ευστάθειας οδικών και σιδηροδρομικών επιχωμάτων υπό στατικές, σεισμικές και πλημμυρικές συνθήκες
title: Stability assessment of road and railway embankments under static, seismic and flood conditions
Creators: name: Κοσσιωρης Ιωακειμ
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Τα τελευταία χρόνια παρουσιάζονται εντονότερα καιρικά φαινόμενα λόγω της 
κλιματικής αλλαγής. Για παράδειγμα, παρατηρείται αύξηση της έντασης φαινομένων, όπως οι βροχοπτώσεις, οι χιονοπτώσεις, ενώ ακόμα και οι περίοδοι ξηρασίας είναι μεγαλύτερες σε διάρκεια. Τα παραπάνω επηρεάζουν την ευστάθεια των πρανών και τη συχνότητα των κατολισθήσεων. Η ευστάθεια των φυσικών αλλά και των τεχνητών πρανών (δηλαδή, επιχωμάτων και ορυγμάτων) αποτελεί ένα από τα βασικά αντικείμενα της γεωτεχνικής μηχανικής, αφού μία ενδεχόμενη αστοχία τους μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες. Οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες των υλικών των πρανών επηρεάζουν σημαντικά τους μηχανισμούς αστοχίας τους, και κατ’ επέκταση την πρόκληση κατολισθήσεων. Επίσης, σημαντικό ρόλο παίζουν ο υπόγειος υδροφόρος ορίζοντας, αλλά και πιθανά πλημμυρικά φαινόμενα. Η επιρροή του νερού στη συμπεριφορά του εδάφους εξαρτάται από τις συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή ενδιαφέροντος, συνεπιδρώντας με τη διαδικασία της διάβρωσης των πρανών, η οποία παρεμποδίζεται μεν από την παρουσία βλάστησης, αλλά επιδεινώνεται από τις πλημμύρες. Δυσμενείς παράγοντες για την ευστάθεια ενός πρανούς/επιχώματος είναι η απότομη κλίση, η μικρή συνοχή ή/και γωνία εσωτερικής τριβής, αλλά και τα σεισμικά/δυναμικά φορτία.  Επιπροσθέτως, το νερό, είτε εσωτερικά με την παρουσία υδροφόρου ορίζοντα σε κορεσμένα εδάφη, είτε εξωτερικά, εξαιτίας των πλημμυρών, επιδρά στηνευστάθεια του πρανούς, οδηγώντας σε μεταβολές του συντελεστή ασφάλειας. Πρέπει δε να τονισθεί το γεγονός ότι τα τελευταία χρόνια παρατηρείται έντονη αύξηση της έντασης και της συχνότητας των πλημμυρικών φαινομένων λόγω της κλιματικής αλλαγής. Συνεπώς, η μελέτη της ευστάθειας ενός πρανούς/επιχώματος είναι απαραίτητο να γίνεται όχι μόνο υπό στατικές, αλλά και υπό σεισμικές και πλημμυρικές συνθήκες. Οι δυνάμεις βαρύτητας αποτελούν τον καθοριστικό παράγοντα αστοχίας ενός πρανούς, ενώ ο συνδυασμός με σεισμική ή/και πλημμυρική δραστηριότητα μπορεί να αποβεί καταστροφικός σε περιοχές που τα παραπάνω φαινόμενα μπορούν να συνυπάρξουν, όπως έχει αποδειχτεί από πολλά περιστατικά σε σεισμογενείς περιοχές.  Βάσει των προαναφερθέντων, στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης δυνάμεων βαρύτητας και σεισμικών φορτίων, αλλά και πλημμυρικών φαινομένων στην ευστάθεια οδικών και σιδηροδρομικών επιχωμάτων, ειδικά όταν έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή τους ένα ελαφρό υλικό πλήρωσής, όπως η διογκωμένη πολυστερίνη (EPS). Για αυτόν τον σκοπό, χρησιμοποιήθηκαν κατάλληλες αναλυτικές σχέσεις και πραγματοποιήθηκαν παραμετρικές αριθμητικές αναλύσεις με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Plaxis 2D. Συμπερασματικά, επιβεβαιώνεται πως η αύξηση στη στάθμη του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και τα σεισμικά φορτία επιδρούν αρνητικά στην ευστάθεια των επιχωμάτων, ενώ ο συνδυασμός τους κρίνεται δυσμενέστερος. Αντιθέτως, τα επιφανειακά νερά μπορεί να έχουν υπό προϋποθέσεις ακόμα και ευεργετική επίδραση στην ευστάθεια των εδαφικών πρανών. 
description: In recent years, extreme weather events have become more pronounced due to climate change. Consequently, there is a substantial increase in the intensity of phenomena such as rainfall, snowfall, and extended drought periods. These phenomena can have a detrimental impact on the stability of slopes and increase the frequency of landslides. The stability of natural and artificial slopes (such as embankments and excavations) is a key issue in geotechnical engineering, as any potential failure can have catastrophic consequences. The physical and mechanical properties of slope materials significantly influence failure mechanisms, thereby contributing to landslides. Additionally, the groundwater table and the impact of flooding events play a crucial role. The effect of water on soil behavior depends on the prevailing conditions in the area of interest, in conjunction with the process of slope erosion, which is stalled by the presence of vegetation, but intensified by flooding. Adverse factors for the stability of a slope/embankment include steep inclination, low cohesion and/or internal friction angle of soil materials, as well as seismic/dynamic loads.
Moreover, the presence of water, either internally due to the presence of groundwater in saturated soils, or externally due to floods, affects slope stability by altering the safety factor. It is important to emphasize that in recent years there has been a significant increase in the intensity and frequency of flooding events due to climate change. Therefore, the study of slope/embankment stability must consider not only static, but also seismic and flooding conditions. Gravitational forces are a determining factor in slope failure, and their combination with seismic or/and intense rainfall activity can be catastrophic in areas where these phenomena coexist, as it it has been observed in many incidents in seismic-prone regions.
Based on the above, the aim of this diploma thesis is to investigate the impact of gravitational forces, seismic loads, and flooding phenomena on the stability of road and railway embankments, especially when a lightweight filling material, such as expanded polystyrene (EPS), has been used. For this purpose, analytical expressions were employed and parametric numerical analyses were performed utilizing Plaxis 2D filinite-element software. In conclusion, it is confirmed that the rise of water table level and seismic loads can have an unfavourable impact on embankment stability, while their combination is particularly detrimental. On the other hand, surface water may have even a beneficial impact on soil slope stability, depending on the circumstances.