Geopolymer reinforcement of road embankment slopes under low seismic loading conditions

Abstract

Lithuania is classified as a region of low seismic hazard; however, even low-intensity dynamic actions may affect the stability of marginally stable geotechnical structures. Road embankment slopes are particularly sensitive to changes in stress state caused by traffic loads and dynamic effects. This study evaluates the stability of a road embankment slope reinforced with geopolymer (georesin) columns under static and simplified seismic loading conditions. Slope stability analyses were performed using an analytical limit equilibrium approach implemented in the GEO5 Slope Stability software, applying the Morgenstern–Price method. Dynamic effects were introduced using pseudo-static horizontal and vertical acceleration coefficients K_h and K_v. A dense sand embankment with a height of 5.0 m and a slope angle of 40° was analyzed. Geopolymer reinforcement was simulated using columns with thicknesses of 50 mm, 100 mm, and 150 mm. Stability was evaluated using the utilization factor V_u. The results show that geopolymer reinforcement reduces the utilization factor by approximately 2.5–7.6%, while horizontal dynamic actions increase utilization by approximately 8–9%. Vertical dynamic effects were found to be less critical. The study confirms that geopolymer reinforcement is an effective solution for improving road embankment slope stability in regions of low seismic hazard.

Article in English.

Geopolimerais sustiprintų kelių pylimų šlaitų stabilumas mažo seisminio aktyvumo sąlygoms

Santrauka

Lietuva priskiriama mažo seisminio aktyvumo regionui, tačiau net ir nedideli dinaminiai poveikiai gali turėti įtakos ribinio stabilumo praradimui geotechninėse konstrukcijose. Kelių pylimų šlaitai yra ypač jautrūs transporto sukeliamiems dinaminiams poveikiams. Šiame darbe vertinamas geopolimeru sustiprinto kelių pylimo šlaito stabilumas esant statinėms ir supaprastintoms seisminėms apkrovoms. Skaičiavimai atlikti taikant analitinį ribinės pusiausvyros metodą naudojant GEO5 Slope Stability programą ir Morgenstern–Price metodiką. Dinaminiai poveikiai įvertinti pseudostatiniais horizontalaus ir vertikalaus pagreičio koeficientais K_h ir K_v. Analizuotas 5,0 m aukščio ir 40° nuolydžio smėlio pylimas. Stiprinimas geopolimeru modeliuotas taikant 50 mm, 100 mm ir 150 mm storio kolonas. Stabilumas vertintas taikant išnaudojimo koeficientą V_u. Nustatyta, kad stiprinimas geopolimeru sumažina išnaudojimo koeficientą apie 2,5–7,6 %. Horizontalių dinaminių poveikių didėjimas išnaudojimo koeficientą padidina apie 8–9 %, o vertikalūs dinaminiai poveikiai turėjo mažesnę įtaką. Gauti rezultatai rodo, kad geopolimerai yra efektyvi priemonė didinant kelių pylimų šlaitų stabilumą net ir mažo seisminio aktyvumo regionuose.

Reikšminiai žodžiai: geopolimerai, poliuretaninė derva, šlaito stabilumas, kelių pylimai, pseudostatinė analizė, seisminė apkrova, grunto stiprinimas.