توصيفگر ها :
سد سنگي - سيماني , شيب بدنه پلكاني , زهكش افقي , فشار پيزومتريك , دبي نشت , تحليل عددي , مدل نرمافزاري ژئواستوديو
چكيده فارسي :
با توجه به اهميت كنترل نشت در پايداري سدهاي سنگريزهاي از نوع سنگي - سيماني و نقش كليدي زهكشها در كاهش فشار پيزومتريك و هدايت جريان زيرزميني، طراحي بهينه زهكشها به يكي از مباحث اساسي در تحليل تراوش تبديل شده است. در اين پژوهش، به بررسي تاثير موقعيت و طول زهكش افقي بر كاهش دبي نشت، فشار پيزومتريك و تغييرات ارتفاع آب در بدنه سد حفاظتي از نوع سنگي- سيماني با شيب بدنه پلكاني پرداخته شده است. بدين منظور، مدل فيزيكي با مقياس 1:10 نسب به مدل واقعي سدهاي حفاظتي سنگي- سيماني در يك جعبه آزمايشگاهي و با ابعاد 40×40×5/47 سانتيمتر، با استفاده از سنگريزههايي به قطر 4 تا 5 سانتيمتر، ملات سيماني، پيزومترها و لولههاي سوراخدار ساخته شد. با بررسي سرعت نشت و بدست آوردن عدد رينولدز در نمونههاي واقعي از طريق مطالعات ميداني و هماهنگسازي آن با مدل آزمايشگاهي، تشابه هندسي و ديناميكي بين مدل فيزيكي و نمونه واقعي برقرار شد. براي برداشت دادهها از مدل فيزيكي دو سري آزمايش در شرايط مختلف اجرا شد. در حالت اول مسير زهكش با ملات مسدود بوده و در حالت دوم مسير زهكش باز بود. در هر حالت مقادير دبي نشت، فشار پيزومتريك ( از طريق پيزومترها)، خط نشت و ارتفاع آب در بدنه سازه ( از طريق لولههاي سوراخدار) برداشت شدند. سپس از نرمافزار GeoStudio و ماژول SEEP/W براي مدلسازي عددي استفاده شد. پارامترهاي هيدروليكي مصالح به كار رفته در مدل آزمايشگاهي از جمله هدايت هيدروليكي ابتدا به صورت تخميني و بر اساس تجربيات آزمايشگاهي براي نرمافزار تعريف شدند. مدل عددي با اعمال تغييرات تدريجي در اين پارامترها تا زماني واسنجي شد كه خط نشت، فشار پيزومتريك، دبي نشت و ارتفاع آب در بدنه سازه در ترازهاي 10، 20، 25، 30 و 35 سانتيمتر آب در بالادست سد در مدل عددي با نتايج مدل فيزيكي همخواني پيدا كنند. پس از اطمينان از همخواني مدل عددي با مدل آزمايشگاهي، جانمايي بهينه زهكش افقي در مدل عددي انجام شد. موقعيتهاي مختلفي براي نصب زهكش از نظر ارتفاع( 0، 2، 4، 6 و 8 سانتيمتر از كف پي سد) و طول زهكش( 10% تا 50% طول كف سد) بررسي شد. نتايج نشان داد كه افزايش طول زهكش و كاهش ارتفاع نصب آن نسبت به كف پي سد، نقش موثري در كاهش دبي نشت و فشارهاي پيزومتريك داشته و موجب كنترل موثرتر خط نشت شده است. در نهايت بهترين عملكرد مربوط به حالتي بود كه زهكش دركف پي سد (صفر سانتيمتر ارتفاع از كف پي سد) و به طول 50 درصد طول پي سد، نصب شده بود. عملكرد دقيق ماژول SEEP/W در شبيهسازي نتايج تجربي، قابليت اعتماد بالاي اين ابزار در تحليل مسائل تراوش و طراحي سازههاي حفاظتي را تاييد نمود.
چكيده انگليسي :
Seepage control is a fundamental issue in the stability of concrete-faced rockfill dams. In this structure drains have a key role in reducing pore water pressure and directing subsurface flow, thus optimal design of the drains is necessary. This study investigates the effect of the location and length of a horizontal drain on reducing seepage discharge, pore water pressure, and water level fluctuations within the body of a protective concrete-faced rockfill dam with stepped slopes. For this purpose, a physical model with a scale of 1:10 relative to a real stone-cement protective dam was constructed in a laboratory box with dimensions of 40×40×47.5 cm, and was filled with gravel, having particle sizes ranging from 4 to 5 cm, In this structures installed 8 piezometers and 7 perforated pipes. By examining the seepage velocity and determining the Reynolds number from field studies in real dams and aligning it with the laboratory model, both geometric and dynamic similarity between the physical model and the real structure were established. Two sets of experiments were performed including with and without drain conditions. In both conditions seepage discharge, pore water pressure (via piezometers), the seepage line, and the water level inside the dam body (via perforated pipes) were measured. Subsequently, the SEEP/W module of the GeoStudio software was used for numerical modeling. The hydraulic properties of the materials used in the laboratory model, such as saturated hydraulic conductivity, were initially estimated based on laboratory experience and defined in the software. The numerical model was calibrated by gradually adjusting these parameters until the seepage line, pore water pressures, discharge, and internal water levels at upstream heads of 10, 20, 25, 30, and 35 cm matched those obtained from the physical model. Once good agreement between the numerical and physical models was achieved, optimal positioning of the horizontal drain was investigated numerically. Various installation scenarios were considered in terms of drain height (0, 2, 4, 6, and 8 cm above the base of the dam foundation) and drain length (from 10% to 50% of the dam foundation length). The results indicated that increasing the drain length and reducing its installation height relative to the base of the dam foundation, had a significant effect on reducing seepage discharge and pore pressure, and provided more effective control of the seepage line. The best performance was observed when the drain was installed at the base of the dam foundation (0 cm above the base of the dam foundation) and with a length equal to 50% of the dam foundation length. The accurate performance of the SEEP/W module in replicating experimental results confirmed its reliability in seepage analysis and in the design of protective structures.