نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• ثمر بهروزی‌نیا ¹
• حجت احمدی ²
• نادر عباسی ³

¹ دانش آموخته کارشناسی ارشد سازه های آبی

² استادیار دانشگاه ارومیه

³ دانشیار بخش تحقیقات آبیاری و زهکشی مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی

چکیده

تحلیل تراوش از بدنۀ سدهای خاکی، علاوه بر تعیین مقدار هدر رفت آب، در تحلیل پایداری این سازه‌ها نیز نقش بسیار اساسی و  با اهمیتی دارد.  در این پژوهش، تأثیر خصوصیات هیدرولیکی مصالح و همچنین نسبت و شدت تخلیۀ آب در معیارها و پارامترهای طراحی سد، شامل موقعیت و شکل منحنی فریاتیک، فشار آب حفره‌ای و پایداری شیب بالادست  سد خاکی همگن در وضعیت تخلیۀ سریع مخزن بررسی شده است.  بدین منظور، تحلیل‌های تراوش و پایداری با نرم‌افزار Geostudio، زیر برنامه‌های seep/w و slope/w
(به­ترتیب مبتنی بر روش‌های المان محدود و تعادل حدی) با انتخاب جنس مصالح سد از پایگاه داده خاک‌های غیر اشباع انجام گردید.  مدل­سازی‌های مورد نظر در دو حالت پایدار و گذرا و با اعمال چهار شدت تخلیه متفاوت اجرا شد.  نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که به­دلیل نبود اختلاف معنی‌دار در ضرایب اطمینان حاصل، اعمال ضریب نفوذپذیری ثابت یا متغیر تأثیری بر پایداری شیب پایین‌دست سد خاکی همگن در تحلیل وضعیت پایدار ندارد و در این حالت، منحنیفریاتیک مستقل از ضریب نفوذپذیری عمل می‌کند.  بررسی نتایج مدل عددی حاکی از تأثیر قابل توجه منحنی مشخصه رطوبتی و تغییرات شیب (m_w)این تابع در شدت تخلیه و پس از آن فشار آب حفره‌ای و مقاومت برشی ناشی از اعمال مکش توسط این منحنی است.  به­طوری­که با کاهش آن و نزدیک شدن به حالت ثابت، روند ضرایب اطمینان و موقعیت حالات بحرانی نیز تغییر می‌کند.  علاوه بر آن، در صورت به­کارگیری رطوبت ثابت (اشباع) در وضعیت تخلیۀ سریع مخزن، حالت بحرانی رویۀ بالادست در شرایط مخزن نیمه‌پر و در شرایط تخلیۀ تراز آب مخزن اتفاق می‌افتد.  با کاهش رطوبت ناحیۀ غیراشباع و کمتر شدن قابلیت زهکشی خاک، ضرایب اطمینان حالت بحرانی در نزدیکی تخلیۀ کامل اتفاق می‌افتد و به­طور کمی در شرایطی است که  تراز آب مخزن تخلیه شده باشد.

کلیدواژه‌ها

• پایداری شیب
• تخلیة سریع
• تراوش
• سد خاکی
• منحنی مشخصة رطوبتی

20.1001.1.26454531.1394.16.1.2.6

عنوان مقاله [English]

Dynamic Properties of Seepage and Stability on Upstream Slope of an Unsaturated Homogeneous Earth Dam Subjected to Rapid Drawdown

چکیده [English]

Analysis of seepage from an earth dam helps determine water loss and is very important for analysis of the stability of these structures. The present study examined the effect of material hydraulic properties and drawdown rate and ratio on the position and form of the phreatic line, pore water pressure and the stability of the shoulder of a homogeneous earth dam. For this purpose, the materials used in the homogeneous earth dam were selected from the unsaturated soil hydraulic database. Seepage and stability analysis were performed using the Geostudio
sub-programs of seep/w and slope/w (based on the finite element and limit equilibrium methods, respectively). Seepage and stability analysis were performed in steady and transient states by applying four different drawdown rates. The results showed that the lack of significant differences in safety factors means that application of constant or function conductivity does not affect downstream slope stability of a homogeneous earth dam and the phreatic line was independent of conductivity. Results from the numerical model shows the noticeable impact of the soil water characteristic curve and slope () on the rate of drainage and subsequent pore water pressure and shear strength. The safety factors and critical states changed as the degree of saturation decreased or increased. With rapid drawdown of the reservoir at constant volumetric water content, the state of the upstream shoulder became critical when the drawdown ratio (L/H) reached about 0.5. As the water content of the unsaturated zone and the capacity of drainage decreased, stability reached the minimum FOS at a reservoir water level of about 2/3 of the total drawdown height.

کلیدواژه‌ها [English]

• Earth Dam
• Rapid Drawdown
• Seepage
• Slope Stability
• Soil Water Characteristic Curve