شبيه‌سازي جريان نشت در سدهاي حفاظتي همراه با زهكش افقي با استفاده از مدل عددي ژئواستوديو و مدل آزايشگاهي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

علوم و مهندسي آب

كارشناسي ارشد

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.

233506

آبياري و زهكشي

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان