بررسی رفتار هیدرولیکی و پایداری سد خاکی همگن با زهکش ترکیبی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)

2 عضو هیئت علمی گروه مهندسی عمران دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

3 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)

4 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین-المللی امام خمینی (ره)

چکیده

در این پژوهش، استفاده از زهکش ترکیبی بعنوان جایگزینی برای زهکش پنجه‏ای در سدهای خاکی همگن تا ارتفاع 35 متر پیشنهاد و عملکرد آن از منظر هیدرولیکی و پایداری کلی سد بررسی و با زهکش پنجه‏ای مقایسه شده است. برای نیل به این هدف، ابتدا با استفاده از مدل فیزیکی عملکرد هیدرولیکی زهکش ترکیبی مورد بررسی قرار گرفت. پس از اطمینان از تاثیر مثبت این جایگزینی بر عملکرد هیدرولیکی و تطابق مناسب مدلسازی عددی و فیزیکی، آنالیزهای مختلف تراوش و پایداری با مدلسازی عددی به کمک نرم‏افزاری ژئواستودیو انجام شد. به این ترتیب که در مدل‏های عددی ارتفاع زهکش پنجه‏ای بین 20 تا 50 درصد کاهش و بخشی از مصالح باقیمانده بصورت زهکش افقی، با زهکش پنجه‏ای کاهش یافته، ترکیب شد. طبق نتایج، در مدل‏هایی که نصف مصالح باقیمانده از کاهش ارتفاع زهکش پنجه‏ای، در ایجاد قسمت افقی استفاده شده بود، حداقل فاصله‏ی عمود مابین شیب پایین‏دست با سطح آزاد آب در داخل بدنه بین 11 تا 157 درصد افزایش و حجم مصالح زهکش بین 25 تا 50 درصد در مقایسه با مدل‏های دارای زهکش پنجه‏ای کاهش می‏یابد. از طرفی، استفاده از زهکش ترکیبی با عملکرد هیدرولیکی یکسان با زهکش پنجه‏ای، ضمن کاهش 18 تا 60 درصدی حجم مصالح زهکش، علی‏رغم حذف بخشی از مصالح درشت‏دانه که مقاومت برشی بیشتری نسبت به مصالح بدنه دارند، به دلیل سهم کمتر ناحیه‏ی زهکش در طول سطح لغزش و پایین افتادن سطح آزاد آب و افزایش تنش موثر در بخش پنجه، منجر به کاهش حداکثر تا 68/10 درصد در پایداری شیب‏های پایین‏دست گردید.

کلیدواژه‌ها


Abdul Hussain, I.A., Kashyap, D. and Hari Prasad, K.S. (2007). Seepage modeling assisted optimal design of a homogeneous earth dam: Procedure evolution. Journal ofirrigation and drainage engineering, 133(2), 116-130
Boufadel, M.C., Suidan, M.T., Venosa, A.D. and Bowers, M.T. (1999). Steady seepage in trenches and dams: effect of capillary flow. Journal of Hydraulic Engineering,125(3), 286-294.
Bowles, L. (1996). Foundation analysis and design, McGraw-Hill.
Casagrande, A. (1937). Seepage through dams, Harvard University Publication 209.
Cedergren, H.R. (1977). Seepage, drainage and low nets, Wiley- Interscience publication.
Chahar R. (2004). Determination of length of a horizontal drain in homogeneous earth dams, Journal of irrigation and drainage engineering.
Creager, W.P., Justin, J.D. and Hinds, J. (1944). Engineering for dams. V, III. Earth, rock-fill steel and timber dams, Wiley, New York.
Freeze, R. A. (1971). Influence of the unsaturated flow domain on seepage through earth dams. Water resources research, 7(4), 929-941.
Forchheimer, P. (1930). Hydraulik. Third edition, Teubner, Leipzig, Berlin, Germany.
GEO-SLOPE International Ltd. (2009). Seepage Modeling with SEEP/W 2007 Version. An Engineering Methodology, Fourth Edition.
GEO-SLOPE International Ltd. (2008). Stability Modeling with SLOPE/W 2007 Version. An Engineering Methodology, Fourth Edition.
Irzooki, R. H. (2012). Computation of Seepage through Homogenous Earth Dams with Horizontal Toe Drain.
Jahangiri, S., Kilanehei, F. and Hassanlourad, M. (2018). Investigation of valley shape and arc radius on the seepage analysis of arched earth dams using 3D numerical modeling, Journal of Hydraulics, 13(2), 83-93. (in Persian)
Kozeny, J. (1931). Grundwasserbewegung bei freiem spiegel, fluss und kanalversickerung. Wasserkraft und Wasserwirtschaft, No. 3.
Mahmoud, A., Badakhshan, M. and Seifi, A. (2016). The Effect on The Leakage Flow Along the Horizontal Drainage, Power, Drifted and Hydraulic Gradient in Homogeneous Earth Dam by Numerical Simulation, Journal of engineering and construction management, 1(3), 20-23. (in Persian) 
Malekpour, A., Farsadizadeh, D., Hosseinzadeh Dalir, A. and Sadrekarimi, J.  (2012). Effect of horizontal drain size on the stability of an embankment dam in steady and transient seepage conditions. Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences 36(2), 139-152
Mishra, G. and A. Singh (2005). Seepage through a levee. International Journal of Geomechanics 5(1), 74-79
Mishra, G. C. and B. P. Parida (2006). Earth dam with toe drain on an impervious base. International Journal of Geomechanics, 6(6), 379-388.
Najafpour, N., Shayannejad, M. and Samadi, H. (2014). Investigation on Seepage Pattern and Design of Toe Drain in Homogenous Earth Dam on Impervious Foundation Using Physical Model and PLAXIS. Journal ofWater and Soil, 28(3), 451-461. (in Persian)
Rahimi, H. (2015). Embankment Dams. University of Tehran Press. (in Persian) 
Salmasi, F. and B. Mansuri (2014). Effect of Homogeneous Earth Dam Hydraulic Conductivity Ratio (K x/K y) with Horizontal Drain on Seepage. Indian Geotechnical Journal, 44(3), 322-328.
Sharma, H. D. (1991). Embankment dams, Oxford & IBH Publishing Company.
Sherard, J. L., Woodward, R. J., Gizienski, S. F. and Clevenger, W.A. (1966). Earth and earth-rock dams, Wiley, New York, 25, 130.
Tesarik. D.R. and Kealy, C.D. (1984). Estimation horizontal drain design by the Finite-Difference method. International journal of mine water, 3(3), 1-19.
USBR, U. (1987). Design of small dams. Water Resources Technical Publication Series.
Wood, D. M. (2014). Geotechnical modelling, CRC press.
Yazdani, S., Yazdani, M. and Ahmadi, M.T. (2008). Evaluation of Geometrical Characteristics of Rock Joints on Hydraulic Behavior and Seepage through the Abutments of Concrete Arch Dams, Journal of Hydraulics, 3(1), 33-44. (in Persian)