تأثیرات دیواره آب بند و زهکش بر نیروی زیرفشار و گرادیان خروجی زیر سازه‌های آبی با حل عددی معادله عمومی جریان آب درخاک به روش احجام محدود

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان

چکیده

چکیده
از جمله اقداماتی که برای جلوگیری از پدیده زیرشویی، کاهش گرادیان خروجی و همچنین دبی نشت از زیر سازه‌های آبی صورت می‌گیرد احداث دیواره‌های آب بند و نصب زهکش می‌باشد. از این رو در این تحقیق به منظور بررسی دقیق تأثیر هر یک از عوامل مذکور بر نیروی زیر فشار و گرادیان خروجی مدلی کامپیوتری تهیه شده است که درآن معادله عمومی جریان آب در خاک همگن اشباع در شرایط همسان و غیر همسان با استفاده روش احجام محدود و الگوریتم گوس- سایدل حل شده است. به منظور صحت سنجی مدل تهیه شده از نتایج اندازه گیری آزمایشگاهی و همچنین نتایج مدل WinMseep که یک مدل پذیرفته شده است استفاده گردید. یکی از مزیت‌های نسبی مدل مذکور در نظر گرفتن نفوذپذیری برای پرده آب بند می‌باشد. نتایج این تحقیق نشان داد که با احداث یک دیواره آب بند در هر وضعیت مکانی، مقدار گرادیان خروجی نسبت به گرادیان خروجی مبنا (بدون دیوار آب بند)کاهش می‌یابد. همچنین بیشترین نیروی زیر فشار و کمترین گرادیان هیدرولیکی خروجی در موقعیتی که دیوار آب بند در پائین دست احداث شود، دیده می‌شود. در شرایط وجود دو پرده آب بند یکی در پاشنه ودیگری در پنجه سد و یک زهکش در حد فاصل آنها هر چقدر زهکش در فاصله بیشتری از پاشنه احداث شود تأثیر آن در کاهش نیروی زیرفشار کل و گرادیان خروجی بیشتر می‌باشد. علاوه براین با افزایش عمق پرده آب بند بالادست در مقایسه با پرده آب بند پائین دست مقدارگرادیان خروجی کاهش می‌یابد. شدت این کاهش برای پرده آب بند پائین دست با عمق کوتاه تر مشهود تر می‌باشد. توزیع فشار بالابرنده و گرادیان خروجی محاسبه شده برای شرایط خاک همسان و غیر همسان در زیر سازه تطابق بسیار نزدیکی با نتایج مدل WinMSeep داشت.

واژه‌های کلیدی: سازه هیدرولیکی، دیواره آب بند، زیر فشار، گرادیان خروجی، احجام محدود

عنوان مقاله [English]

Effects of cutoff wall and drain on uplift pressure and exit gradient under hydraulic structure by numerical solution of general equation of fluid flow in soil using finite volume method

نویسندگان [English]

  • R. Ghobadian
  • K. khodaei
چکیده [English]

Abstract
Among activities that can be used to prevent piping phenomena and reduce seepage and exit gradient are installation of cutoff wall and drain under hydraulic structures. Hence in this study, to investigating the influence of each mentioned parameter on uplift force and exit gradient a computer model has developed in which general equation of fluid flow into the isotropic and anisotropic soil was solved numerically by Gauss-Seidel method. Verify model, experimental result and result of WinMseep model that is an acceptable model was used. One of the relative advantages of this model is consideration of permeability value for cutoff curtain. The result of this study showed, bye construction of one cutoff curtain in any location values of exit gradient relative to basic exit gradient (without cutoff) reduces. Also, maximum uplift force and minimum exit gradient is observed when cutoff curtain is located in toe. For situation with two cutoff walls in toe and heel of dam and one drain in between it is observed that when drain is located at far distance whit respect to heel influence of it on uplift force and exit gradient increases. Additionally with increasing upstream cutoff depth in comparison to downstream cutoff, values of exit gradient decreases and intensity of this decrease for shallow downstream cutoff is more sensible. Distribution of uplift pressure and calculated exit gradient for isotropic and anisotropic condition are very consistences to those are computed by WinMseep model.

Key words: Hydraulic structure, Cutoff wall, Uplift pressure, Exit gradient, Finite volume