ظرفیت تخلیه زهکش پنجه سدهای خاکی با و بدون هسته رسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب-سازه های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

2 مدیر گروه علوم و مهندسی آب-سازه های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

چکیده

پژوهش حاضر با هدف کاهش گرادیان هیدرولیکی و در نهایت تضعیف پدیده پایپینگ، به بررسی مدل­های مختلفی از ابعاد هندسی و عملکرد هیدرولیکی هسته رسی و زهکش پنجه در سدهای خاکی پرداخته است. از این­رو، با مدل­سازی آزمایشگاهی در دو حالت همگن و ناهمگن، میزان دبی نشت و سطح تراز فریاتیک در بدنه سد خاکی با قرائت تراز آب در 7 حلقه چاهک مشاهداتی و اندازه­گیری فشار پیزومتریک در 30 پیزومتر نصب شده بر روی دیواره کانال، مورد بررسی قرار گرفته است. بر این اساس، سه نسبت بی­بعد  با سه ارتفاع (12/0، 20/0 و 28/0 متر) در زوایای مختلف (45، 60 و 90 درجه) برای بررسی عملکرد و ارائه­ی شاخص بهینه­ی  در طراحی زهکش پنجه سدهای خاکی انتخاب گردید. سپس نتایج حاصل از مدل عددیPLAXIS ، به­واسطه پارامتر کالیبراسیون و آزمون آماری P-VALUE و RMSE با مدل­های آزمایشگاهی صحت­سنجی شد. نتایج نشان داد ابعاد هندسی مطلوب زهکش پنجه به دلیل ارتباط مستقیم تراز آب مخزن با موقعیت خط فریاتیک و محل خروج آن از شیب پایین­دست سدهای خاکی همگن و ناهمگن مستقیما" با هدایت هیدرولیکی و ارتفاع سطح آب در مخزن سد ارتباط دارد. همچنین نتایج نشان داد که در سدهای خاکی ناهمگن، این مقادیر با ضخامت هسته رسی رابطه معکوس دارد. با مقایسه و استفاده از تحلیل رگرسیون، معادله­ای برای پیش­بینی ارتفاع زهکش پنجه سد همگن ارائه شد که به ازای مقادیر  بزرگتر، دارای دقت بیشتری می­باشد. در نهایت، اندازه زهکش پنجه سد خاکی همگن با زاویه 45 درجه و شاخص  و در حالت ناهمگن، زاویه 45 درجه با شاخص  به عنوان بهینه­ترین حالت گزارش شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Discharge Capacity of Earth Dams Toe Drain with and without Clay Core

نویسندگان [English]

  • sobhan moradi 1
  • saeed salehi 1
  • kazem esmaili 2
1 Department of Water Structures Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
2 head of Water Science and Engineering Department, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
چکیده [English]

 The objective of this study was to reduce the hydraulic gradient and consequently to weak the piping phenomenon. For this purpose, various models of geometric dimensions and hydraulic performance of clay core and toe drainage in earthen dams were investigated. Therefore, by using experimental modeling in both homogeneous and heterogeneous states, the seepage rate and the ferritic level in the earthen dam body with water level readings in seven observation wells and piezometric pressure measurement in 30 piezometers installed on the channel wall have been examined. Accordingly, three dimensionless ratios  with three heights (0.12, 0.20 and 0.28 m) at different angles (45, 60 and 90 degrees) were chosen to evaluate the performance and provide the optimal index  in the toes drainage design of earthen dams. Then the results of PLAXIS numerical model were validated by experimental data through calibration parameter and P-VALUE and RMSE statistical tests. The results showed that the optimal geometric dimensions of toe drainage due to direct relationship of reservoir water level with the position of the ferriatic line and its exit from the lower slope of homogeneous and heterogeneous earth dams are directly related to hydraulic conductivity and water level in the reservoir. In heterogeneous earthen dams, these values ​​are inversely related to the thickness of the clay core. By comparing and using regression analysis, an equation was proposed to predict the drain height of the homogeneous dam, which is more accurate for larger values of . Finally, the toe drainage size of homogeneous earth dam with an angle of 45 degrees and index of  and in heterogeneous state, the angle of 45 degrees with index of  have been reported as the optimal state.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Homogeneous earth dam
  • Toe drainage geometry
  • Seepage line
  • Plaxis

مراجع

Akhtarpour, A., and Salari, M. (2017).  Numerical simulation of the behavior of a long pebble barrier with regard to the particle fracture phenomenon. Civil Engineering. 56-47. (in Farsi)
Borja, R. I., and Kishnani, S. S. (1991). On the solution of elliptic free-boundary problems via Newton's method. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 88(3), 341-361.
Chahar, B. R. (2006). Closure to “Determination of Length of a Horizontal Drain in Homogeneous Earth Dams” by Bhagu R. Chahar. Journal of irrigation and drainage engineering, 132(1), 89-90.
Creager W. P., Justin, J. D., and Hinds. (1944). Earth, rock-fill steel and timber dams. J. Eng. for dams. V III, Wiley, New York.
Darbandi, M., Torabi, S. O., Saadat, M., Daghighi, Y., and Jarrahbashi, D. (2007). A moving‐mesh finite‐volume method to solve free‐surface seepage problem in arbitrary geometries. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 31(14), 1609-1629.
Fukuchi, T. (2018). New high-precision empirical methods for predicting the seepage discharges and free surface locations of earth dams validated by numerical analyses using the IFDM. Soils and Foundations, 58(2), 427-445.
Kasim, F., and Fei, W. S. (2002). Numerical parametric simulations for seepage flow behaviour through an earthfill Dam. Malaysian Journal of Civil Engineering, 14(1).
Kozeny, J. (1931). Grundwasserbewegung bei freiem spiegel, fluss und kanalversickerung. Wasserkraft und Wasserwirtschaft, 26(3), 28.
Liggett, J. A., and Liu, P. L. F. (1979). Unsteady interzonal free surface flow in porous media. Water Resources Research, 15(2), 240-246.
Mishra, G. C., and Parida, B. P. (2006). Earth dam with toe drain on an impervious base. International Journal of Geomechanics, 6(6), 379-388.
Ouria, A., and Toufigh, M. M. (2009). Application of Nelder-Mead simplex method for unconfined seepage problems. Applied Mathematical Modelling, 33(9), 3589-3598.
Pavlovsky, N. N. (1931). Seepage through earth dams, Instit. Gidrotekhniki i Melioratsii, Leningrad, Translated by US Corps of Engineers.
Shafai-Bajestan, M., & Albertson, M. L. (1993). Riprap criteria below pipe outlet. Journal of Hydraulic Engineering, 119(2), 181-200.
Sherard, J. L. (1963). Earth and earth-rock dams.
Singh, A. K. (2008). Analysis of flow in a horizontal toe filter. International Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics (IACMAG), 2449-2455.
Stark, T. D., Jafari, N. H., Zhindon, J. S. L., and Baghdady, A. (2017). Unsaturated and transient seepage analysis of San Luis Dam. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 143(2), 04016093.
Strzelecki, T. O. M. A. S. Z., and Kostecki, S. T. A. N. I. S. Ł. A. W. (2008). Seepage through dam and deformable soil medium with consolidation. Studia Geotechnica et Mechanica, 30(3-4), 71-84.
Tahoni Sh. (2006). Implementation Principles in Earth Dam. 13th Publish. Thehran Pars Aien Institution. Tehran.
Tayfur, G., Swiatek, D., Wita, A., and Singh, V. P. (2005). Case study: Finite element method and artificial neural network models for flow through Jeziorsko earthfill dam in Poland. Journal of Hydraulic Engineering, 131(6), 431-440.
Wu, M., Yang, L., and Yu, T. (2013). Simulation procedure of unconfined seepage with an inner seepage face in a heterogeneous field. Science China Physics, Mechanics and Astronomy, 56(6), 1139-1147.
Yea, G. G., Kim, T. H., Kim, J. H., and Kim, H. Y. (2013). Rehabilitation of the core zone of an earth-fill dam. Journal of performance of constructed facilities, 27(4), 485-495.
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 51، شماره 11
بهمن 1399
صفحه 2900-2889

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار