مطالعه عددی دوبعدی پایداری تکیه‌گاه سدهای بتنی قوسی با تاکید بر نقش درزه‌های سنگی و جریان آب در آنها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مکانیک خاک و پی- دانشگاه تربیت مدرس

2 استادیار گروه مهندسی خاک و پی- دانشگاه تربیت . مدرس

چکیده

در سدهای بتنی قوسی، بخش عمده فشارهای هیدرواستاتیکی در اثر عملکرد قوسی و طره­ای بدنه سد به تکیه­گاه­ها منتقل می‌شود. به همین دلیل در بررسی ایمنی این‌گونه سدها، ارزیابی درست از وضعیت پایداری تکیه­گاه­ها از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. ناپایداری تکیه­گاه عموماً به شکل گسیختگی در راستای لایه­های ضعیف یا دسته ­درزه­های آن رخ می­دهد. علاوه بر آن، فشار آب عبوری از درزه­ها نیز لغزش و گسیختگی در امتداد صفحات ضعف مذکور را تسهیل می­کند. این مقاله به بررسی اهمیت پارامترهای مقاومتی درزه­ها و تأثیر جریان آب بر ایمنی تکیه­گاه سدهای بتنی قوسی می­پردازد. اگرچه مطالعه دقیق این مسئله نیاز به انجام تحلیل‌های سه­بعدی دارد، لیکن به دلیل پیچیدگی‌های زیاد در مدل‌سازی سه‌بعدی محیط‌های  درزه­دار، خصوصاً با در نظرگرفتن رفتار اندرکنش هیدرولیکی- مکانیکی، در این تحقیق از تحلیل‌های دوبعدی استفاده شد. با این‌حال به منظور افزایش اعتبار نتایج تحلیل‌های دوبعدی، توزیع نیروهای وارده بر مدل تحلیل دوبعدی از نتایج تحلیل‌های سه بعدی یک سد بتنی قوسی و توده­سنگ ساختگاه آن استخراج شد. پایداری تکیه­گاه سد مورد نظر با استفاده از دو روش افزایش تدریجی فشار آب مخزن و کاهش پارامترهای مقاومتی درزه­ها و ضریب ایمنی SRF مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا از پنج پارامتر بیشینه بازشدگی و لغزش در امتداد درزه­ها، شدت بازشدگی و شدت لغزش در سرتاسر تکیه­گاه و همچنین بیشینه دبی عبوری در محل درزه­ها به عنوان شاخص­هایی جهت ارزیابی ایمنی استفاده شد. نتایج نشان می­دهد که فرض عدم عبور جریان آب از درزه­ها، غالباًً نادرست بوده و می­تواند ضرایب ایمنی تکیه­گاه را بسیار بالاتر از میزان واقعی آن نشان دهد. همچنین ایمنی تکیه­گاه، حساسیت کمی نسبت به پارامترهای مقاومتی و مکانیکی درزه­ها دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

2D numerical study of the stability of concrete arch dams with special focus on the role of rock joints and the internal flowing water

نویسندگان [English]

  • Saeed Yazdani 1
  • Mahmood yazdani 2
1 Soil & Foundation Engineering group, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran,
2 Soil & Foundation Engineering group, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran,
چکیده [English]

Due to the arching behavior of concrete arch dams, the hydrostatic loads imposed on dam body are
transferred to the abutments. Accordingly, an accurate evaluation of the stability of abutments is
very important. The failure mechanism of abutment is substantially governed by a network of
discontinuities crossing the abutment. Meanwhile, the flowing water through discontinuities
provides an easier condition for discontinuities to slide and/or open. In this paper, the effects of
fluid flow and mechanical characteristics of joints are treated on safety of abutments. Though, a full
3D simulation of dam body and its surrounding rock mass is needed for a complete understanding
of the problem, but in general, the 3D jointed abutment stability analysis considering hydromechanical
interaction are too time consuming and complicated. Therefore, in this study, a 2-D
DEM model for the most critical region of a typical arch dam abutment resulted through a 3D FE
modeling is considered to evaluate the abutment safety. In this research, the effects of fluid flow
and mechanical characteristics of joints on the safety are investigated through SRF and increasing
water pressure methods in both dry and saturate assumptions. In order to recognize the conditions
leading to failure in abutments, the values of maximum sliding, maximum opening, opening and
sliding intensity and maximum resulting water flow rate along discontinuities are used as failure
criterions. The results demonstrate that the assumption of dry abutment is not proper for evaluating
the stability condition and may submit the safety factors much larger than the real values.
Moreover, the strength characteristics of rock joints are less significant on the stability of abutment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete Arch Dam
  • Hydro-mechanical
  • Rock Joint

سعید یزدانی و محمود یزدانی، "بررسی تاثیر رفتار هیدرومکانیکی درزه­ها در ایمنی تکیه­گاه سدهای بتنی قوسی"، مجله مهندسی عمران شریف، دوره 2-26، ص69-78، مهر و آبان 1389.

Abrahamson; N; “Time Histories for Cushman Dam”; Report to Steve Fischer; January 14, 2001.

Brown, S.R. (1987) Fluid flow through rock joints: effects of surface roughness. J. of Geophysical Research 92(B2), 1337–1347.

Goodman, R.E., Scott, G.A. 1994. Rock Mechanics Dam Safety Studies for Sominoe Arch Dam, Proceedings of the 1st North American Rock Mechanics symposium, the University of Texas at Austin.

Hamilton; D.H; “Evaluation of the Engineering Geology of the Right Abutment of Cushman Dam”; No. 1 Cushman Project, FERC No. 462, Mason County, Washington, January 2001.

Krsmanovic, D., 1974, The Behaviour of the Horizontal Arch Dam Supporting Some Type of Discontinuum, Advanced in Rock Mechanics, Volume 1, Part A, Page 187, Colorado.

Louis, C. (1976) Introduction `al’hydraulique des roches. PhD Thesis, Paris.

Manual of udec, User’s Guide, Section 1,”Intruduction”.

Mgalobelov,Yu.B.,1995,Computational Studies of Rock Foundation of Arch Dams, Proceedings of International Congress on Rock Mechanics, Tokyo, Japan.

Pyrak-Nolte, L.J., Myer, L.R., Cook, N.G.W. and Witherspoon, P.A. (1987) Hydraulic and mechanical properties of natural fractures in low permeability rock, International Congress on Rock Mechanics (ISRM), Montreal, Canada, pp. 225–231.

Research Report on Ultimate Bearing Capacity of Dams during Earthquake (1997). Ministry of Economic, Trade and Industry of Japan, National Resources and Energy Agency, Electric Power Civil Engineering Association, (in Japanese).

Stematiu, D., Bugnariu,T., 1995. Constantinesco, AL. Rock Mechanics problems Related to Three Arch Dams Foundated on Faulted Rocks, Proceedings of Second International Conference on the Mechanics of Jointed and Faulted Rock_MJFR_2, Vienna, Austria.

Tsang, C.F. and Stephansson, O. (1996) A Conceptual Introduction to Coupled Thermo-Hydro-Mechancial Processes in Fractured Rocks, Coupled Thermo-Hydro-Mechanical Process of Fractured Media, Elsevier.

Tsang, Y.W. and Witherspoon, P.A. (1981) Hydromechanical behaviour of a deformable rock fracture subject to normal stress. J. Geophysical Research 86(B10), 9287–9298.

Valencia, F.G., Beltran, C.M., 1994, Long-Term Stability of the Santa Roza Dam Left Abutment, Proceedings of the 1st North American Rock Mechanics symposium, the university of Texas at Austin.