بررسی و مقایسه عددی جریان اشباع و غیراشباع در سد خاکی گیلان غرب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

بررسی خصوصیات مختلف جریان نشتی مانند مقدار دبی جریان نشتی، موقعیت خط فریاتیک، توزیع فشار آب منفذی و نیروی بالابرنده از مهمترین مسائل در پیش‌روی طراحان سـازه‌های هیدرولیکی اسـت. هدف از این تحقیق، بررسی خصوصیات جریان نشتی در بدنه سد خاکی غیرهمگن گیلان غرب در دو حالت جریان اشباع و غیراشباع با استفاده از شبیه‌سازی عددی است. نتایج حاصل از مدل عددی، نشان داد که دبی نشتی در حالت جریان غیراشباع به دلیل اضافه شدن مقدار جریان‌ نواحی دارای جریان موئینه‌ای نسبت به حالت جریان اشباع بیشتر است. مقایسه خط فریاتیک، نشان داد که خط فریاتیک در جریان اشباع نسبت به جریان غیراشباع در موقعیت پایین‌تری قرار می­گیرد. عاملی که باعث ایجاد چنین شرایطی می­شود، وجود مکش ماتریک خاک در نواحی بالای خط فریاتیک در حالت غیراشباع است که توانایی صعود جریان آب به تراز بالا را فراهم می­کند. همچنین گرادیان هیدرولیکی خروجی در پایاب سد نیز در هر دو حالت، ارزیابی شد و نتایج این مطالعه نشان داد که مقدار گرادیان هیدرولیکی خروجی در جریان غیراشباع 1/8 برابر مقدار نظیر آن در جریان اشباع است. لازم به ذکر است، گرادیان هیدرولیکی در بدنه سد برای این دو حالت نیز مورد بررسی قرار گرفت. مقادیر گرادیان هیدرولیکی هنگام خروج از هسته سد کاهش چشمگیری پیدا می‌کند، به طوری که مقدار این کاهش در حالت جریان غیراشباع بیشتر از جریان اشباع می‌باشد. شیب خط فریاتیک در درون هسته مرکزی برای حالت غیراشباع 0/947 و  برای حالت اشباع 0/905 بدست آمد. لذا مقدار شیب خط فریاتیک درون هسته در حالت غیراشباع 1/047 برابر مقدار نظیر در حالت اشباع می‌باشد. مقادیر نیروی بالابرنده در هر دو حالت بعد از استخراج نحوه توزیع بار فشاری برآورد گردید. برآیند نیروی بالابرنده در جریان غیراشباع، حدود 8/3 درصد نسبت به جریان اشباع افزایش دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation and Comparison of Saturated and Unsaturated Flow in the Gilan-Gharb Embankment Dam

نویسندگان [English]

  • Samin Pourghani
  • Farzin Salmasi
  • Bahram Nourani
  • Hadi Arvanaghi
Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz
چکیده [English]

The purpose of this study is to investigate the characteristics of seepage flow in the Gilan-Gharb embankment dam in two saturated and unsaturated flow states using numerical simulation. The results of the numerical model for saturated flow and unsaturated flow indicated that the seepage flow rate in the unsaturated flow state is higher than the saturated flow state due to the addition of the amount of flow in the areas with capillary fringe flow. The comparison of the first flow line (phreatic line) in these two investigated states indicates that the phreatic line is in a lower location in the saturated flow compared to the unsaturated flow. The factor that has caused such conditions is the presence of suction in the areas above the phreatic line in an unsaturated state, which has provided the ability for the water flow to rise to a higher level. Also, the exit hydraulic gradient downstream of the dam was also evaluated in both cases, and the results of this study revealed that the highest values ​​of the exit hydraulic gradient occur nearly after the toe of the dam, so that the exit hydraulic gradient in the unsaturated state is 1.8 times of the saturated state. Since the exit hydraulic gradient is less than one for both saturated and unsaturated states, the sand boiling phenomenon does not occur in the investigated earthen dam. It should be noted that the hydraulic gradient in the dam body was also investigated for two saturated and unsaturated states and the results showed that the hydraulic gradient in both states are not meaningfully different from each other and the hydraulic gradient values ​​decrease significantly when exiting the dam core so that the value of this reduction in the state of unsaturated flow is more than that of saturated flow. The comparison of the results of the numerical model in both simulation modes indicates that the slope of the phreatic line in the central core is 0.947 for the unsaturated state and 0.905 for the saturated state, so the value of the phreatic line slope in the unsaturated state is 1.047 times of the saturated state.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Embankment Dam
  • Saturated and Unsaturated Flow
  • Phreatic Line
  • Uplift Force
  • Hydraulic Gradient

مراجع

[1] P. Mohammadian, Estimating of saturated and unsaturated seepage discharge through Alavian embankment dam using seep/w software, University of Tabriz, 1395 (in Persian).
[2] H. Ghasemzadeh, Seepage in saturated and unsaturated soil, first edition ed., Khaje-Nasiruddin Tusi University of Technology Publications, 1389 (in Persian).
[3] A. Heshmati, Movahed, V, , Comparison of analytical and numerical methods in evaluating the amount of seepage from the body of a homogeneous earth dam located on an impermeable foundation, in:  The second national conference on dam construction, 2018, pp. 20-29.
[4] M. Naboyanpour, Samani, H. , Determining the exact location of the phreatic line using boundary element methods, in:  4th National Congress of Civil Engineering, 2017, pp. 30-36 (in Persian).
[5] A. Ahmadi, Fatahi, A. Iqbalzadeh, A., Comparison of numerical and analytical solution of phreatic line position of homogeneous earthen dam using MATLAB numerical model (case study of Shian earthen dam), the first InternationalConference and 3rd National Conference on Dams and Hydropower Plants,  (2013) 30-36.
[6] A. Malekpour, Farsadizadeh, D. , Hosseinzadeh Delir, A., Sadr Karimi, J., Laboratory investigation of the effect of length and thickness of horizontal drains on permanent seepage from the body of a homogeneous earthen dam, Journal of Water and Soil Science, 21(2) (2018) 51-63 (in Persian).
[7] A. Ansari, Sadeghi Asl, M., Parvizi, M. , Numerical and experimental study of flow characteristics in gravel drains, in:  11th Iran Hydraulic Conference, 2013, pp. 45-51(in Persian).
[8] M. Ghadavi, Mahdipour, A., Abdul Alizadeh, S. , Numerical study of the effect of the interaction of horizontal drainage blanket and cutoff wall on the phreatic line to the downstream slope of homogeneous earthen dam, in:  9th International Congress of Civil Engineering, 2013, pp. 70-77(in Persian).
[9] Y. Jie, Wen, Y., Deng, G., Chen, R., Xu, Z., Impact of Soil Deformation on Phreatic Line in Earth-Fill Dams, Computers and Geosciences Journal, 46 (2012) 44-50.
[10] D. Bertoldo, Stability analysis of an earth embankment subjected to rainfall infiltration, Padova, ICEA, 2013.
[11] P. Mohammadian, Salmasi, F., Abbaspour, A. , Comparison of seepage in saturated and unsaturated state from the body of Alavian earthen dam using SEEP/W software, in:  the second national hydrology conference of Iran, 2016 (in Persian).
[12] R.P. Chapuis, Aubertin, M., A simplified method to estimate saturated and unsaturated seepage through dikes under steady state conditions, Canadian Geotechnical Journal, 38 (2001) 1321–1328.
[13] B. Nourani, Salmasi, F., Ghorbani M.A., Development of a new hybrid technique for estimating of relative uplift force in gravity dams based on whale optimization algorithm, Journal of Hydraulic Structures, 9(1) (2023) 43-62.
[14] B. Nourani, Salmasi, F., Arvanaghi, H., Abraham, J., Development of Explicit Formulas for  Estimating Seepage Characteristics Underneath Aprons with Equal and Unequal Double Vertical End Piles, International Journal of Geomechanics, 22(12) (2023) 04022237.
[15] A. Taheri Aghdam, Salmasi, F., Abraham, J., Arvanaghi, H. , Effect of drain pipes on uplift force and exit hydraulic gradient and the design of gravity dams using the finite element method, Geotechnical and Geological Engineering 5(2021).
[16] F. Salmasi, Nourani, B., Abraham, J., Norouzi R., Numerical investigation of relief well performance for decreasing uplift pressure under embankment dams, International Journal of Environmental Science and Technology, 18 (2021) 2819–2830.
[17] M.T. Van Genuchten, A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils, Soil Science Society of America Journal 44(5) (1980) 892-898.
[18] J.L. Sherard, arth and earth-rock dams, 3rd edition ed., John Wiley and Sons, New York., 1967.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 57، شماره 5
1404
صفحه 717-740

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار