ارزيابي رفتار سدهاي خاكي در برابر زلزله با توجه به ارتفاع سد و مدل رفتاري مصالح آن

Evaluation of Earth Dam Behavior against Earthquake with respect to Dam Height and Constitutive Model of Dam Materials

گرچه سابقه بررسي تاثير زلزله بر سدهاي خاكي به چند دهه قبل بر مي گردد ولي پيچيدگيهاي رفتاري اين گونه سازه هاي خاكي در شرايط مختلف هندسي و فيزيكي و نيز تفاوت ويژگيهاي زلزله ها موجب مي شود كه مطالعات دقيقتر با ابزار محاسباتي قويتر، نتايج جديد يا متفاوتي از وضعيت رفتاري بدنه سد را در مقابل زلزله نشان دهند. در مطالعه حاضر مدل رفتاري ساده الاستوپلاستيك مبتني بر معيار موهر- كولمب براي وضعيت پلاستيك شدگي خاك و نيز از قاعده ميرايي ريلي در محاسبات استفاده شده است. در اين مقاله، ابتدا صحت كاركرد مدلهاي عددي از طريق تحليل ديناميكي موردهاي واقعي مانند سدهاي خاكي لانگ ولي، سانتافله سيا و مقايسه نتايج محاسباتي با نتايج حاصل از اندازه گيريهاي واقعي و يا نتايج ارائه شده توسط ديگر محققان بررسي شده است. همچنين در مطالعه حاضر علاوه بر تحليل لرزه اي سدهاي خاكي و بررسي پايداري آنها، به شيوه شبه استاتيكي هم پايداري سدهاي خاكي بررسي شده است لذا به منظور اعتبار سنجي نتايج تحليلهاي شبه استاتيكي و كنترل نتايج نرم افزار در محاسبه ضريب اطمينان شبه استاتيك، سد كارسينگتون تحليل شده است. مقادير ضرايب اطمينان به دست آمده از مطالعه حاضر تطابق بسيار نزديكي با نتايج ارائه شده در گزارشهاي ديگر دارد. از طرفي رفتار گسيختگي حاصل از تحليل اين سد نيز توانايي دقيق نرم افزار را در مشخص كردن سطح گسيختگي نشان مي دهد. در بخش اصلي تحليلها، رفتار لرزه اي سدهاي خاكي با شرايط انتخابي متفاوت مورد مطالعه پارامتري قرار گرفته است و به ويژه تاثير ارتفاع سد بر رفتار لرزه اي و انتخاب اندازه بهينه عرض تاج سد بررسي شده است و نتايج اين تحليلها به-صورت نمودارهايي ارائه شده اند.

In spite of the fact that the effect of earthquake on earth dams has been widely studied during the past decades, the complicated behavior of such earth structures against different seismological characteristics is still unknown. Such ambiguities necessitate more accurate studies using more comprehensive computation tools to achieve new results describing the behavior of such structures subjected to earthquake loading. In the present study, the simple soil model of elastic, perfectly plastic (based on the Mohr-Coulomb criterion), and Rayleigh damping criterion have been adopted for the soil. First, the numerical model employed was verified by dynamic analysis of real cases such as “Long Valley” and “santa Felecia” earth dams. The computational results were then compared with real recorded data or with those reported by other researchers. In addition to evaluating seismic stability of earth dams, their seismic stability was verified using pseudo-static analyses. Therefore, the “Carsington” dam was analyzed to verify the results of pseudo-static analyses and to check the results of FLAC software in calculating the pseudo-static factor of safety. The values of calculated factors of safety in the present study are in good agreement with the published results in the literature. Furthermore, the failure behavior revealed in the analysis shows the ability of FLAC software in defining the failure surface. In the main part of the analyses, a parametric study was conducted for different selected conditions and specially the effect of dam height and the optimum size of crest width were investigated. The results are presented in relevant diagrams.