بررسي عددي عملكرد زهكش هاي پي در كاهش نيروي بالابرنده سدهاي بتني وزني

Numerical Investigation of Foundation Drains Performance in Decreasing Uplift Force of Concrete Gravity Dams

در طراحي پرده آب بند فرض بر اين است كه تراوش از پرده به صورت محدود صورت گيرد. براي كنترل اين آب ها زهكش هاي پي به موازات پرده آب بند در پايين دست آن ايجاد مي گردد. هدف از احداث زهكش هاي پي جمع آوري آب هاي نشتي از پرده آب بند و كاهش نيروي بالابرنده مي باشد. تعداد، فاصله و قطر اين زهكش ها نياز به قضاوت فني از خصوصيات سنگ داشته و عمق آن ها نيز تابعي از مشخصات پرده آب بند است. در اين تحقيق عملكرد زهكش در سدهاي بتني وزني در حالت پايدار به كمك روش اجزاء محدود و با استفاده از نرم افزار seep/w مورد بررسي قرار گرفت. از جمله عوامل موثر در بررسي اثرات زهكش ها قطر، فاصله مركز تا مركز از يكديگر و فاصله از پاشنه بالادست سد مي-باشد كه نقش به سزايي در مقدار نيروي بالابرنده و همچنين پايداري سد دارد. در اين مقاله پارامترهاي موثر در نيروي بالابرنده بررسي شد و در نتيجه معين گرديد كه افزايش قطر زهكش تاثير كمي نسبت به ساير پارامترها در كاهش نيروي بالابرنده دارد. به عبارت ديگر انتخاب قطر زهكش ها تابع ملاحظات اجرايي مي باشد. اما كاهش فاصله زهكش ها از هم و كاهش فاصله از بالادست تا يك حد معيني مي تواند نقش به سزايي در كاهش نيروي بالابرنده داشته باشد. با توجه به محدوده پارامترها، زهكش هايي با قطر 15 سانتي متري و فاصله 3 متري از هم بهترين عملكرد را از لحاظ كارآيي در كاهش نيروي بالابرنده به دست مي دهد. براي اعتبار سنجي، روش عددي به كار رفته در اين پژوهش با روش تحليلي ديگران نيز مقايسه گرديد و تطابق مناسبي مشاهده شد.

General assumption in designing cut off walls is that the seepage be held in a limited amount. In order to control the seepage, the foundation drains are located in parallel to cut off wall at downstream. The main aim of foundation drains construction is to collect seepage water and decrease uplift force. Numbers, distance, and diameters of these drains need technical judgment about characteristics of foundation stones. The depth of drains depends on cut off wall characteristics. In this study, the performance of drains in foundation of concrete gravity dam was investigated using finite element method (FEM) via Seep/w software. Among influential parameters in studying the drain effects, one might consider diameters, center to center distance, and distance of the drains from upstream of dam. In this paper effective parameters on uplift force were analyzed and it was found that increasing the drain diameter had lesser effect on decrease of the uplift force slightly compared to the other parameters. In the other words, selecting the best diameters depends on executive consideration. But decreasing the distance of drains and also their distance from upstream of dam would play an important role in decreasing the uplift force. Focusing to the simulated range of parameters, the drains with 15 centimeter diameter and distance of 3 meters had the optimum performance and the best operation in decreasing uplift force. For validation, the numerical method used in this research was compared with the other analytical methods and the proper agreement with them was observed.