شبيه سازي رفتار سد كبودوال در زمان ساخت با مدل‌سازي عددي سه بعدي

Simulation of behavior of the Kabudval Dam during construction with 3D numerical modeling

پيش‌بيني فشار آب حفره‌اي، نشست، تنش خاك و ضريب فشار آب حفره‌اي ( Ru) در بدنه سدهاي خاكي در زمان ساخت يكي از اقدامات ضروري در مديريت پايداري سدهاي خاكي است. بنابراين تخمين آن‌ها با روش‌هاي دقيق بسيار مهم است. چون رفتار سد خاكي غيرخطي است، بنابراين بايد از روش المان محدود و مدل‌هاي رفتاري مناسب استفاده نمود. در تحقيق حاضر كه به صورت مطالعه موردي است، شبيه‌سازي عددي به صورت سه بعدي با استفاده از نرم‌افزار پلاكسيس در سد كبودوال استان گلستان انجام گرفت و مقادير حاصل از شبيه‌سازي عددي با تحليل برگشتي با مقادير نظير داده‌هاي ابزار دقيق سد مقايسه شد و پارامترهاي واقعي مصالح به كار گرفته ‌شده در بدنه سد، با آناليز برگشتي به دست آمد. نتايج نشان داد كه مدل HS با شاخص‌هاي آماري ضريب تبيين ( R2)، ميانگين مربع خطاها (RMSE) و نيز ميانگين هندسي نسبت خطا (GMER ) در مقايسه با مدل رفتاري MC در بدنه سد دقت بيشتري دارد. نتايج مدل عددي واسنجي شده در پايان ساخت سد كبودوال، نشان داد كه بيشينه افزايش فشار آب حفره‌اي، تنش، نشست و جابجايي افقي در بخش مركزي اتفاق افتاده و مقدار آن در محور و بخش مياني سد بيشتر از طرفين آن است. قسمت مياني و نزديك به محور سد تغييرات مشابهي با روند بارگذاري بدنه سد دارد؛ در حالي‌ كه با دور شدن از محور سد به دليل انتقال تنش‌ها به صورت مايل (چرخش المان تنش) تأثيرپذيري كمتري از روند خاك‌ريزي دارند، همچنين در بخش مركزي تأثيرات ناشي از زهكشي مصالح فيلتر و زهكش حداقل است.

Accurate prediction of pore water pressure, settlement, soil stress and pore water pressure coefficient (Ru) in the body of earth dams during construction is one of the necessary measures in the management of earth dam stability. Because the behavior of the earth dams is nonlinear, it is necessary to use finite element methods and suitable soil behavior models. In the present study, which is a case study, a three-dimensional numerical simulation was performed using the Plaxis software for the Kabudval Dam located in Golestan province, Iran. The values obtained from the numerical simulation were compared with the corresponding measured values using the dam instruments. Calibration was carried out using the back analysis method (BAM) and some dam geotechnical parameters were corrected based on BAM. The results showed that the hardening soil (HS) model with the statistical indicators of R2, RMSE and GMER is more accurate compared with the Mohr-Coulomb (MC) model. The results of the numerical model were calibrated at the end of construction for Kabudval Dam and showed that the maximum increase in pore water pressure, stress, settlement and horizontal displacement occurs in the central part and its value in the axis and middle part of the dam is more than its sides. The middle part and close to the dam axis have similar changes with the filling process of the dam body, while with moving away from the dam axis due to the transfer of stresses to the sides, they have less impact from the dam filling process. In addition, in the central part, the effects of filter and drainage are low.