مقايسه روش هاي عددي و تحليلي در تحليل ديناميكي سدهاي خاكي (مطالعه موردي: سد خاكي بالارود)

A Comparison of Numerical and Analytical Methods in Dynamic Analysis of Embankment Dams (Case Study Balarud Embankment dam)

با توجه به توسعة مدل­هاي رفتاري و روش ­هاي عددي پيشرفته و دقت آنها، مقايسه اي بين نتايج روش­ هاي تحليلي و عددي تحليل ديناميكي سدهاي خاكي ضروري به­نظر مي رسد. ابتدا نتايج روش­هاي سيد – مكديسي، سارما و سارما – آمبراسيس براي يك مدل همگن با نتايج تحليل ديناميكي تركيب QUAKE/W و SLOPE/W در دو حالت الاستيك خطي و معادل خطي مقايسه شده است. همچنين برنامه خاصي براي محاسبه تغيير شكل­ ها بر اساس روش انتگرالگيري دوگانه نيومارك نوشته شد. بررسي­ها نشان داد كه به ­دليل استفاده از مدل رفتاري خطي، كه با رفتار خاك تفاوت داشته، شتاب بحراني پيش ­بيني شده در روش­هاي تحليلي، با واقعيت تفاوت داشته و منجر به طرح دست بالا مي­گردد. با دقيق­ تر شدن مدل رفتاري جواب­ ها دقيق­ تر مي­شود.در سد همگن شكل گوه‌ها و شتاب بحراني آنها با روش­هاي تحليلي متفاوت است.(45% شتاب ثقل براي روش آمبراسيس- سارما در مقابل 26% براي روش خطي براي گوه اي به عمق 6/0 ارتفاع سد). لذا بايد از روش‌هاي عددي با مدل‌هاي رفتاري دقيق‌تر استفاده گردد. در روش توسعه داده شده پس از محاسبه شتاب­ ها با روش اجزاء محدود و مدل­ هاي رفتاري نوين، متوسط شتاب گوه انتخابي انتگرالگيري شده تا جابجايي آن محاسبه گردد. ديده شد كه روش­هاي رايج دست بالا هستند. همچنين شكل گوه غيرواقعي بوده و از هسته رد ميشود. در حاليكه گوه­هاي بحراني از پوسته پايين دست مي گذرند. جابجايي هاي ماندگار براي گوه اي با عمق 6/0 ارتفاع سد در روش توسعه داده شده 3 سانتيمتر و در روش سارما صفر به­دست آمد. سد خاكي بالارود با روش جديد تحليل شد.

Due to accuray of numerical methods and constitutive equations, a comparison of these methods with the classical methods of dynamic analysis of earthfill dams seems necessary. The results of Seed-Makdisi, Sarma and Ambrasys-Sarma analysis of a homogenous dam are compared with those of Quake/W and Slope/W softwares. A code is developed for calculating permanent displacements based on Newmark double integration method. The results of linear and equivalent linear models show that, due to unrealistic linear assumption of the behaviour of the material, the calculated accelerations are high and the analytical methods are overdesign. This is due to realistic constitutive models. Also, in homogenous dam, as the assumed critical wedge in analytical methods is different from that calculated in numerical analyses, the critical acceleration estimated is different too (0.45g in Ambrasys-Sarma method compared to 0.26g in equivalent linear model for a wedge of 0.6h depth). This shows that realistic models must be utilized. In the developed code first the average aceleration of assumed wedge is calculated using acceleration calculated with finite element codes utilizing modern constitutive models and consequently the permanent displacements are calculated. The results show that the current methods are overestimating. Also, the assumed critical wedges are unrealestic and pass through the dam core. While the critical wedges pass through downstream shell. The permanent displacement of a wedge with 0.6h depth is estimated to be 3 cm compared to zero in Sarma method. The developed code was used for dynamic analysis of Balarud earthfill dams.