تحليل عددي بهبود عملكرد مكانيسم شكست سد بتني مثلثي وزني با بكارگيري سد سيمانيته ذوزنقه اي CSG

Numerical Analysis of Improvement of the Failure Mechanism of the Concrete Dam with CSG dam

يكي از بزرگترين ريسك ها در سد سازي، بحث شكست سد است كه با توجه به اهميت خاص مكانيسم هيدروليكي شكست ناگهاني سدهاي بتني، با مطالعات دقيق و ايمني شكست سد در جايگاه خاصي قرار دارد كه احتمال وقوع خرابي و متحمل شدن هزينه هاي زياد به حداقل خواهد رسيد. درطراحي اين سدهاي وزني بتني مثلثي شكل مرسوم، با سطح بالادست، وزن فاكتور مهمي جهت برقراري ايمني در مقابل واژگوني ولغزش است كه مقاومت مصالح بدنه سد بجز مقاومت كششي آن در شرايط بارگذاري زلزله ، فاكتور مهمي نيست. از اين رو با كاهش تنش كششي مصالح با مقاومت كمتر و با در نظر گرفتن مقطع ذوزنقه از بهينه سازي اقتصادي بهره مند شد. نظر به اينكه پديده شكست سد از نظر هيدروليكي يك پديده بسيار ناپايدار بوده و بسيار حائز اهميت واقع شده كه تحليل آن نياز به شبيه سازي عددي دقيق مي باشد. در اين تحقيق بررسي مكانيسم تحليل پديده موج حاصل از شكست سدهاي ذوزنقه اي با مصالح سيمانيته و سدهاي بتني وزني و اثر همزمان ورود هيدروگراف سيل توام با اثر موج منفي حاصل از شكست بر روي دبي شكست از اهداف اين تحقيق بوده است. به منظور نيل به هدف ، تحليل تبعات پديده شكست سدهاي ذوزنقه اي و سدهاي وزني متداول توسط روش تحليلي و رويكردهاي عددي (حجم محدود سيالات اولري و اجزاء محدود جامدات الاستيك) با در نظر گرفتن عملكرد كوپله روش اجزاي محدود و حجم محدود مبني بر مدلسازي حقيقي ميدان جريان مخزن مورد مطالعه قرار گرفت. در اين راستا با گسترش رويكرد جديد از تحليل رفتار شكست سد و كوتاه بودن زمان انهدام، تأثير موج منفي بر روي دبي شكست تحليل گرديد كه پارامترهاي هيدروليكي، شكست سد و رفتار ديناميكي ناشي از عملكرد پاسخ نيروهاي هيدروديناميكي مخزن ارزيابي شده است. با توجه به اينكه عوامل چشمگير شكست سدهاي وزني لغزش سد ، واژگوني و تخريب پي مي باشد، نتايج نشاندهنده اين است كه عملكرد مكانيسم هندسي سدهاي انعطاف پذير ذوزنقه اي CSG با رويكرد رفتاري الاستو پلاستيك ضمن برآوردن اهداف بهبود تأمين پايداري، معيار گسيختگي رفتاري، ظرايب ايمني و تنش كششي كمينه، احتمال وقوع پديده شكست سازه اي به حداقل رسيده است. همچنين تحليل پديده شكست هيدروليكي اين نوع سد حاكي از تأخير در زمان انهدام و كاهش دبي شكست نسبت به سدهاي بتني وزني متداول بوده است كه خسارت‌هاي ناشي از شكست احتمالي اين سدها به حداقل ممكن برسد.

One of the biggest risks in damming is the failure of the dam which, due to the special importance of the hydraulic mechanism, the sudden collapse of concrete dams, with precise studies and safety of dam failure, is in a special position where the probability of failure and the high costs incurred to the minimum will receive. In designing these conventional triangular triangular weights, with an upstream level, weight is an important factor in ensuring safety against overturning of the rolling stock. The strength of the body of the dam, other than its tensile strength under earthquake loading conditions, is not an important factor. Therefore, with decreasing tensile stress, the materials with less resistance and having a trapezoidal section benefited from economic optimization. Due to the fact that the dam failure phenomenon is a highly unstable phenomenon, its analysis requires accurate numerical simulation. In this research, the mechanism of wave phenomenon analysis due to the failure of trapezoidal dams with cementitious materials and concrete concrete weights and the simultaneous effect of flood hydrograph entry with negative wave effect due to failure on the discharge flux were the objectives of this study. In order to achieve the goal, the analysis of the consequences of the phenomenon of trapezoidal dams and standard weights damping by analytical method and numerical approaches (limited volume of ulritic fluids and finite elemental solids), taking into account the yield of a coupling of finite element and finite volume based on real modeling The reservoir flow field was studied. In this regard, with the development of a new approach to analyzing the failure behavior of the dam and the short duration of destruction, the effect of the negative wave on the discharge rate was analyzed. Hydraulic parameters, dam failure and dynamic behavior due to the response of the hydrodynamic forces response of the reservoir were evaluated. The results show that the geometric mechanism of the CSG trapezoidal flexible dams with the elasto plastic behavior approach, while meeting the objectives of sustainability improvement, the criterion of behavioral failure, the behavioral properties of the dams, the dam failure, reversal and destruction. Safety and tensile stress are minimized, the probability of occurrence of structural failure is minimized. Also, the analysis of the hydraulic failure phenomenon of this dam showed a delay in the time of destruction and reduction of failure rate compared to conventional weighted concrete dams, in order to minimize the damage caused by the possible failure of these dams.