بررسي تاثير ويژگي‌هاي هيدروديناميكي غيراشباع بر ميزان تراوش و پايداري شيب بالادست سد خاكي همگن در اثر تخليه سريع مخزن

Dynamic Properties of Seepage and Stability on Upstream Slope of an Unsaturated Homogeneous Earth Dam Subjected to Rapid Drawdown

تحليل تراوش از بدنه سدهاي خاكي، علاوه بر تعيين مقدار هدر رفت آب، در تحليل پايداري اين سازه‌ها نيز نقش بسيار اساسي و با اهميتي دارد. در اين پژوهش، تاثير خصوصيات هيدروليكي مصالح و همچنين نسبت و شدت تخليه آب در معيارها و پارامترهاي طراحي سد، شامل موقعيت و شكل منحني فرياتيك، فشار آب حفره‌اي و پايداري شيب بالادست سد خاكي همگن در وضعيت تخليه سريع مخزن بررسي شده است. بدين منظور، تحليل‌هاي تراوش و پايداري با نرم‌افزار Geostudio، زير برنامه‌هاي seep/w و slope/w (به ترتيب مبتني بر روش‌هاي المان محدود و تعادل حدي) با انتخاب جنس مصالح سد از پايگاه داده خاك‌هاي غير اشباع انجام گرديد. مدل سازي‌هاي مورد نظر در دو حالت پايدار و گذرا و با اعمال چهار شدت تخليه متفاوت اجرا شد. نتايج اين پژوهش نشان مي‌دهد كه به دليل نبود اختلاف معني‌دار در ضرايب اطمينان حاصل، اعمال ضريب نفوذپذيري ثابت يا متغير تاثيري بر پايداري شيب پايين‌دست سد خاكي همگن در تحليل وضعيت پايدار ندارد و در اين حالت، منحني فرياتيك مستقل از ضريب نفوذپذيري عمل مي‌كند. بررسي نتايج مدل عددي حاكي از تاثير قابل توجه منحني مشخصه رطوبتي و تغييرات شيب (mw) اين تابع در شدت تخليه و پس از آن فشار آب حفره‌اي و مقاومت برشي ناشي از اعمال مكش توسط اين منحني است. به طوري كه با كاهش آن و نزديك شدن به حالت ثابت، روند ضرايب اطمينان و موقعيت حالات بحراني نيز تغيير مي‌كند. علاوه بر آن، در صورت به كارگيري رطوبت ثابت (اشباع) در وضعيت تخليه سريع مخزن، حالت بحراني رويه بالادست در شرايط مخزن نيمه‌پر و در شرايط تخليه تراز آب مخزن اتفاق مي‌افتد. با كاهش رطوبت ناحيه غيراشباع و كمتر شدن قابليت زهكشي خاك، ضرايب اطمينان حالت بحراني در نزديكي تخليه كامل اتفاق مي‌افتد و به طور كمي در شرايطي است كه تراز آب مخزن تخليه شده باشد.

Analysis of seepage from an earth dam helps determine water loss and is very important for analysis of the stability of these structures. The present study examined the effect of material hydraulic properties and drawdown rate and ratio on the position and form of the phreatic line, pore water pressure and the stability of the shoulder of a homogeneous earth dam. For this purpose, the materials used in the homogeneous earth dam were selected from the unsaturated soil hydraulic database. Seepage and stability analysis were performed using the Geostudio sub-programs of seep/w and slope/w (based on the finite element and limit equilibrium methods, respectively). Seepage and stability analysis were performed in steady and transient states by applying four different drawdown rates. The results showed that the lack of significant differences in safety factors means that application of constant or function conductivity does not affect downstream slope stability of a homogeneous earth dam and the phreatic line was independent of conductivity. Results from the numerical model shows the noticeable impact of the soil water characteristic curve and slope (m_w) on the rate of drainage and subsequent pore water pressure and shear strength. The safety factors and critical states changed as the degree of saturation decreased or increased. With rapid drawdown of the reservoir at constant volumetric water content, the state of the upstream shoulder became critical when the drawdown ratio (L/H) reached about 0.5. As the water content of the unsaturated zone and the capacity of drainage decreased, stability reached the minimum FOS at a reservoir water level of about 2/3 of the total drawdown height.