SUPERVISOR
Mohammad Alem bagheri,Farhad Behnamfar
محمد عالم باقری (استاد مشاور) فرهاد بهنام فر (استاد راهنما)
STUDENT
Hasan Mostafaei
حسن مصطفائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Investigation on seismic stability of arch dams with consideration of dam’s contact wedges and contraction joints
Investigation of the stability of arch dam abutments is one of the most important aspects in the analysis of this type of dams. To this end, the Bakhtiari dam, a doubly curved arch dam having six wedges at each of its abutments, is selected. The seismic safety of dam abutments is studied through time history analysis using the design-based earthquake (DBE) and maximum credible earthquake (MCE) hazard levels. Londe limit equilibrium method is used to calculate the stability of wedges in abutments. The thrust forces are obtained using ABAQUS, and stability of wedges is calculated using the code written within MATLAB. Effects of foundation flexibility, grout curtain performance, vertical component of earthquake, nonlinear behavior of materials, and geometrical nonlinearity on the safety factor of the abutments are scrutinized. The results show that the grout curtain performance is the main affecting factor on the stability of the abutments, while nonlinear behavior of the materials is the least affecting factor amongst others. Also, it is resulted that increasing number of the contraction joints can improve the seismic stability of dam. A cap is observed on the number of joints, above which the safety factor does not change incredibly. Moreover, the seismic stability of arch dam abutments is investigated within the framework of probabilistic method. The seismic safety of the dam abutments is studied with quasi-static analysis for different hazard levels using the Londe limit equilibrium method. As the finite element method is time-consuming, the neural network is used as an alternative for calculating the wedge safety factor. For training the neural network, 1000 random samples are generated and the dam response is calculated. The direction of applied acceleration is changed within 5-degree intervals to reveal the critical direction corresponding to minimum safety factor. The Latin Hypercube Sampling (LHS) is employed for sample generation, and the safety level is determined with the reliability analysis. Three sample numbers of 1000, 2000 and 4000 are used to examine the average and standard deviation of the results. The global sensitivity analysis is used to identify the effects of random variables on the abutment stability. It is shown that friction, cohesion and uplift pressure have most significant effects on the wedge stability variance. Aftrerwards, the seismic stability of the rock wedges in the foundation of the Bakhtiari arch dam is studied with limit state and finite element methods. The dam abutment seismic safety is analyzed by utilizing the time history analysis along with Londe method. Subsequently, the wedges that are close to critical state are identified. Afterwards, the joints of the critical wedges are analyzed via FEM and the damage propagation in the dam body is investigated. Moreover, the effects of the grout curtain efficiency and hazard level on the nonlinear behavior of the arch dam with integrated foundation and foundation with joints are studied. The results show that considering the joints in foundation has a significant effect on the dam behavior.
با توجه به تاریخچه شکست سدهای قوسی ناشی از ناپایداری گوههای تماسی و مجزا، مطالعه دقیق تکیهگاه سنگی اینگونه سدها امری حیاتی میباشد. این مطالعات میتواند با رویکرد مطالعه پایداری تکیهگاه در ساختگاه سدهای بتنی قوسی و تأثیر ناپایداری تکیهگاهها بر روی پاسخ سد صورت گیرد. از پارامترهای تأثیرگذار در پایداری تکیهگاه سنگی سدهای بتنی قوسی میتوان بهسختی نرمال و برشی، شیب و جهت ناپیوستگیها، مساحت صفحات تشکیلدهنده گوه و حجم آن اشاره کرد. ازاینرو در این پژوهش تلاش شده است با تغییر ارتفاع قرارگیری این درزهها، به بررسی پایداری لرزهای سدها پرداخته شود. بر این اساس، سد بتنی قوسی بختیاری با شش گوه در هر جناح سد انتخابشده است و یک مدل سهبعدی اجزا محدود بهمنظور شبیهسازی رفتار سد-دریاچه-فونداسیون توسعه دادهشده است. در این مدل اجزا محدود، فونداسیون بهصورت جرمدار با المانهای بینهایت مدل گردیده تا از بازگشت موج به مدل جلوگیری شود. در انتهای دریاچه شرط مرزی اعمالشده است تا موجهای دور شونده از سازه بهطور کامل جذبشده و هیچ موج بازگشتی از انتها اتفاق نیافتد. بهمنظور بررسی پایداری لرزهای سدهای قوسی با استفاده از روش حالت حدی لوند، نیروهای رانش قوس در حالتهای مختلف (تغییرات مدول الاستیسیتهی فونداسیون، در نظر گرفتن رفتار غیرخطی بتن و مدل کردن درزهای انقباض سد) محاسبهشده و اثر این متغیرها بر روی ضریب اطمینان گوه برای دو سطح خطر DBE و MCE و توزیعهای مختلف فشار برکنش با روش لوند سنجیده شده است. نتایج تحلیلها نشاندهنده اهمیت عملکرد پرده تزریق بر روی پایداری تکیهگاه سدهای قوسی میباشد. افزایش فشار برکنش منجر به کاهش ضریب اطمینان پایداری گوه به میزان 1/28? و 2/24? به ترتیب در سطوح خطر DBE و MCE میشود. همچنین بهمنظور بررسی قابلیت اعتماد، با انجام تحلیل عدم قطعیت به روش مونتکارلو، تأثیر پارامترهایی ازجمله چسبندگی، زاویه اصطکاک، فشار برکنش و ...بر روی پایداری سد موردبررسی قرارگرفته است. در ادامه با انجام تحلیل حساسیت، سهم هرکدام از پارامترها از عدم قطعیت در خروجیهای مدل تعیین شد. نتایج نشان میدهد محل قرارگیری صفحهی افقی تأثیر بسزایی بر روی احتمال فرا گذشت تابع عملکردی سد دارد. نتایج نشان میدهد حداکثر اختلاف بین مقادیر احتمال فرا گذشت تخمینی برای همه گوهها برای تابع عملکرد تعریفشده در سطح خطر DBE، 8/1 % است، درحالیکه این مقدار در سطح خطر MCE، 4/93 % است. در انتهای این پژوهش، گوههای بحرانی با استفاده از روش لوند در نرمافزار شناسایی میشوند. با در نظر گرفتن درزههای گوه در فونداسیون سد در مدل اجزا محدود آباکوس، به بررسی اثر فونداسیون درزهدار بر روی پاسخ سد شامل جابجایی و تنشها در بدنه سد پرداخته میشود. نتایج تحلیلها بیانگر این مطلب میباشد که مدلسازی درزهها باعث ایجاد آسیبهای کششی در بدنه سد میشود. همچنین با مدلسازی فونداسیون درزهدار جابجایی سد به سمت تکیهگاه تمایل دارد. همچنین با افزایش فشار برکنش بر روی صفحات ناپیوستگی منجر به ایجاد آسیبهای کششی زیادی در بدنه سد میشود که این آسیب میتواند منجر به ناپایداری سد گردد. واژههای کلیدی: تئوری لوند، گوههای تماسی، آباکوس، تحلیل تاریخچه زمانی، عدم قطعیت، تحلیل حساسیت، فونداسیون درزهدار، سد قوسی بختیاری.