SUPERVISOR
Mahmood Vafaian,Behrooz Koosha
محمود وفائیان (استاد راهنما) بهروز کوشا (استاد راهنما)
STUDENT
Sajede Davari
ساجده داوری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Predicting the Behavior of Certain Earth Dams by Means of Finite Element Method and Evaluating its Accuracyby Comparing the Results with the Monitoring Outputs(Case Studies: Sattarkhan Dam and Sabalan Dam)
The safety of large man-made structures, the environmental conservation and the expansion of associated mitigating measures in the case of natural disasters, require a good understanding of the causes and the mechanism of the structural behavior process. Given that the environment of the soil and rock, are formed as heterogeneous from three-phase solid, liquid and gas in determining the actual characteristics and performance in different circumstances, there are many difficulties and ambiguities. Thus several tools for measurement of deformation and stress values in the structure seems quite necessary to record the behavior of geotechnical structures in various stages of construction and operation. Instrumentation is defined as a device that is installed in structure to measure a particular parameter. Using instrumentation data, earth dams are monitored and their safety is evaluated. Monitoring is Performance survey of a structure during construction and operation using instrumentation results. Although the tools are unique guides to provide the behavior of the dam body, however, if the logical software analysis can not confirm instrumentation results, the reason is defect of instrumentation system. In this thesis Sattarkhan and Sabalan dams were modeled using finite element method by Plaxis2D software. The performance of instrumentation was evaluated by software analysis. Back analysis was used to analyze the behavior of the dams. The numerical modeling was performed to the highest level of dams with assuming 2D plane-strain conditions. Construction of dams was modeled as layering in accordance with the timing of during construction. Behavior of dams during impounding was analyzed by reservoir water level changes. Analysis of Sattarkhan dam settlements showed good agreement between the instrumentation data and the software analysis. The settlement gauges are functioning properly. In addition, the settlement process during the operation proves that the dam becomes more stable over the time. Checking of Sabalan dam settlement during construction and operation indicated that the settlement gauges have reasonable performance. Meanwhile the software analysis predicted that Sabalan dam during operation moves towards sustainability. Analysis of pore water pressure in Sabalan dam during construction showed that dam consolidation during construction was not completed and continues during the impounding. During impounding piezometeric level of upstream to middle section were most impressed reservoir water level changes. Points near the drainage system in downstream of the dam showed Piezometeric level decrease over time, that were demonstrator proper functioning of the drain. The total stress of the dam has an increasing trend during the construction and it was exposed to the changes of the reservoir water level during impounding. This effect was reduced from upstream to downstream. The arching of sabalan dam during construction was reasonable. The total stress and pore water pressure in some piezometers and cells pressure do not seem logical. The comparison of these instrumentation data with the software analysis indicated some differences, so they need to be checked. Key Words earth dam, instrumentation, monitoring, finite element, Plaxis2D, analysis
ایمنی سازههای بزرگ ساخته دست بشر، حفاظت محیط زیست و توسعه اقدامات مرتبط با کاهش بلاهای طبیعی نیاز به درک درستی از عملکرد رفتاری آن سازهها دارد. با توجه به اینکه محیط های خاکی و سنگی از سه فاز جامد، مایع و گاز به صورت غیرهمگن تشکیل شده اند، در تعیین خصوصیات واقعی و نحوه عملکرد آنها در شرایط مختلف، دشواری ها و ابهامات زیادی وجود دارد. بنابراین در خصوص رفتار سازه های ژئوتکنیکی در مراحل مختلف ساخت و بهره برداری، وجود ابزارهای مختلفی جهت تعیین مقادیر تغییر شکلها و تنشها در نقاط مختلف سازه، کاملاً لازم به نظر می رسد. ابزاربندی عبارت است از نصب یک وسیله در سازه برای اندازه گیری یک پارامتر خاص. با استفاده از داده های ابزاربندی، سدهای خاکی رفتارنگاری شده و ایمنی آن ها ارزیابی می شود. رفتارنگاری عبارت است از بررسی عملکرد یک سازه در طی زمان های مختلف با استفاده از نتایج ابزاربندی دقیق. اگرچه داده ابزارها میتواند راهنمای منحصر به فردی برای رفتار بدنه سد باشد، در عین حال در صورتی که تحلیل های منطقی نرم افزار نتواند نتایج ابزاربندی را ارائه دهد، باید دلیلی بر نقص سیستم ابزاربندی دانست. در این پایان نامه سدهای خاکی ستارخان و سبلان به روش اجزا محدود توسط نرم افزار Plaxis2D مدل سازی شد و عملکرد ابزار دقیق با تحلیل های نرم افزاری مورد بررسی قرار گرفت. برای تحلیل رفتار این سدها از آنالیز برگشتی استفاده شد. تحلیل ها به صورت دوبعدی و در شرایط کرنش مسطح برای مرتفع ترین مقطع سدها صورت گرفت. ساخت سدها به صورت لایه ای و مطابق با زمانبندی دوران ساخت مدل شد. در دوران آبگیری نیز رفتار سدها مطابق با تغییرات تراز آب مخزن تحلیل شد.تحلیل نشست های سد ستارخان نشان داد که داده های ابزاربندی و تحلیل های نرم افزاری همخوانی خوبی با هم دارند و نشست سنج های بدنه سد عملکرد درستی داشته اند. علاوه بر این روند نشست های آن در دوران بهره برداری حاکی از به پایداری رسیدن سد ستارخان بود. بررسی نشست های سد سبلان در دوران ساخت و بهره برداری نشان داد که انحراف سنج های سد سبلان عملکرد مناسبی داشته اند و تحلیل های نرم افزاری پیش بینی کرد که سد سبلان در مدت بهره برداری به سمت پایداری پیش می رود. تحلیل فشارهای آب حفره ای سد سبلان نشان داد که در زمان ساخت سد تحکیم کامل نشده و در دوران آبگیری نیز ادامه دارد. در دوران آبگیری تراز پیزومتریک نقاط بالادست سد به سمت میانه آن بیشتر تحت تا?ثیر تغییرات تراز آب مخزن قرار گرفتند. نقاط نزدیک زهکش در پایین دست با گذشت زمان تراز پیزومتریک کاهشی از خود نشان دادند که نشان دهنده عملکرد مناسب زهکش سد بود. روند تنش های کل این سد در دوران ساخت به صورت صعودی بود و در دوران آبگیری تنش های کل بدنه سد تحت تا?ثیر تغییرات تراز آب مخزن قرار گرفتند. این تاثیر از بالادست به سمت پایین دست کم می شد. پدیده قوس شدگی سد سبلان در زمان ساخت منطقی بود. مقدار فشار آب حفره ای و تنش کل در محل بعضی از پیزومترها و سلول های تنش سنج منطقی به نظر نمی رسید. مقایسه داده این ابزار با نتایج نرم افزاری نشان داد که در این ابزار احتمال خرابی وجود دارد و نیاز است که مورد بررسی قرار گیرند. کلمات کلیدی: سد خاکی، ابزاربندی، رفتارنگاری، اجزا محدود، ، Plaxis2D، تحلیل