نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

تحلیل عددی پایداری شیروانی‌های سد خاکی همگن گلستان در شرایط مختلف مخزن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
عبدالرضا ظهیری 1
شعبان رسولی 2
مهدی مفتاح 3
فرزین سلماسی 4
1 عضو هیئت علمی گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
2 گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران
3 گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
4 گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز
چکیده
اگرچه اندازه‌گیری روزانه فشار آب منفذی در نقاط مختلف سد خاکی، یکی از راهکارهای ارزیابی پایداری شیب‌ها و شیروانی‌ها در مراحل ساخت و بهره‌برداری است، اما برای افزایش دقت تحلیل‌ها به‌ویژه در حالت وقوع پدیده‌های هیدرولوژیکی حدی باید رفتار سد مدل‌سازی ‌شود. مدل‌سازی رفتار سدهای خاکی به دو صورت عددی (فرایندمحور) و یادگیری ماشین (داده‌محور) قابل انجام است. در این تحقیق، وضعیت پایداری شیروانی‌های سد خاکی همگن گلستان در شرایط مهم و بحرانی مانند تراوش دائمی، انتهای ساخت و افت سریع آب مخزن و در سه حالت مخزن پر، مخزن نیمه‌‌پر و مخزن خالی به‌کمک نرم‌افزار GeoStudio مدل‌سازی شده است. تحلیل‌های انجام گرفته بر مبنای روش تعادل حدی اسپنسر می‌باشد. همچنین تحلیل لرزه‌ای این سد به روش شبه‌استاتیک و در ترکیب با شرایط ترواش دائمی و انتهای ساخت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که در حالت مخزن پر و در شرایط تراوش دائمی، انتهای ساخت و افت سریع آب مخزن، حداقل ضریب اطمینان به‌دست آمده از محاسبات به‌ترتیب 5/1، 32/1 و 62/1 می‌باشند که همگی برابر یا بزرگتر از ضریب اطمینان مجاز می‌باشند. تحلیل اثر زمین‌لرزه به روش شبه‌استاتیک نشان داد که کمینه ضرایب اطمینان شیروانی‌های سد گلستان در دو حالت افت سریع تراز سطح آب مخزن و انتهای ساخت به‌ترتیب 46/1 و 35/1 می‌باشند. این نتایج نشان می‌دهد که تقریباً در هر دو این حالت‌ها، پایداری شیروانی‌های این سد با حاشیه ایمنی یا اطمینان بسیار کمی همراه است.
کلیدواژه‌ها
پایداری شیروانی
تخلیه سریع مخزن سد
سدهای خاکی همگن
سد گلستان
نرم‌افزار GeoStudio

عنوان مقاله English

Numerical analysis of slope stability of the Golestan homogenous earth dam in different reservoir conditions

نویسندگان English

Abdolreza Zahiri 1
Shaban Rasooli 2
Mahdi Meftah 3
Farzin Salmasi 4
1 Department of Water Science and Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
2 Water Engineering Dept., Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
3 Water Engineering Dept., Gorgan University of Agricultural Sceinces and Natural Resources
4 Water Engineering Dept., Tabriz University, Tabriz
چکیده English

Although daily measurement of pore water pressure at different points of an earthen dam is one of the methods for assessing the stability of slopes during construction and operation stages, the behavior of the dam must be modeled to increase the accuracy of the analysis, especially in the event of extreme hydrological phenomena. This modeling can be done in two ways: numerically (process-based) and machine learning (data-driven). In this study, the stability of the slopes of the Golestan homogeneous earthen dam under critical conditions such as steady seepage, end of construction, and rapid drawdown of the reservoir, and in three cases of full reservoir, half-full reservoir, and empty reservoir, has been modeled using GeoStudio software. The analyses performed are based on Spencer method, one the limit equilibrium methods. Also, the seismic analysis of this dam was investigated using the pseudo-static method in combination with steady seepage and the end of construction conditions. The results showed that in the case of full reservoir and in conditions of steady seepage, end of construction, and rapid drawdown of reservoir, the minimum safety factors obtained from calculations are 1.5, 1.32, and 1.62, respectively, which are all equal to or greater than the critical safety factor. Pseudo-static earthquake analysis showed that the minimum safety coefficients of the slopes of the Golestan Dam in two cases of rapid drawdown of the reservoir and at the end of construction are 1.46 and 1.35, respectively. These results indicate that in almost both of these cases, the stability of the slopes of this dam is accompanied by a very small safety margin or confidence.

کلیدواژه‌ها English

GeoStudio
Golestan dam
Homogeneous earth dams
Rapid drawdown of the reservoir
Slope stability
اسدیان، ح.، رحیمی، ا.،  غفوری، م. و بشیرگنبدی، م. 1394. رفتارنگاری سد دوستی تا انتهای ساخت به­کمک داده­های ابزار دقیق و تحلیل­های عددی. نشریه علوم زمین، 98: 222-213.
حکیمی خانسر، ح.، گلمایی، س.ح. و شیداییان، م. 1394. بررسی پایداری شیروانی در حالت استاتیکی و شبه­استاتیکی در بدنه سد خاکی با استفاده از نرم­افزارهای GeoStudio وPlaxis  (مطالعه موردی: سد کبودوال). دو فصلنامه تخصصی علوم و مهندسی آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز. (11)5: 89-75.
دقیق، ح.، حسن­پور درویشی، ح. و موسوی جهرمی، س.ح. 1394. آنالیز ضریب اطمینان پایداری سدهای خاکی نسبت به زمان. نشریه حفاظت منابع آب و خاک. (2)5: 27-15.
رحیمی، ح. 1393. سدهای خاکی. انتشارات دانشگاه تهران، 676 ص.
رسولی، ش.، ظهیری، ع.، مفتاح هلقی، م. و سلماسی، ف. 1404. بررسی و ارزیابی پارامترهای نشست، جابجایی و فشار حاصل از داده‌های ابزار دقیق (مطالعه موردی: سد خاکی گلستان). فناوری­های پیشرفته در بهره­وری آب. doi: 10.22126/atwe.2025.12129.1166
سلماسی، ف. و  حکیمی خانسر، ح. 1399. شبیه­سازی رفتار سد کبودوال در زمان ساخت با مدل­سازی عددی سه­بعدی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر. (9)53: 3984-3967.
سلماسی، ف.،  حکیمی خانسر، ح.، و  نورانی، ب. 1397. بررسی نشست بدنه سد خاکی در دوران ساخت و مقایسه آن با نتایج تحلیلی با استفاده از نرم­افزار PLAXIS (مطالعه موردی: سد کبودوال). نشریه علوم آب و خاک. (4)22: 171-155.
شرکت آب منطقه­ای گلستان. 1380. گزارش رفتارنگاری سد گلستان در مراحل ساخت و بهره­برداری. شرکت مهندسین مشاور تهران- برکلی.
شمس، ش.، و حقایق، ع. 1395. تحلیل عددی تغییرات تنش و فشار آب حفره­ای در سد خاکی با رویه نفوذناپذیر و مقایسه آن با نتایج ابزار دقیق سد خاکی چیتگر. سومین کنفرانس بین­المللی پژوهش­های کاربردی در مهندسی عمران، معماری و مدیریت شهری، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران.
صادقی، م.، و اصلانی، م. 1389. تحلیل استاتیکی و دینامیکی سدهای سنگریزه­ای با هسته بتن آسفالتی. هشتمین کنگره بین­المللی مهندسی عمران، شیراز، دانشگاه شیراز.
عالی­محمدی پیرانشاهی، س.، شاه­کرمی، ن. و اسدی، ح. 1400. تحلیل تراوش در شرایط افزایش ظرفیت مخزن با بالا بردن تراز سرریز (مطالعه موردی: سد خاکی کمال صالح). نشریه مهندسی عمران امیرکبیر. (9)53: 3932-3913.
فتاحیان، م.، یوسف­زاده، م. و کوه­زادیان، ی. 1395. تحلیل ­پی و بدنه سدهای خاکی در حالت استاتیکی و شبه­استاتیکی با استفاده از مدل­های عددی. فصلنامه علمی تخصصی مهندسی و مدیریت ساخت. (2)1: 14-11.
قره، س.، اخلاقی، ف. و نوروززاده، ر . 1398. بررسی رفتار سد خاکی چهچهه با استفاده از نتایج رفتارسنجی و تحلیل برگشتی. مجله مدل­سازی در مهندسی. (59)17: 24-11.
مرادی، س.، اسماعیلی، ک. و جبلی، ز. 1395. بررسی فشار آب منفذی در بدنه سد خاکی در مراحل ساخت به وسیله نرم­افزار Plaxis  (مطالعه موردی: سد دامغان). دومین کنفرانس بین­المللی دستاوردهای پژوهشی در عمران معماری و مدیریت شهری، تهران.
معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی رییس­جمهور. 1392. راهنمای تحلیل و طراحی لرزه­ای سدهای خاکی و سنگریز. نشریه 624، امور نظام فنی.
یحیایی­نیا، ا. 1399. آنالیز پایداری سد خاکی بر اساس تحلیل عددی و نتایج ابزار دقیق (مطالعه موردی سد دامغان). پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه­های آبی، دانشگاه صنعتی شاهرود.
Beiranvand, B. and Komasi, M. 2021. An investigation on dam settlement during and end of construction using instrumentation data and numerical analysis. SN Applied Sciences. 3:306.
Desideri, A., Fontanella, E. and Pagano, L., 2013. Pore water pressure distribution for use in stability analyses of earth dams. Landslide Sci. Pract. Risk Ass. Manag. Mitig. 6: 149-153, https://doi.org/10.1007/978-3-642-31319-6_21.
El Bilali, A., Mohammed, M., Taleb, A., Nafii, A., Alabjah, B., Brouzyine, Y., Mazigh, N., Teznine, Kh. and Mhamed. M. 2021. Predicting daily pore water pressure in embankment dam using machine learning models and hydrostatic seasonal time approach. Environmental Science and Pollution Research. 29: 382-397.
Elfeki, A.M.M., Kamis, A.S., Al-Amri, N.S. and Bahrawi, J.A. 2014. On The hydraulic design of dam outlets in arid zones. Life Science Journal. 11(7): 254-260.
Javanmardi, M., Amiri, F. and Safavi, M. 2019. Instrumentation readings versus numerical analysis of Taham Dam. Int. J. Engineering. 32(1): 28-35. 
Komasi, M. and Beiranvand, B. 2021. Seepage and stability analysis of the Eyvashan earth dam under drawdown conditions. Civil Engineering Infrastructures Journal. 54(2): 205-223.
Pagano, L., Fontanella, E., Sica, S. and Desideri, A., 2010. Pore water pressure measurements in the interpretation of the hydraulic behaviour of two earth dams. Soils Found. 50: 295-650, https://doi.org/10.3208/sandf.50.295.
Panthulu, T.V., Krishnaiah, C. and Shirke, J.M., 2001. Detection of seepage paths in earth dams using self-potential and electrical resistivity methods. Engineering Geology. 59: 281-295.
Rashidi, M. and Haeri, M. 2017. Evaluation of behaviors of earth and rock fill dams during construction and initial impounding using instrumentation data and numerical modeling. J. Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 9(4): 709-725.
Seyed-Kolbadi, S.M., Hariri-Ardebili, M.A., Mirtaheri, M. and Pourkamali-Anaraki, F. 2020. Instrumented health monitoring of an earth dam. Infrastructures. 5(3), 26.
Undayani, C.S., Partono, W., and Wardani, S.P.R. 2019. Displacement analysis of dam based on material parameters using numerical simulation and monitoring instrumentation. International Conference on Sustainable Civil Engineering Structures and Construction Materials, MATEC Web of Conferences, Yogyakarta, Indonesia.
US Army Corps of Engineers (USACE). 1995. Instrumentation of embankment dams and levees engineering and design. Washington DC.
Zienkiewicz, O.C., Clough, R.W., and Seed, H.B. 1986. Earthquake analysis procedures for dams, state of the art. ICOLD/CIGB Bulletin No. 52, Int. Commission on Large Dams, Paris.