تئوری پدیده تراوش در مهندسی عمران و سدسازی

پدیده تراوش

2-1- تئوری پدیده تراوش…..

2-1-1- مقدمه.

2-1-2- جریان در محیط‌های متخلخل…

2-1-3- تراوش حالت پایدار ایزوتروپیک ناهمگن…

2-1-4- تراوش حالت پایدار، غیر ایزوتروپیک و ناهمگن…

2-1-5- جریان یک بعدی…

2-1-6- قانون دارسي در خاک‌های غيراشباع..

2-1-7- ضريب نفوذپذيري خاک‌های غيراشباع..

2-1-8- شرایط مرزی در مسائل آنالیز تراوش….

مرز نفوذپذیر.

2-1-8-1- ورودی‌ها و خروجی‌ها

2-1-8-2- سطح تراوش

2-1-8-3- خط تراوش….

2-2- آمار سدسازی در کشورهای مختلف…..

2-2-1- خرابی سدها

2-2-2- آمار خرابی سدها

2-2-3- آمار دلایل مختلف خرابی سدها

2-2-4- علل افزایش تراوش….

2-2-5- حجم مجاز و قابل قبول تراوش….

2-2-6- عواقب سوء تراوش

2-3- مظالعات اخیر در زمینه تراوش…..

2-3-1- مطالعه اِرسایین(2006(

2-3-2- مطالعه می آ او و همکاران(2012).

2-3-3- مطالعه نورانی و همکاران(2012).

2-3-4- مطالعه پورکریمی و همکاران(2013).

2-3-5- مطالعه کمان­به­دست و دلواری(2013).

منابع

• شرایط مرزی در مسائل آنالیز تراوش

خاک اشباعی که برای آنالیز در نظر گرفته می‌شود باید توسط مرزها، نفوذپذیری خاک و هد­های فشار آب تعریف شود. در این بخش انواع شرایط مرزی بررسی می‌شود.

طبیعت و موقعیت شرایط مرزی توسط فرضیاتی بر پایه قضاوت مهندسی و شرایط در نظر گرفته شده برای طراحی، تعیین می‌گردند. به طور معمول به منظور تعیین مرزها فرضیات ساده سازی نیاز می‌باشد که آنالیز را امکان پذیر می‌سازند. به طور کلی مسائل آنالیز تراوش مرتبط با سد شامل چهار نوع شرایط مرزی می‌باشد. مثال‌هایی از چهار نوع کلی شرایط مرزی در شکل (2-9) نشان داده شده است [4] (US Army corps of engineers, 1986).

مرز نفوذپذیر

حد فاصل بین توده خاک اشباع و مصالحی از قبیل خاک با نفوذپذیری بسیار کم یا بتن به عنوان شرایط مرزی نفوذناپذیر تلقی می­گردند. فرض می‌گردد که هیچ جریانی از حدفاصل مرز نفوذناپذیر عبور نمی­کند.

در شکل (2-9) خط AB و خط 1-8 مرزهای نفوذناپذیرند.

• سطح تراوش

توده خاک متخلخل اشباع ممکن است که یک مرز روباز در اتمسفر داشته باشد و بتواند از میان این مرز فرار کند خط GE در شکل (2-9-b) فشار در میان این خطوط اتمسفریک است. سطح تراوش ممکن است وجه تراوش نیز نامیده شود.

• خط تراوش

خط تراوش با عنوان سطح آزاد نیز معروف است. این مرز در میان خاک متخلخلی قرار گرفته است که آب در فشار اتمسفریک می‌باشند (خط DG در شکل 2-9-b).

در اثر نیروهای موئینگی، ناحیه اشباع خاک متخلخل به طور آرام بالای خط تراوش توسعه می‌یابد. اما ناحیه موئینگی تأثیر فوق‌العاده‌ای در آنالیز تراوش دارد. از آنجائیکه اولین شرایط مرزی (دو مرز) به طور معمول توسط مرزهای هندسی توده خاک متخلخل اشباع تعریف می‌شوند؛ لذا تا زمانی که توزیع جریان در خاک مشخص نشده باشد خط جریان مشخص نمی‌شود.

برای یک مرز نفوذناپذیر فرض بر این است که هیچ جریانی در میان خطوط تراوش قرار نمی‌گیرد. بنابراین جریان در خاک متخلخل به سمت این مرز، موازی مرز می‌باشد  [4] (US Army corps of engineers, 1986).

• آمار سدسازی در کشورهای مختلف

یکی از شاخصه­های توسعه اقتصادی در یک کشور وضعیت مهار آب‌های سطحی و توسعه سدسازی است. آمار ساخت سد به نسبت وسعت کشور و وضعیت آب‌های سطحی در کشورهای پیشرفته نسبت به کشورهای دیگر مؤید همین موضوع است (اشکال 2-10 تا 2-13). با نگاهی به شکل (2-13) مشخص می­شود که کشور ایران در سال­های اخیر به پیشرفت­های قابل توجهی در این زمینه رسیده است. نکته حائز اهمیت در این شکل، کثرت بلامنازع سدهای خاکی نسبت به سایر انواع سد است و در این میان درصد بالای سدهای خاکی با هسته رسی نسبت به سدهای خاکی همگن می­باشد]5[ (ICOLD).

• حجم مجاز و قابل قبول تراوش

به نظر اغلب مهندسین اگر میزان نشت در هنگام پر بودن مخزن کمتر از ۰۳/۰ متر مکعب در ثانیه باشد کنترل تراوش به صورت مطلوب انجام شده است. اما نمی­توان به این صورت کلی در مورد تراوش قضاوت نمود. موارد متعددی (نظیر سد راند بیوت با میزان تراوش بیش از ۳/۲ متر مکعب در ثانیه) وجود دارد که میزان تراوش بیش از مقدار فوق گزارش شده بدون آنکه مشکلی در سد حادث شود. اما توصیه­های زیر در این باب می­تواند موثر باشد:

• نشت بیش از ۰۶/۰ متر مکعب در ثانیه در سدهای با هسته نازک قابل قبول نیست و احتمالاً منجر به رگاب خواهد شد.
• در سدهای سنگریزه­ای با رویه غشایی حجم تراوش بالا معمولاً مشکلاتی را باعث نمی­شود (تا حدود 14 متر مکعب در ثانیه)
• در صورت وجود چاه­های فشار شکن و زهکش­های بزرگ در پایین دست سد، نشت تا حدود ۶/۰ متر مکعب در ثانیه از پی آبرفتی قابل قبول خواهد بود.

در جدول (2-1) اطلاعاتی در رابطه با سدهایی که مشکل تراوش داشته‌اند ارائه شده است. با توجه به جدول مشاهده می­شود که حجم تراوش مشکل عمده محسوب نمی­شود بلکه نوع و مکانیزم تراوش باید بررسی شود.

• مطالعه اِرسایین

این مطالعه بطور ویژه تراوش از بدنه سد را مورد بررسی قرار داده است. در این مطالعه، پس از معرفی جامع­ از انواع سدها و پدیده تراوش، به مدل­سازی این پدیده با استفاده از شبکه­های عصبی مصنوعی (ANNs) پرداخته شد. ارسایین در پایان­نامه خود از مجموعه داده­ای شامل 125 داده پیزومتری که از سد خاکی جزیورسکو[2] در شهر پولاند[3] ترکیه جمع­آوری شده بود، برای آموزش و آزمون مدل پیشنهادی­اش استفاده کرد.

سطح آب بالادست و پایین­دست سد به عنوان ورودی و سطح آب پیزومترها به عنوان خروجی در نظر گرفته شدند. هدف اصلی این مطالعه تمرکز بروی مسیر تراوش در سد خاکی بود که با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی تخمین زده شد. شبکه عصبی پیشخور با تابع فعالیت سیگموئید و الگوریتم پس انتشار از جزئیات مدل او می­باشد. این مدل دارای 3 لایه (لایه ورودی، لایه پنهان، لایه خروجی) بود. لایه ورودی دارای 6 نرون و لایه خروجی دارای 1 نرون بود. اپتیمم نرون در لایه پنهان با استفاده از سعی و خطا بدست آمد.

در این مطالعه از لایه­های پنهان و تابع فعالیت­های مختلف استفاده شد تا بهترین نتیجه حاصل شود. در نهایت با توجه به جدول (2-2) نتیجه شد که شبکه با تابع فعالیت سیگموئید و یک لایه پنهان دقیق­ترین نتیجه را به همراه داشته است. نکته قابل توجه در این جدول آن است که با افزایش لایه­های پنهان، نتایج دقیق­تری حاصل نشد، به عبارت دیگر با افزایش لایه­های پنهان شبکه ناپایدار شد[11] .(Ersayin, 2006)

• توابع فعالیت بکار رفته در مطالعه ارسایین]12[

پارامترهای آماری مورد استفاده در این تحقیق شامل: ضریب تعیین (R²)، جذر میانگین مربعات خطاها (RMSE) و میانگین قدرمطلق خطاها (MAE) بود. مقادیر این پارامترها برای داده­های آزمون به ترتیب برابر با 0.95، 0.232، 0.205 و برای داده­های آزمون برابر با 0.93، 0.147، 0.125 بود.   

جهت مشاهده نمونه های دیگر از ادبیات ، پیشینه تحقیق و مبانی نظری پایان نامه های مهندسی عمران کلیک کنید.

نمونه ای از فهرست منابع:

• [1]Fredlund, D. G. Rahardjo, H. (1993) “Soil Mechanics for Unsaturated Soils,” Newyork, john Wiley and Sons, Chap. 7, P.P. 150-177.
• [2]Das, B. M. (2001) “Principal of Geotechnical Engineering,” Thomson-Engineering, Fifth Edition.
• [3]Fredlund, D. G. Rahardjo, H. (1993) “Soil Mechanics for Unsaturated Soils,” Newyork, john Wiley and Sons, Chap. 5, P.P. 110-117.
• [4]US Army corps of engineers. (1986) “Engineering and Design Seepage Analysis and Control for Dams,” chapter 4, seepage principles, EM-1110-2-190,.
• [5]International Commission on Large Dams, (http://www.icold-cigb.org/)
• [6]Middlebrooks, J. L, (1983). Report of the Dam failure. Engineering Geology, 24(1), 239-256.
• [7]Gruner, C. S, (1994). Seepage in earthfill dams. Journal of Geotechnical Engineering, 109(7), 946-960.
• [8]Takase, J. M, (1996). The failure of Teton dam. Engineering Geology, 12(3), 173-205.
• [9]Bab, C. L., (1987). Embankment dam instrumentation manual. Published by Pearson Education, ISBN 81-7808-300-0.
• [10]Kawasaki, H. et al., (2010) “Case study of a Behavior Monitoring in a Fill Dam for Accurate and Long Term Measurement,” Commission Internationale Des Grands Barrages , Hanoï,, mai.
• [11]Ersayin, D, (2006). Studying seepage in a body of earth-fill dam by (Artificial Neural Networks, Doctoral dissertation, Master Thesis, İzmir Institute of Technology
• 12-…
• 13-…