بررسی تأثیر تغییرات هندسی بدنه سد خاکی در برآورد سیل ناشی از شکست سد در اثر پایپینگ با لحاظ عدم قطعیت در خصوصیات مکانیکی مصالح

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

روش اعمال عدم قطعیت در مقاله حاضر آنالیز مونت­کارلو (Monte Carlo) با اعمال 10000 عدد تصادفی به ازا پارامترهای عدم قطعیت می ­باشد که پارامترهای عدم قطعیت در مقاله حاضر زاویه اصطکاک داخلی، قطر متوسط ذرات، ضریب چسبندگی و وزن مخصوص مصالح تشکیل­ دهنده مصالح بدنه سد خاکی مذکور می ­باشد. در این مقاله به تأثیرات تغییر در هندسه بدنه سد خاکی و تغییرات ارتفاع سد و سطح آب ذخیره‌شده در پشت سد بر هیدروگراف خروجی پرداخته شده است. هدف از اعمال عدم قطعیت در خصوصیات مکانیکی ذرات تشکیل­ دهنده سد خاکی دست­یابی به بحرانی ­ترین حالت شکست سد موردنظر با اعمال عدم قطعیت تحت اثر پایپینگ (Piping) و همچنین دستیابی به روند حالت شکست در اثر تغییرات هندسی بدنه سد در هرکدام از حالات خواهد بود. براساس نتایج به‌دست‌آمده در خصوص اعمال عدم قطعیت در خصوصیات مکانیکی مصالح تشکیل‌دهنده سد خاکی، مشخص گردید دو پارامتر زاویه اصطکاک داخلی و قطر متوسط ذرات تشکیل‌دهنده سد خاکی باعث ایجاد حالت بحرانی شکست می­ شوند. در خصوص تغییرات هندسی بدنه سد خاکی نتایج حاکی از آن است که هر چه سد خاکی دارای ضریب شکل کوچک­تری باشد نسبت شکست بالاتری انتظار می­ رود، با افزایش در ارتفاع سطح آب اولیه مخزن انتظار می­ رود شدت شکست سد، سیر صعودی طی کند و همچنین با افزایش ارتفاع سد خاکی بدون تغییر در ضریب شکل آن مشاهده شد که دبی ناشی از شکست سد افزایش یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Geometrical Changes of Earth Dam Dimensional Parameters on the Assessment of Piping Failure Discharge with Considering Uncertainty in the Mechanical Properties of Materials

نویسندگان [English]

  • Farhoud Kalateh
  • Reza Ahadifar
Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

The aim of this paper is to study the uncertainty in piping failure of the Teton earth Dam with considering geometrical parameters and material uncertainty using the BREACH-GUI model. Piping phenomenon in the body of the dam is one of the two common factors in the dam failure, which is a small intubation in the early hours with low diameter and low flow rate, due to erosion of the tunnel walls, the erosion of the tunnel walls increases the diameter of the tunnel and the flow of water passing through It will be tunnel that, if this amount of flow exceeds a limit, it will break the body of the dam and ultimately lead to the complete destruction of the body of the dam. Predicting the main breach characteristics (size, shape, time of formation) and the break outflow hydrograph with Monte Carlo uncertainty simulation are presented in this paper. The model is physically based on the principles of hydraulics, sediment transport, soil mechanics, geometric and material properties of the dam, and the reservoir properties (storage volume, spillway characteristics, and time- dependent reservoir inflow rate).Obtained results show that, the critical uncertainty parameters that produce the shortest time and maximum discharge flow arising from dam failure are  (frictional angle) and D50 (efficient diameter of soil). Obtained results show that earth dams with smaller shape factor fails faster and also with increasing in the level of water in the reservoir earth dam piping failure of dam intensify and also with increasing height of dam with constant shape factor the possibility of piping failure of dam is increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Earth dam
  • Uncertainty
  • Monte Carlo method
  • Piping failure
  • Output hydrograph
Amini A, Nourani V, Hakimzadeh H, “Implementation of artificial neural network technique in the simulation of dam breach hydrograph”, Journal of Hydroinformatics, 2012, 14 (2), 478-496.
Amini A, Nourani V, Hakimzadeh H, “Genetic programming simulation of dam breach hydrograph and peak outflow discharge”, Journal of Hydrologic Engineering, 2014, 19, 757-768.
Awal R, Nakagava H, Fujita M, Kawaike K, Baba Y, Zhang H, “Study on piping failure of natural dam”, Journal of Hydrologic Engineering, 2011, 539-547.
Chaiyuth C, Somboon J, Somchai W, “Embankment dam breach and its outflow characteristics”, Civil Engineering and Environmental Systems, 2004, 1-18.
Fread lee VM, Tsivoglou AJ, “Modeling of gradual dam-breaches”, Journal of Hydraulics Division, American Society of Civil Engineers, 1981, 107 (HY6), 829-838.
Goodarzi E, shui LT, Ziaei M, “Risk and uncertainty analysis for dam overtopping”, Journal of Hydro-Environment Research, 2013, 1016-1028.
Hooshyaripor F, Tahershamsi A, “Comparing the performance of neural networks for predicting peak outflow from breached embankments when back propagation algorithms meet evolutionary algorithms”, International Journal of Hydraulic Engineering, 2012, 1 (6), 55-67.
Hooshyaripor F, Tahershamsi A, Razi S, “Dam break flood wave under different reservoir’s capacities and lengths”, Indian Academy of Sciences, 2017, 1557-1569.
Hooshyaripor F, Tahershamsi A, Razi S, “Reservoir's geometry impact of three dimensions on peak discharge of dam-failure flash flood”, Scientia Iranica Transactions A: Civil Engineering, 2017, 25, 1931-1942.
Okeke A, Wang F, “Critical hydraulic gradients for seepage induced failure of landslide dams”, Geoenvironmental Disasters-Springer Journal, 2016, 9.
Peter SJ, Siviglia S, Nagel J, Marelli S, Boes RM, Vetsch D, Sudret B, “Development of probabilistic dam breach model using Bayesian Inference”, ETHzürich Journal of Water Resources Research, 2018, RSUQ-2018-004.
Wahl TL, “Uncertainty of Embankment Dam Breach parameters”, Journal of Hydrolic Engineering, 2004, 130 (5), 389-397.