تحلیل عدم قطعیت جریان تراوش از پی خاکی سد کوتاه بتنی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده عمران- معماری و هنر، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

2 گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی- دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شهر قدس

چکیده

ساختار پیچیده خاک، منجر به تغییرپذیری فضایی هدایت هیدرولیکی خاک در لایه­های مختلف می­شود. لذا فرض ثابت بودن ضریب نفوذپذیری در تحلیل تراوش از پی­های خاکی با عدم قطعیت زیادی همراه است. در این تحقیق تحلیل تراوش از پی خاکی لایه­ای در یک سد کوتاه با در نظر گرفتن عدم قطعیت ضریب نفوذپذیری انجام شده است. برای این منظور سعی شده است با استفاده از شبیه­سازی مونت­کارلو، عدم قطعیت و تغییر فضایی هدایت هیدرولیکی را در یک محیط دو لایه در زیر یک سد بتنی نفوذناپذیر کمی گردد. متغیرهای تصادفی بر اساس روش تجزیه چولسکی با در نظر گرفتن توابع توزیع مشخص و همچنین توابع خودهمبستگی برای هر لایه تولید شده است. نتایج نشان داد که در ارزیابی تراوش در خاک­های لایه­ای، با در نظر گرفتن تغییرپذیری فضایی ضریب نفوذپذیری، دبی و گرادیان هیدرولیکی نوسانات زیادی را نشان می­دهند، اما فشار برکنش وارد بر سازه تا حدود زیادی مستقل از متغیرهای تصادفی بود. در واقع نتایج نشان داد که در 60% کل تحلیل­های احتمالاتی دبی خروجی بیشتر از تحلیل­های قطعی است و حداکثر دبی خروجی احتمالاتی 2 برابر دبی قطعی است. همچنین افزایش طول همبستگی قائم در لایه بالا تا 12 متر، مقدار دبی احتمالاتی به دبی قطعی را برای لایه بالا تا 10% افزایش و برای لایه پایین تا 10% کاهش می­دهد، ولی مقدار نسبت نیروی برکنش ثابت می­ماند. اما افزایش طول همبستگی قائم در لایه پایین تا 12 متر، مقدار دبی احتمالاتی به دبی قطعی را برای هر دو لایه تا 13% افزایش داد. در این مورد هم نسبت نیروی برکنش احتمالاتی به قطعی همواره برابر عدد 1 بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Uncertainty Analysis of Seepage Flow in Soil Foundation of Small Concrete Dam

نویسندگان [English]

  • Ahmad Sharafati 1
  • Seyed Behnam Mirfakhraee 2
1 Civil Engineering Department, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran
2 Civil Group, Technical and Engineering Department, Shar-e-Qods Islamic Azad University
چکیده [English]

Hydraulic conductivity of soil has spatial variability due to complex configuration of soil. Therefore, regarding constant hydraulic conductivity in seepage analysis of soil foundation has high uncertainty.
In this study, seepage analysis of soil foundation in the small concrete dam was analyzed by considering uncertainty of hydraulic conductivity. In this respect, spatial variability of two-layer soil foundation was quantified using Monte Carlo simulation (Sharafati and Zahabiyoun 2014; Sharafati and Azamathulla 2018; Sharafati et al. 2018). Also, random variables were generated using Cholesky method and autocorrelated function of each layer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Seepage
  • Soil foundation
  • Monte Carlo
  • uncertainty
Ahmed AA, “Stochastic analysis of free surface flow through earth dams”, Computers and Geotechnics, 2009, 36 (7), 1186-1190.
Baecher GB, Christian JT, “Reliability and Statistics in Geotechnical Engineering”, Wiley, New York, 2003.
Benson CH, “Probability Distributions for Hydraulic Conductivity of Compacted Soil Liners”, Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1993, 119 (3), 471-486.
Chock YH, “Modeling the effects of soil variability and vegetation on the stability of natural lopes”, Ph.D. thesis, The University of Adelaide, Australia, 2009
DeGroot DJ, “Analyzing spatial variability of insitu soil properties”, Uncertainty in the geologic environment, from theory to practice, Proceedings of Uncertainty, Geotechnical special publication No. 58, Madison, Wisconsin, 1996, 210-238.
DeGroot DJ, Baecher GB, ‘‘Estimating autocovariance of in-situ soil properties’’, Geotechnical and Geoenvironmental, 1993, 119 (1), 147-166.
El-Ramly H, Morgenstern NR, Cruden DM, “Probabilistic stability analysis of a tailings dyke on preshearedclay-shale”, Canadian Geotechnical, 2003, 40, 192-208.
Fenton GA, Griffiths DV, “Statistics of free surface flow through stochastic earth dam”, Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1996, 122 (6), 427-436
Fenton, GA, Griffiths DV, “Statistics of block conductivity through a simple bounded stochastic medium”, Water Resources Research, 1993, 29 (6), 1825-1830.
Griffiths DV, Fenton GA, “Probabilistic analysis of exit gradients due to steady seepage”, Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1998, 124, 789-797.
Gui S, Zhang R, Turner JP, Xue X, “Probabilistic slope stability analysis with stochastic hydraulic conductivity”, Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2000, 126 (1), 1-9.
Hekmatzadeh AA, Zarei F, Johari A, Haghighi A, “Reliability analysis of stability against piping and sliding in diversion dams, considering four cutoff wall configurations”, Computers and Geotechnics, 2018, 98, 217-231.
Johari A, Heydari A, “Reliability analysis of seepage using an applicable procedure based on stochastic scaled boundary finite element method”, Engineering Analysis with Boundary Elements, 2018, 94, 44-59.
Lamb P, ‘‘The variability of natural soils’’, Canadian Geotechnic, 1966, 3, 74-97.
Lu Z, Zhang D, “Stochastic simulations for flow in nonstationary randomly heterogeneous porous media using a KLbased moment-equation approach”, SIAM, 2007, 6, 228-245.
Peck RB, ‘‘Stability of natural slopes’’, Soil Mechanic and Foundation, 1967, 93 (4), 403-417.
Srivastava A, Sivakumar GL, Haldar S, “Influence of spatial variability of permeability property on steady state seepage flow and slope stability analysis”, Engineering Geology, 2010, 110 (3-4), 93-101.
Vanmarcke EH, ‘‘Probability modeling of soil profiles’’, Geotechnical Engineering Division, 1977, 103(11), 1227-1246.
Vnmarcke EH, “Random Fields: Analysis and Synthesis”, The MIT Press, Cambridge, MA, 1983.
Xaohui T, Wang X, Khoshnevisan S, Hou X, Zha F, “Seepage analysis of earth dams considering spatial variability of hydraulic parameters”, Engineering Geology, 2017, 228, 260-269.