پایان نامه رایگان درباره هیدرولیک، شبیه سازی، دانه بندی

دانلود پایان نامه ارشد

باشد. در حالت دوم ضریب انتشار موثر در نظر گرفته شده است. در این حالت جریانAdective زیادتری به منظور جلوگیری از نشت آلودگی به سمت منابع آبی زیرزمینی مورد نیاز می باشد (اشکال 11.4و 12.4).

شکل 11.4 رابطه میان غلظت نسبی در وجه خارجی بدنه سد و گرادیان هیدرولیکی عبوری از مقطع سد برای ضرایب هدایت هیدرولیکی مختلف در حالت اول (Devlin et al., 1996)

شکل 4 .12 رابطه میان غلظت نسبی در وجه خارجی بدنه سد و گرادیان هیدرولیکی عبوری از مقطع سد برای ضرایب هدایت هیدرولیکی مختلف در حالت دوم (Devlin et al., 1996)

روش ساخت معمول برای بدنه سد استفاده از Soil bentonite slurry wall، می باشد. در این روش ساخت، ضخامت سد معمولا بین 75/0 تا 1 متر می باشد و ضریب هدایت هیدرولیکی مناسب برای بدنه بین تا می باشد. البته مقدار ضریب k وابسته به میزان بنتونیت اضافه شده به مخلوط می باشد.

4.4.4 تخمین جرم ذخیره شده در بدنه سد در حالت جریان پایدار
جرم ذخیره شده در بدنه سد را می توان به دو فاز آب و فاز جامد تقسیم کرد. در فاز آب با انتگرال گیری از معادله 12.4 داریم (Devlin et al., 1996).

16.4

A، مساحت کل سد [L2] می باشد. معادله 16.4 در رنج کاربرد دارد. اگر جذب سطحی Sorption، مطرح باشد، در این حالت جرم اضافه شده به صورت فاز جامد بیان می گردد. با فرض طول و ارتفاع واحد (A=1) معادله جرم ذخیره شده در فاز جامد به فرم زیر است (Devlin et al., 1996).

17.4

، چگالی خشک در فاز جامد [M/L3]، ، چگالی حجمی خشک(Bulk density) [M/L3]، kd ضریب جداکنندگی مواد آلاینده بین فاز آب و فاز جامد [L3/ M] ، Cs، غلظت مواد آلاینده در فاز جامد [M/M] ، Cw غلظت مواد آلاینده در فاز آب [M/L3]می باشد. فرم کلی جرم ذخیره شده به صورت زیر ارائه می شود (Devlin et al., 1996).

18.4
19.4

در شکل 13.4 رابطه میان گرادیان هیدرولیکی و جرم ذخیره شده از مواد آلاینده در بدنه سد در حالت جریان پایدار نشان داده شده است.
در حالتی که حداکثر گرادیان هیدرولیکی، [(h0-h3)/w] ، وجود داشته باشد جرم ذخیره شده در بدنه سد کمترین میزان می باشد، قسمت هاشور خورده در زیر ناحیه خط .C3-C0 با کم شدن میزان گرادیان هیدرولیکی، جرم ذخیره شده مواد آلاینده در بدنه سد افزایش می یابد.

شکل 13.4 رابطه میان گرادیان هیدرولیکی و جرم ذخیره شده در بدنه سد
(Devlin et al. 1996)

در این حالت نیز با فرض ماده آلاینده TCE، با ضریب تاخیر (Retardation) ، 5/1 رابطه میان جرم ذخیره شده و گرادیان هیدرولیکی برای ضرایب نفوذ پذیری متفاوت بررسی گردید. در شکل 14.4 با در نظر گرفتن ضریب انتشار موثر، ضریب هدایت هیدرولیکی و گرادیان هیدرولیکی، جرم ذخیره شده در حدود gr 620 در متر مربع مساحت سد می باشد. اگر گرادیان هیدرولیکی افزایش یابد () جرم ذخیره شده به gr 54 از مساحت سد، کاهش می یابد. زمانی که ضریب هدایت هیدرولیکی بدنه سد بسیار کوچک باشد به عنوان مثال ، میزان جرم ذخیره شده به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. شکل 15.4 بیانگر کاهش ضریب انتشار موثر به، می باشد. در این حالت جرم ذخیره شده در حدود gr/m250 خواهد بود. در این حالت ضریب هدایت هیدرولیکی و گرادیان هیدرولیکی در نظر گرفته شده است.

شکل 4 .14 رابطه میان جرم ذخیره شده در بدنه سد و گرادیان عبوری از بدنه سد بر اساس ضرایب هدایت هیدرولیکی متفاوت بدنه سد. در این حالتC0=1100 mg/Lit ، و ضخامت بدنه سد w=1m می باشد (Devlin et al., 1996).

شکل 15.4 رابطه میان جرم ذخیره شده در بدنه سد و گرادیان عبوری از بدنه بر اساس ضرایب هدایت هیدرولیکی متفاوت بدنه سد. در این حالتC0=1100 mg/Lit ، و
ضخامت بدنه سد w=1m می باشد (Devlin et al., 1996).

فصل پنجم

مدلسازی سدهای زیرزمینی عمیق

1.5 آنالیز سد زیرزمینی مکه مکرمه

در این قسمت به مطالعه درباره طراحی و آنالیز یک سد زیرزمینی عمیق در شهر مقدس مکه می پردازیم. این سد در ناحیه Wadi Naman، در شرق شهر مقدس مکه به منظور تامین آب مورد نیاز حجاج در ایام حج ساخته شده است. جنس بدنه سد از نوع بتن پلاستیک می باشد و بر اساس ضخامت های مختلف سد و ارتفاع مختلف سد اثر تنش ها و کرنش ها وارد بر سد مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه اثر تغییرات سختی خاک، Soil Rigidity، نسبت به عمق در نظر گرفته شده است. با استفاده از نرم افزار STAAD PR0, 2004 ، بر اساس روش اجزای محدود و بر حسب ضخامت های1-1.2 , 0.8-1 ,0.6-0.8 m و ارتفاع های 30, 50 and 70 mاین نتیجه بدست آمد که با افزایش ضخامت دیواره سد به علت توزیع بهتر فشار مقاوم در برابر نیروهای محرک مانند فشار محرک خاک و فشار هیدرواستاتیک آب، سد دارای کارایی بهتر می باشد و در برابر نیروهای وارد بهتر مقاومت می کند.

2.5 بررسی منطقه مورد مطالعه

Wadi Naman، در 10 کیلومتری شرق مکه و در حدود 3 کیلومتری عرفات قرار گرفته است. بر اساس عکس های هوایی موجود از منطقه مورد مطالعه و آزمایشهای صحرائی این ناحیه برای اجرای سد در نظر گرفته شده است. ضخامت لایه آبرفتی از 20 متر در کناره ها و تا70 متر در وسط متغییر می باشد. طول کلی سد حدود 87/912 متر می باشد. موقعیت سد طوری انتخاب شده که تا حد امکان دور از گسل های موجود باشد و حداقل طول و هزینه ساخت را داشته باشد. در اشکال 1.5 و 2.5 موقعیت در نظر گرفته شده برای اجرای سد زیرزمینی مکه مقدس توسط عکس هوایی در سال 2007 و تنگه مورد نظر برای اجرای سد نشان داده شده است.

شکل 1.5 موقعیت در نظر گرفته شده برای اجرای سد زیرزمینی
(Khairy et al., 2009)

شکل 2.5 تنگه مورد نظر برای اجرای سد مکه مقدس (Khairy et al., 2009)

بر اساس آزمایشات صحرایی از محل اجرای پروژه و گزارشات مربوط به گمانه ها، نوع خاک در حالت کلی ماسه بد دانه بندی شده درشت دانه تا متوسط می باشد که در نزدیک سطح زمین سست و در لایه های پایین تر متراکم می باشد. لایه های میانی در محل آبرفت به صورت مخلوطی از شن و ماسه با ضخامت 4 تا 5 متر می باشد. عمق سنگ بستر از 5/19تا 5/61 متر متغییر می باشد. سنگ بستر از جنس Granodiorte قوی که هوازدگی آن از کم تا زیاد متغیر می باشد. رنج مقادیر RQD، بر اساس گمانه های حفر شده از 0 تا 90 درصد متغیر می باشد، مقدار TCR (Total Core Revovery)، در محدوده 35 تا 94 درصد قرار دارد، مقاومت فشاری محصور نشده Unconfined Compressive Strength، در محدوده 6/591 تا 9/656 () قرار دارد. به صورت محافظه کارانه نوع خاک (آبرفت) ماسه لای دار SM، با زاویه اصطکاک داخلی انتخاب گردید. خواص خاک در جدول 1.5 نشان داده شده است.

جدول 1.5 خصوصیات خاک بر اساس U.S Navy, 1972 (Khairy et al., 2009)

بر اساس رابطه Hardin and Drnevich ، در سال 1972 افزایش صلبیت خاک نسبت به عمق محاسبه گردید. بر این اساس تغییرات مدول الاستیسیته نسبت به افزایش عمق برای دو حالت اشباع و خشک بدست آمد.

شکل 3.5 تغییرات مدول الاستیسیته نسبت به عمق (Khairy et al., 2009)

به علت غیر خطی بودن رفتار خاک می توان به عنوان یک تخمین مناسب در نظر گرفت. در ساخت سدهای زیرزمینی پیشنهاد می گردد که از بتن پلاستیک برای ساخت دیوار آبند استفاده گردد. بتن پلاستیک خاصیت تغییر شکل پذیری بالایی دارد که می تواند بدون آنکه ترکی در آن ایجاد شود تغییر شکل مجاز در آن بوجود آید. از دیگر خواص این نوع بتن می توان به آبند بودن آن اشاره کرد. همچنین هزینه های ساخت این نوع بتن در مقایسه با بتن های معمول در ساخت دیوارهای دیافراگمی کمتر است. در شکل 4.5 نیروهای وارده بدنه سد نشان داده شده است.

شکل 4.5 توصیف مسئله مورد بحث و نیروهای وارده (Khairy et al., 2009)

با استفاده از نرم افزار STAAD PRO, 2004، بر اساس روش المان محدود برای سه حالت ارتفاع و ضخامت مختلف، آنالیز سد زیرزمینی انجام گردید. در این حالت تغییرات صلبیت خاک Soil Rigidity، نسبت به افزایش عمق و زبری بین خاک و سنگ بستر در محل تماس آن ها مورد توجه قرار گرفته است. نسبت اختلاط برای ساخت بتن پلاستیک با توجه به مطالعات تجربی و آزمایشگاهی Ajorloo and Mahboubi در سال 2005 بر روی انواع مختلف بتن پلاستیک تحت اثر آزمایش های سه محوری و تک محوری، نمونه Z 4 برای سد مورد نظر انتخاب شد. در جدول 2.5 نسبت اختلاط بتن پلاستیک برای ساخت سد زیرزمینی در حالت مورد نظر نشان داده شده است.

جدول 2.5 نسبت اختلاط برای ساخت بتن پلاستیک (Khairy et al., 2009)

براساس آزمایشهای انجام شده، با افزایش فشار محدود کننده Confined Pressure، بتن پلاستیک شکل پذیرتر خواهد بود( Ajorloo and Mahboubi, 2005 ). این مطلب بیانگر این است که افزایش فشار محدود کننده ، باعث افزایش مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته و شکل پذیری بتن پلاستیک می گردد. پس با افزایش عامل سیمان Cement Factor، مقاومت برشی و مدول الاستیسیته افزایش می یابد. ولی افزایش میزان بنتونیت باعث کاهش مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته می گردد. با افزایش سن نمونه بتن پلاستیک، مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته آن نیز افزایش می یابد، علاوه بر این موارد افزایش سن نمونه بر پارامترهای تعیین مقاومت برشی بتن پلاستیک مانند زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی نیز تاثیر گذار است. برای کاهش نفوذ پذیری بتن می توان عامل سیمان و فشار محدود کننده ، را افزایش داد. هنگامی که فشار محدود کننده افزایش می یابد نسبت تنش ها، به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. بر اساس مطالعات Ajorloo and Mahboubi، مقادیر نهایی تنش نرمال به ترتیب5 /3، 17/4 و 1/5 (Mpa) می باشد، زمانی که ، به ترتیب 3/0، 5/0 و 8/0 (Mpa) باشد. بر اساس پارامترهای برشی بدست آمده برای بتن پلاستیک، ، توسط Ajorloo and Mahboubi، ظرفیت برش در پای دیوار از رابطه تجربی بر اساس دیوارهای دیافراگمی زیر بدست می آید (Khairy et al., 2009).

1.5

، عامل کاهش مقاومت براساس ACI (2005)، برای بتن برابر با 75/0 ، c، چسبندگی ، t، ضخامت دیوار، H ارتفاع دیوار، ، زاویه اصطکاک داخلی و wwall وزن دیوار می باشد. بر اساس رابطه 5.1 برای ارتفاع ها و ضخامت های مختلف جدول 3.5 ارائه شده است.

جدول 5 .3 ظرفیت برشی در پای دیوار (Khairy et al., 2009)

بر اساس نتایج بدست آمده توسط Ajorloo and Mahboubi، مقدار حداکثر مدول الاستیسیته بتن پلاستیک نباید از مدول الاستیسیته بتن معمولی تجاور کند. زمانی که مقدار مدول الاستیسیته E افزایش پیدا می کند تنش نیز در دیوار آبند گسترش می یابد. مقدار مدول الاستیسیته درنظر گرفته شده برای ساخت سد از جنس بتن پلاستیک 2200 MPa انتخاب گردید که تقریبا مدول الاستیسیته بتن معمولی می باشد. آنالیز سد بر اساس روش اجزا محدود و با استفاده از المانهای صلب هشت گره ای با خواص مختلف به منظور تعریف محیط خاک و دیواره آبند صورت گرفت. به منظور رعایت پیوستگی مدل بین المان های خاک و سازه، لایه میانی Interface، در بالا دست و پایین دست سد در نظر گرفته شد. کاربرد لایه میانی برای در نظر گرفتن اثر وزن (راستای قائم) خاک بر دیوار و برای بررسی اندر کنش میان خاک و سازه مجاور آن می باشد.

1.2.5 شرایط مرزی
به منظور شبیه سازی رفتار سازه از شرایط مرزی افقی و قائم استفاده می شود. در بالا دست و پایین دست به فواصل w از وجه سد دو شرایط مرزی قائم در نظر گرفته می شود. گره هایی که در مرزهای قائم قرار گرفته اند از حرکت افقی سازه سد جلوگیری می کنند ولی حرکت در راستای قائم آزاد است. مقدار w، فاصله مرزهای قائم از بالا دست و پایین دست سد، با استفاده از روش سعی و خطا قابل محاسبه است. به

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان درباره هیدرولیک، نفوذپذیری، منابع آب زیرزمینی Next Entries پایان نامه رایگان درباره شبیه سازی