%37تخفیف

دانلود پروژه:بررسی پدیده اندرکنش هیدرومکانیکال در پی سدهای بتنی وزنی با درنظرگیری عدم قطعیت های هیدرولیکی و مکانیکی توده سنگ

تعداد 129 صفحه فایل word قابل ویرایش

Site: www.filenaab.ir

مهندسي سازه­های هیدرولیکی

بررسی پدیده اندرکنش هیدرومکانیکال در پی سدهای بتنی وزنی با درنظرگیری عدم قطعیت­های هیدرولیکی و مکانیکی توده سنگ

چكيده

سدهای بتنی سازه­های بسیار مهم و حساس هستند که ارزیابی پایداری و ایمنی آن از اهمیت خاصی برخوردار می­باشد. یکی از مهم­ترین نیروهایی که در جهت ناپایداری سد عمل می­کند نیروی برکنش (Uplift) می­باشد. از مهم­ترین پدیده­های اثرگذار بر میزان فشار آب منفذی در درزه­های توده سنگی ، اندرکنش هیدرومکانیکال می­باشد. در حقیقت تغییرات متقابل تنش و میدان فشار منفذی در اثر باز و بسته شدن درزه­ها را اندرکنش هیدرومکانیکال می­نامند.

توده­های سنگی محیط­های طبیعی می­باشند که ساخته دست بشر نمی­باشند لذا می­توان ادعا کرد شناخت این محیط و پیش­بینی رفتار آن به مراتب دشوارتر از سایر محیط­ها و مصالح مصرفی در پروژه­های عمرانی می­باشد برای بدست آوردن پارامترهای مکانیکی و هیدرولیکی توده­های سنگی از تعداد محدودی گمانه و آزمایش استفاده می­شود در نتیجه با توجه به تعداد محدود آزمایشات و خطاهای موجود، عدم قطعیت زیادی در مورد هریک از پارامترها وجود دارد.

در این تحقیق سعی بر این است تا با استفاده از نرم­افزار UDEC که بر اساس روش المانهای مجزا می­باشد به ارزیابی احتمالاتی رفتار سازه­ای سدهای بتنی وزنی با در نظرگیری عدم قطعیت­های پارامترهای مکانیکی و هیدرولیکی توده سنگ پرداخته شود. برای این منظور سد وزنی شفارود بعنوان مورد مطالعاتی در نظر گرفته شده و بارگذاری سد بصورت استاتیکی وثابت می­باشد همچنین برای درنظرگیری توابع حالت حدی از پارامترهای خسارت سازه­ای استفاده شده و قابلیت اعتماد این سد با شرایط فوق­الذکر در سناریوهای مختلف ارزیابی شده است. در تمامی سناریوها با توجه به بارگذاری استاتیکی سد احتمال خرابی بسیار کمی برای حالات حدی مختلف بدست آمده. همچنین میزان پارامترهای خسارت سازه­ای سد بیشترین همبستگی را با پارامترهای سختی پی دارا می­باشند و به دلیل کم بودن بار وارده به سد میزان پارامترهای مربوط به مقاومت پی تأثیر زیادی بر میزان خسارت وارده بر سد ندارند.

كليد واژه‌ها:بار برکنش، اندرکنش هیدرومکانیکال، قابلیت اعتماد، سد بتنی وزنی، المانهای مجزا

فهرست مطالب

عنوان                                                                                              صفحه

 

فصل 1. 9

مقدمه و کلیات.. 9

1-1 کلیات.. 9

1-2 تعریف موضوع وضرورت انجام تحقیق.. 10

1-3 ساختار پایان­نامه. 10

فصل 2. 12

پدیده عدم قطعیت در سیستم­های مهندسی.. 12

2-1 مقدمه. 12

2-2 مفهوم عدم قطعیت.. 13

2-3 کمی نمودن عدم قطعیتها 14

2-4 تئوری قابلیت اعتماد. 14

2-5 روشهای ارزیابی قابلیت اعتماد. 15

فصل 3. 17

پدیده اندرکنش هیدرو­مکانیکال. 17

3-1 مقدمه. 17

3-2 جریان آب در محیطهای درزه­دار 17

3-3 فشار بر­کنش و تأثیر آن برروی سد­ها 18

3-4 مفهوم اندرکنش هیدرو­مکانیکال. 19

3-5 برخي حوادث مخرب ناشي از اثر پديده بركنش و یا اندرکنش هیدرو­مکانیکال برروي سدها 19

3-5-1 شكست سد سنت فرانسيس… 19

3-5-2 شكست سد مالپاسه. 21

3-6 مروري بر پژوهشهاي انجام شده در زمینه اندرکنش هیدرو­مکانیکال. 25

فصل 4. 28

روابط حاکم بر پدیده اندرکنش هیدرو­مکانیکال. 28

4-1 مقدمه. 28

4-2رفتار مکانیکی توده سنگ28

4-2-1 رفتار مکانیکی و تغییر شکل­پذیری سنگ بکر. 28

4-2-2 رفتار مکانیکی و تغییرشکل پذیری درزه­ها 29

4-2-2-1 روابط تنش-تغييرمكان در درزه­ها 29

4-2-2-2 اتساع. 30

4-2-2-3 مفهوم بازشدگی مکانیکی. 31

4-2-2-4 رفتار درزه­هاي پر­ شده 333

4-2-3 مقاومت توده سنگ و معیارهای گسیختگی. 34

4-2-3-1 مقاومت و معیارهای گسیختگی در سنگ بکر. 34

4-2-3-2 مقاومت و معیارهای گسیختگی در درزه­ها 355

4-2-3-3 اثر مقیاس (Scale Effect) 36

4-2-3-4 مقاومت توده سنگ درزه­دار 37

4-3 رفتار هیدرولیکی توده سنگ38

4-3-1 خصوصيات هيدروليكي توده سنگ درزه­دار 38

4-3-2 جريان در ناپیوستگیها 40

4-3-3 جریان در میان شبکه های ناپیوستگی. 41

4-3-4 مفهوم بازشدگی هیدرولیکی. 42

4-4 اندرکنش هیدرو­مکانیکال. 43

4-4-1 تغییر میزان بازشدگي درزه­ها براثر ميدان تنش… 44

4-4-2 تأثیر میزان بازشدگی درزه­ها بر آبگذری توده سنگ.. 44

4-4-3 معادله کلی اندرکنش هیدرو­مکانیکال. 44

4-5 مدلسازی توده های سنگی.. 45

4-5-1 مدلسازی رفتار مكانيكي توده سنگ درزه­دار 45

4-5-1-1 مدلهاي پيوسته معادل. 45

4-5-1-2 مدلهاي گسسته. 46

4-5-1-3 مدلهای چند­لایه. 46

4-5-2 مدلسازی نفوذپذیری توده سنگ درزه­دار 47

4-5-2-1 مدل گسسته. 47

4-5-2-2 مدل همگن. 48

4-6 روشهای عددی موجود برای تحلیل رفتار توده سنگ درزه­دار 49

4-6-1 روش اجزای محدود (FEM) 50

4-6-1-1 حل معادله تراوش به کمک روش اجزای محدود. 51

4-6-1-2 معادله حاكم تنش در محيط معادل پيوسته سه بعدي با استفاده از مفهوم تنش موثر. 52

4-6-2 روش تفاضلات محدود (FDM) 54

4-6-3 روش اجزای مرزی (BEM) 54

4-6-4 روش اجزای گسسته (DEM) 55

4-6-5 آنالیز تغییرشکل ناپیوسته (DDA) 57

4-6-5-1 معادله تراوش در روش DDA برای شکستگی منفرد. 57

4-6-5-2 معادله تراوش در روش DDA برای شبکه شکستگیهای به هم متصل. 58

4-6-5-3 اثر حضور آب بر روی تعادل یک بلوک.. 58

4-6-5-4 معادلات مربوط به تنش و تغییرشکل بلوکها در روش DDA.. 58

4-6-5-5 تأثیر فشار آب بر روی میزان تنش و کرنش بلوکها 60

4-6-5-6 اندرکنش هیدرو­مکانیکال در روش DDA.. 60

4-7 مدلسازی سیستم سد-مخزن-پی به کمک نرم آفزار UDEC.. 60

4-7-1 معرفی نرم افزار UDEC.. 61

4-7-2 مدلسازی اندرکنش هیدرو­مکانیکال به کمک نرم افزار UDEC 62

4-7-3 صحت سنجی نرم افزار UDEC.. 64

فصل 5. 67

ارزیابی قابلیت اعتماد در سدهای بتنی وزنی.. 67

5-1 مقدمه. 67

5-2 عدم قطعیت و منابع آن در ژئوتکنیک67

5-3 شاخص قابلیت اعتماد. 68

5-4 رابطه بین شاخص قابلیت اعتماد و احتمال خرابی.. 69

5-5 مروری بر مطالعات انجام شده 70

5-6 معیارهای خرابی سد. 70

5-7 روش مطالعه و تحلیل در این پایان­نامه. 72

5-8 صحت سنجی روش ارزیابی قابلیت اعتماد. 74

فصل 6 77

بررسی قابلیت اعتماد در سد شفارود با در نظرگیری اندرکنش هیدرو­مکانیکال. 77

6-1 مقدمه. 77

6-2 مدلسازی سد شفارود. 77

6-3 بررسی تأثیر پارامترهای ژئوتکنیکی مختلف در رفتار سد. 80

6-3-1 بررسی تأثیر شیب سیستمهای درزه در رفتار سد. 80

6-3-2 بررسی تأثیر پارامترهای مکانیکی در رفتار سد. 85

6-4 ارزیابی قابلیت اعتماد سد شفارود. 87

6-4-1 سناریوی 1: عدم وجود پرده آببند و توزیع خواص هندسی سیستمهای درزه ثابت.. 89

6-4-2 سناریوی 2: وجود پرده آببند و توزیع خواص هندسی سیستمهای درزه­ ثابت.. 94

6-4-3 سناریوی 3: عدم وجود پرده آببند و توزیع خواص هندسی سیستمهای درزه تصادفی.. 99

6-4-4 سناریوی 4: وجود پرده آببند و توزیع خواص هندسی سیستمهای درزه تصادفی.. 103

6-5 ارزیابی قابلیت اعتماد سد شفارود به روش کرنل.. 109

6-6 بحث و نتیجه­گیری.. 110

فصل 7.. 118

نتایج و پیشنهادات.. 118

7-1 مقدمه. 118

7-2 خلاصه تحقیق.. 118

7-3 جمع­بندی و دستاوردهای تحقیق.. 119

7-4 توسعه­های آتی.. 121

مراجع. 122

فهرست شكل‌ها

عنوان                                                                                                                         صفحه

 

فصل 1. 9

مقدمه و کلیات.. 9

فصل 2. 12

پدیده عدم قطعیت در سیستمهای مهندسی.. 12

فصل 3. 17

پدیده اندرکنش هیدرو­مکانیکال. 17

شکل (3- 1) سد سنت فرانسیس بعد از تخریب]6[ 21

شکل (3- 2) سد مالپاسه بعد از ساخت[8] 21

شکل (3- 3) تصویر سد مالپاسه بعد از تخریب [8] 22

شکل (3- 4) وضعیت ناپیوستگیها و گوه­های تشکیل شده در تکیه گاه سمت چپ سد مالپاسه[9] 23

شکل (3- 5) بررسي وضعيت تنشها در پي سد مالپاسه مطابق فرضیه لوند[7] 24

شکل (3- 6) نحوه گسیختگی پي سد مالپاسه مطابق فرضیه ویتکه[10] 255

فصل 4. 28

روابط حاکم بر پدیده اندرکنش هیدرو­مکانیکال. 288

شکل (4- 1) نمودار تنش-کرنش سنگها]18[ 29

شکل (4- 2) نمودار تنش- جابجایی درزه­ها در اثر انواع تنشها]19[ 30

شکل (4- 3) بيان تأثیر اتساع در افزایش مقاوت برشی درزه]19[ 31

شکل (4- 4) تغييرشکل نرمال درزه نسبت به تنش نرمال]18[ 32

شکل (4- 5) اثر یک ناپیوستگی بر روی مقاومت یک نمونه سنگ ]19[ 37

شکل (4- 6) مقاومت یک توده سنگ شامل چند دسته ناپیوستگی]19[ 38

شکل (4- 7) پروفيل سرعت در جهت  Xدر یک درزه]19[ 40

شکل (4- 8) جریان در یک شبکه ناپیوستگی]19[ 41

شکل (4- 9) حالات مختلف اندرکنش هیدرو­مکانیکال]23[ 43

شکل (4- 10)مقطعي از يک توده سنگ با يک دسته درزه]18[ 46

شکل (4- 11) مدل گسسته شبکه­هاي درزه سنگي]18[ 48

شکل (4- 12) انواع روشهای عددی متفاوت در مدلسازی توده­های سنگی[24] 50

شکل (4- 13) چرخه محاسباتی در روش اجزا مجزا [24] 56

شکل (4- 14) بررسی حرکت یک بلوک در اثر فشار آب در روش اجزای گسسته[27] 56

شکل (4- 15)  مقطع سد شفارود. 64

شکل (4- 16)  فشار آب منفذی زیر سد شفارود در نرم افزارهایUDEC و Abaqus. 66

فصل 5. 67

ارزیابی قابلیت اعتماد در سدهای بتنی وزنی.. 67

شکل (5- 1) نقاط A و B برای محاسبه جابجایی نسبی سد شفارود. 71

شکل (5- 2) درز اتصال سد وپی در سد شفارود. 71

شکل (5- 3) نحوه در­نظرگیری عدم قطعیت پارامترهای ورودی در این تحقیق. 72

شکل (5- 4) رسم هیستوگرام اطلاعات خروجی مدل. 73

شکل (5- 5) فلوچارت روال ارزیابی قابلیت اعتماد در این پایان­نامه. 74

شکل (5- 6) نمودار تغییرات احتمال خرابی با افزایش تعداد تکرار 75

شکل (5- 7) هیستوگرام ضریب اطمینان نمونه­های تصادفی ایجاد شده 76

فصل 6. 77

بررسی قابلیت اعتماد در سد شفارود با در نظرگیری اندرکنش هیدرو­مکانیکال. 77

شکل (6- 1) مقطع عرضی و شرایط مرزی سد شفارود. 78

شکل (6- 2) فشار آب منفذی در زیر سد در مدلسازی نمونه. 79

شکل (6- 3) جابجایی تاج سد در مدلسازی نمونه. 79

شکل (6- 4) جابجایی برشی درز اتصال سد و پی در مدلسازی نمونه. 80

شکل (6- 5) نمودار توزیع فشار آب منفذی در زیر سد شفارود در حالت عدم وجود پرده آببند. 82

شکل (6- 6) نمودار توزیع فشار آب منفذی در زیر سد شفارود در حالت وجود پرده آببند. 82

شکل (6- 7) خسارت جابجایی نسبی برای دو حالت وجود و عدم وجود پرده تزریق در سناریوهای مختلف.. 83

شکل (6- 8) حداکثر جابجایی برشی در درز اتصال سد و پی برای دو حالت وجود و عدم وجود پرده تزریق درسناریوهای مختلف.. 84

شکل (6- 9) نحوه توزیع زاویه شیب در سناریوهای 4گانه. 88

شکل (6- 10) مقطع مدلسازی سناریوی 1. 90

شکل (6- 11) هیستوگرام پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی در سناریو1. 91

شکل (6- 12) هیستوگرام پارامتر خسارت جابجایی نسبی در سناریو1. 93

شکل (6- 13) –مقطع سناریوی 2 و مشخصات هندسی پرده آببند. 95

شکل (6- 14) هیستوگرام پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی در سناریو 2. 95

شکل (6- 16 ) مقطع سناریوی 3. 99

شکل (6- 17) هیستوگرام پارامتر حداکثر جابجایی برشی درز اتصال سد و بتن با 200 نمونه تصادفی. 1000

شکل (6- 18) هیستوگرام پارامتر جابجایی نسبی در سناریو 3. 102

شکل (6- 19) مقطع سناریوی4 و مشخصات هندسی پرده آببند. 104

شکل (6- 20) هیستوگرام پارامتر حداکثر جابجایی برشی درز اتصال سد و بتن در سناریوی 4. 1055

شکل (6- 21 ) هیستوگرام پارامتر جابجایی نسبی سد در سناریوی 4. 1077

شکل (6- 22) تابع چگالی احتمال پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی هر 4 سناریوی مدلسازی شده 113

شکل (6- 23) تابع تجمعی چگالی احتمال پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی هر 4 سناریوی مدلسازی شده 1144

شکل (6- 24 ) منحنی تابع چگالی احتمال پارامتر خسارت جابجایی نسبی هر 4 سناریوی مدلسازی شده 1166

شکل (6- 25)  منحن تابع تجمعی چگالی احتمال پارامتر خسارت جابجایی نسبی هر 4 سناریوی مدلسازی شده 117

فصل 7. 118

نتایج و پیشنهادات.. 118

مراجع. 122

فهرست جداول

عنوان                                                                                           صفحه

جدول (4- 1) جدول انواع معیارهای گسیختگی.. 35

جدول (4- 2) مشخصات مصالح موجود در مدلسازی با نرم افزار UDEC.. 65

جدول (4- 3) مشخصات درزه­های موجود در مدلسازی با نرم افزار UDEC.. 65

جدول (4- 4) مشخصات مصالح موجود در مدلسازی با نرم افزار  Abaqus. 65

جدول (5- 1) پارامترهای تصادفی برای آنالیز احتمالاتی.. 74

جدول (5- 2) پارامترهای قطعی برای آنالیز احتمالاتی.. 75

جدول (5- 3) توابع برازش داده شده و احتمال گسیختگی برشی محاسبه شده توسط هریک از توابع. 76

جدول (6- 1) مشخصات مصالح موجود در مدلسازی.. 78

جدول (6- 2) مشخصات درزه­های موجود در مدلسازی.. 78

جدول (6- 3) تمامی حالات مدلسازی زاویه شیب سیستمهای درزه در این تحقیق.. 80

جدول (6- 4) رتبه بندی تأثیر خواص مکانیکی بر میزان جابجایی نسبی سد در حالت عدم وجود پرده آببند. 85

جدول (6- 5) رتبه بندی تأثیر خواص مکانیکی بر میزان جابجایی نسبی سد در حالت وجود پرده آببند. 85

جدول (6- 6) رتبه بندی تأثیر خواص مکانیکی بر میزان جابجایی برشی حداکثر درز اتصال سد و پی در حالت عدم وجود پرده آببند  86

جدول (6- 7) رتبه بندی تأثیر خواص مکانیکی بر میزان جابجایی برشی حداکثر درز تصال سد و پی در حالت وجود پرده آببند  87

جدول (6- 8) سناریوهای مختلف تحلیل احتمالاتی.. 87

جدول (6- 9) مشخصات آماری پارامترهای دارای تابع چگالی احتمال نرمال. 88

جدول (6- 10) مشخصات آماری پارامترهای دارای تابع چگالی احتمال لوگ نرمال. 89

جدول (6- 11) مشخصات آماری پارامترهای دارای تابع چگالی احتمال بتا 89

جدول (6- 12) مشخصات آماری پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی در سناریو1. 90

جدول (6- 13) بهترین توابع برازش داده شده پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی در سناریو1. 90

جدول (6- 14) احتمال وقوع مودهای خرابی جابجایی برشی درز اتصال سد و پی درسناریو 1. 91

جدول (6- 15) همبستگی بین پارامترهای مختلف و حداکثر جابجایی برشی درز اتصال سد و پی در سناریو1. 92

جدول (6- 16)  مشخصات آماری پارامتر خسارت جابجایی نسبی سد در سناریو1. 92

جدول (6- 17) بهترین توابع برازش داده شده پارامتر خسارت جابجایی نسبی سد در سناریو1. 93

جدول (6- 18) احتمال وقوع ترک کششی در پاشنه سد در سناریو1. 93

جدول (6- 19) همبستگی بین پارامترهای مختلف و جابجایی نسبی سد در سناریو1. 94

جدول (6- 20) مشخصات آماری پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی در سناریو 2. 95

جدول (6- 21) بهترین توابع برازش داده شده پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی در سناریو 2. 96

جدول (6- 22) احتمال وقوع حالات حدی مختلف لغزش برشی درز اتصال سد و بتن در سناریو 2. 96

جدول (6- 23) همبستگی پارامترهای مکانیکی با میزان حداکثر جابجایی برشی درز اتصال سد و بتن در سناریو 2. 96

جدول (6- 24) مشخصات آماری پارامتر جابجایی نسبی سد در سناریوی 2. 97

شکل (6- 15) هیستوگرام پارامتر جابجایی نسبی در سناریو 2. 97

جدول (6- 25) بهترین توابع برازش داده شده به پارامتر خسارت جابجایی نسبی سد در سناریوی 2. 98

جدول (6- 26) احتمال وقوع ترک کششی در پاشنه سد در سناریو 2. 98

جدول (6- 27) همبستگی پارامترهای مکانیکی با میزان جابجایی نسبی سد در سناریو 2. 98

جدول (6- 28) مشخصات توزیع تصادفی خواص هندسی سیستمهای درزه در سناریو 3. 99

جدول (6- 29 ) مشخصات آماری پارامتر حداکثر جابجایی برشی درز اتصال سد و بتن در سناریوی 3. 100

جدول (6- 30) بهترین توابع برازش داده شده پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی در سناریو 3. 100

جدول (6- 31) احتمال وقوع حالات حدی مختلف لغزش برشی درز اتصال سد و بتن در سناریو 3. 101

جدول (6- 32) همبستگی پارامترهای مکانیکی با میزان حداکثر جابجایی برشی درز اتصال سد و بتن در سناریو 3. 101

جدول (6- 33) مشخصات آماری پارامتر جابجایی نسبی سد در سناریوی 3. 102

جدول (6- 34) بهترین توابع برازش داده شده پارامتر خسارت جابجایی نسبی سد در سناریو 3. 102

جدول (6- 35) احتمال وقوع ترک کششی در پاشنه سد در سناریو 3. 103

جدول (6- 36) همبستگی پارامترهای مکانیکی با میزان جابجایی نسبی سد در سناریو 3. 103

جدول (6- 37) مشخصات توزیع تصادفی خواص هندسی سیستم­های درزه در سناریوی 4. 104

جدول (6- 38) مشخصات آماری پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی در سناریوی 4. 104

جدول (6- 39) بهترین توابع برازش داده شده پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی در سناریو 4. 105

جدول (6- 40) احتمال وقوع حالات حدی مختلف لغزش برشی درز اتصال سد و بتن در سناریوی 4. 106

جدول (6- 41) همبستگی پارامترهای مکانیکی با میزان حداکثر جابجایی برشی درز اتصال سد و بتن در سناریوی 4. 106

جدول (6- 42) مشخصات آماری پارامتر جابجایی نسبی سد در سناریوی 4. 107

جدول (6- 43) بهترین توابع برازش داده شده پارامتر خسارت جابجایی نسبی در سناریو 4. 107

جدول (6- 44) احتمال وقوع ترک کششی در پاشنه سد در سناریوی 4. 108

جدول (6- 45) همبستگی پارامترهای مکانیکی با میزان جابجایی نسبی سد در سناریوی 4. 108

جدول (6- 46) شاخص قابلیت اعتماد کرنل برای پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی در سناریوهای مدلسازی شده  109

جدول (6- 47) شاخص قابلیت اعتماد کرنل برای پارامتر خسارت جابجایی نسبی سد در سناریوهای مدلسازی شده. 110

جدول (6- 48) رتبه بندی تأثیر پارامترهای مکانیکی.. 110

جدول (6- 49) خلاصه­ای از مشخصات آماری پارامتر خسارت حداکثر جابجایی برشی سناریوهای مدلسازی شده. 112

جدول (6- 50) احتمال خرابی بر اثر حداکثر جابجایی برشی در سناریوهای مدلسازی شده. 112

جدول (6- 51) خلاصه­ای از مشخصات آماری پارامتر خسارت جابجایی نسبی سناریوهای مدلسازی شده. 114

جدول (6- 52) احتمال خرابی بر اثر جابجایی نسبی در سناریوهای مدلسازی شده. 115

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo