دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
گرایش: عمران – سازه های هیدرولیکی
عنوان:
ارائه یک مدل عددی – ریاضی برای استفاده از شبکه بندی ورونوی جهت محاسبه تراوش از زیر سد بتن غلتکی به روش حجم محدود بی سازمان
چکیده
سدهای بتن غلتکی (Roller Compacted Conceret dams) نوعی از سدهای بتنی می باشند که به عنوان یک روش جدید در ساخت سدهای بتنی وزنی با ایمنی مشابه و سرعت اجرایی بالاتر (هزینه کمتر) مطرح شده اند. پدیده تراوش به عنوان یکی از عوامل مهم تخریب و ایجاد خسارت در سدها شناخته شده است. از این رو ارائه یک مدل جامع و واقعی در مورد پدیده تراوش از مسائل بااهمیت در طراحی سدها از جمله سد Rcc می باشد. این پدیده در ابتدا به وسیله روابط تجربی و تحلیلی و یا ساخت مدل هایی با ابعاد کوچک مورد بررسی قرار می گرفت که این روش ها علاوه بر مشکل عدم تطابق کامل با نمونه اصلی دارای هزینه اجرایی بالایی بودند. امروزه با در دسترس قرار گرفتن کامپیوترها، استفاده از روش های محاسباتی عددی – ریاضی به عنوان مناسب ترین روش جهت انجام این محاسبات شناخته شده است. در این پژوهش پس از بررسی تئوری حاکم بر پدیده تراوش و معادلات حاکم بر آن، از روش عددی حجم محدود با توجه به مزایای آن در شبیه سازی جریان سیالات و مسائل با هندسه نامنظم و شبکه بندی ورونوی به دلیل سازگاری مناسب آن با روش حجم محدود، جهت منفصل سازی معادلات حاکم بر تراوش و حل عددی آن استفاده شده است و برنامه کامپیوتری مربوطه به کمک نرم افزار و زبان برنامه نویسی توانمند MATLAB تهیه گردیده است. در انتها نتایج به دست آمده توسط جدیدترین ورژن نرم افزار PHASE2v7 که در سال 2010 توسط شرکت Rocscience به ارائه گردیده مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفته است و این مقایسه توسط نرم افزار قدرتمند آماری SPSS v17 صورت پذیرفته است.
فصل اول: مقدمه
1-1- دورنمای تحقیق
آب به عنوان اساسی ترین ماده برای تشکیل حیات و ادامه چرخه زندگی موجودات زنده، از ابتدای پیدایش انسان از اهمیت فوق العاده ای برخوردار بوده است. چنانچه اولین تمدن های بشری در کنار آب شیرین رودخانه شکل گرفته است. اهمیت وجود آب برای ادامه زندگی و به دست آوردن مواد غذایی دامی و کشاورزی با کمک آن از یک سو و در دسترس نبودن آب شیرین در تمام مناطق کره زمین از سوی دیگر باعث گردید تا انسان در طول دوران حیات خود به فکر راهی برای انتقال و مهار و ذخیره آب بیفتد.
اصلی ترین روش برای مهار و ذخیره آب جاری رودخانه ها، استفاده و ساخت سدها و بندها بر روی آنها می باشد که در طول تاریخ به شکل ها و با روش های مختلفی ساخته و مورد استفاده قرار گرفته اند. آب موجود در مخزن سدها به علت داشتن پتانسیل بالا همواره به دنبال راهی برای فرار و حرکت به سمت پایین دست سد می باشد و به همین دلیل در توده متخلخل خاک بدنه و پی سدها نفوذ کرده و به سمت پایین دست جریان می یابد. از این رو یکی از عواملی که همواره موجودیت سدها و یا قابلیت اصلی آنها که همان حفظ مقادیر زیاد آب در پشت سد می باشد را مورد تهدید قرار می دهد، پدیده نشت و یا تراوش از بدنه و پی آنها می باشد. این پدیده در تمامی سدهای خاکی و پی سدهای بتنی در مقادیر و اندازه های متفاوت وجود دارد، هدف از تحلیل و بررسی عملکرد این پدیده کنترل و مدیریت آن می باشد تا از بروز خسارات غیرقابل جبران به سدها جلوگیری به عمل آید.
پدیده تراوش که یکی از اصلی ترین عوامل خرابی سدها تا چند دهه قبل بود در ابتدا به وسیله روابط تجربی و تحلیلی و یا ساخت مدل هایی در ابعاد کوچکتر از اندازه طبیعی مورد بررسی و اندازه گیری قرار می گرفت، که این روش ها علاوه بر داشتن مشکلات ناشی از عدم تطابق کامل با نمونه اصلی در اکثر موارد دارای هزینه های بالای اجرایی بودند. اما پس از ظهور کامپیوترهای با قدرت محاسباتی بالا و در راستای آن معرفی روش های حل عددی معادلات دیفرانسیل که وابسته به استفاده از این ماشین های محاسباتی می باشند، این پدیده نیز همانند دیگر پدیده های علمی به وسیله روش های مختلف عددی مورد تحلیل و بررسی محققین بسیاری قرار گرفت. روش های مورد استفاده در حل عددی معادلات به لحاظ روش حل معادلات و نوع شبکه بندی محیط مورد بررسی، قابل تقسیم بندی می باشند. اصلی ترین روش های عددی مورد استفاده روش های تفاضل محدود، المان محدود و حجم محدود می باشند که هرکدام دارای قابلیت ها و معایبی می باشند.
2-1- اهداف تحقیق
خسارات ناشی از پدیده تراوش در دهه های گذشته به حدی بوده است که عملا، ساخت سدها بدون در نظر گرفتن این پدیده در آنها را به امری غیر مهندسی و غیر قابل قبول تبدیل نموده است زیرا بسیاری از سدها در اثر این پدیده و یا پدیده های مرتبط با آن مانند پدیده بالا زدگی، فشار برکنش و… دچار خسارات غیر قابل جبران به خود و خسارات جانی و مالی فراوان به انسان ها گردیده اند. با توجه به اهمیت مسئله، لزوم شناخت چگونگی عملکرد آن، برآورد محل و مقدار آن و متعاقبا راه های کنترل، ممانعت و مدیریت آن یکی از مهمترین پارامترها در طراحی این سازه های بزرگ، استراتژیک، پر هزینه و حیاتی می باشد.
با اینکه در دهه های گذشته روش های مختلف تجربی، تحلیلی و عددی برای محاسبه مقدار دقیق این پدیده مورد استفاده قرار گرفته است، ولی تمامی روش های یاد شده از معایب و مزایایی برخوردار می باشند. در این تحقیق از تلفیق یک روش عددی مبتنی بر روش حجم محدود که در مدلسازی جریان سیالات بسیار مناسب و کاربردی می باشد، به همراه استفاده از روش شبکه بندی محیطی ورنوی که در مسائل با هندسه پیچیده و نامنظم بسیار تطبیق پذیر و کاربردی می باشد، استفاده گردیده است تا به کمک آنها بتوان پدیده مورد بررسی را به نحوی دقیق تر، با سرعت زمانی بالاتر و روشی قابل تطبیق تر با شرایط نمونه اصلی طرح مورد ارزیابی قرار گیرد.
از طرفی ارائه روش حلی جدید در مهندسی عمران که در آن از تلفیق دو روش حجم محدود و شبکه بندی ورنوی برای شبیه سازی جریان سیال استفاده شده است، روزنه ای کوچک ولی کاربردی را برای کارهای عددی آتی در این رشته و به خصوص در رشته هیدرولیک و مهندسی آب به وجود می آورد، و امید است مورد استفاده و مفید فایده محققین بعدی که به روش های عددی علاقه مند می باشد قرار گیرد.
برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند