سرریز به عنوان یکی از مهمترین سازه های هیدرولیکی وابسته سدها، جریان سیلاب ورودی به مخزن سد را در مواقع تکمیل ظرفیت آن، با ایمنی کافی به پایین دست انتقال می دهد. به منظور استهلاک انرژی جریان خروجی از سرریز و ممانعت از تخریب پایین دست، سازه پایانه در انتهای سرریز مورد استفاده قرار می گیرد. پرتابه های جامی شکل بعنوان یکی از انواع مستهلک کننده های انرژی، با پرتاب جریان به فاصله ای دور از پای سرریز که با برخورد جریان آب با هوا و نهایتاً برخورد با پایاب رودخانه همراه است، انرژی جریان را مستهلک می کنند. برای کاهش هزینه های بالای ساخت سرریز، استفاده از سرریز با دیواره های همگرا راهکاری موثر و مقرون به صرفه ای می باشد. طراحی بهینه سازه پایانه با عملکرد موثر آن در استهلاک انرژی جریان خروجی بالاخص در سرریز سدهای بلند از اهمیت زیادی برخوردار است. در این مطالعه جریان سه بعدی عبوری از سرریز سد گاوشان به صورت عددی مدلسازی شده و به کمک نرم افزار flow-3d و مدل آشفتگی rng میدان جریان مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی سطح آزاد جریان از روش vof استفاده شده است. همچنین تاثیر همگرایی دیواره های سرریز سد گاوشان بر روی مشخصات جریان روی سرریز و پرتابه جامی شکل آن برای زوایای تنگ-شدگی 0، 1، 2 ، 5/2 و3 درجه و دبی های 600، 950 و 1350 متر مکعب برثانیه در نظر گرفته شده است. علاوه بر آن عملکرد هیدرولیکی پرتابه جامی شکل با تغییر دادن پارامترهای موثر بر آن از جمله شعاع های انحناء12، 16، 20، 24 و 28 متر و زوایای 25، 30، 35 و 40 درجه برای لبه جام مورد ارزیابی قرار گرفته است. مقایسه نتایج مدل عددی با داده های آزمایشگاهی نشان می دهد که این مدل قابلیت پیش بینی الگوی سه بعدی جریان با دقت مناسبی را داراست. در اثر جمع شدگی دیواره ها، یکسری موج های ضربدری در طول سرریز ایجاد می شود که باعث افزایش پروفیل سطح آب در نزدیکی دیواره ها می گردد. ارتفاع این موج ها با افزایش جمع شدگی سرریز بیشتر می شود. همچنین باعث افزایش عمق، سرعت جریان و فشار متوسط روی بستر پرتاب کننده جامی شکل می شود. در بررسی تغییر هندسه جام پرتابی نیز نتایج نشان دهنده عملکرد بهتر زاویه 30 درجه برای لبه جام و شعاعهای انحناء مابین 10 تا 14برابر عمق جریان ورودی به جام می باشد.

کانال ها یکی از با ارزش ترین و ضروری ترین ساخته های بشر در طول تاریخ بوده، چرا که این سازه ها، انتقال آب از مکانی به مکان دیگر را میسر می سازد و امری اجتناب ناپذیر برای برآورد نیازهای بشری در راستای تامین آب و همچنین انتقال آب از سطح معابر شهری و جاده ای به رودخانه ها می باشد. موضوع مقاومت جریان و نحوه ی توزیع آن در کانال ها، همیشه از موضوعات مورد بحث محققان و دانش پژوهان این زمینه بوده است. کانال های مثلثی با دیواره ی قائم (کانیوو) از مهمترین و پرکاربردترین نوع کانال ها در جمع-آوری آب های سطحی در معابر شهری، جاده ها و پل ها می باشد. با توجه به مطالعات کم و کمبود داده ها و مطالعات آزمایشگاهی، انجام تحقیقات آزمایشگاهی در این زمینه می تواند کمک شایانی به فهم موضوعات مهم جریان در این نوع کانال ها داشته باشد. برای تحقق این امر، کانال های مثلثی شکل کانیوو با جداره ی شیشه ای بر روی فلوم آزمایشگاهی ساخته شدند. دو نوع کانال با شیب دیواره ی جانبی °30و°45 ساخته و بر روی هر یک برای 4 دبی و 5 شیب مختلف آزمایشات انجام گردیده است. برای مطالعات بر روی این کانال ها، جریان یکنواخت در کانال مثلثی ایجاد گردید چرا که تحقیقات بر روی جریان یکنواخت، نتایج مطمئن تر و امکان مقایسه نتایج با یکدیگر می باشد. در جریان های زیر بحرانی برای ایجاد جریان یکنواخت در فلوم از دریچه ی تحتانی استفاده شده و با انجام آزمایشات با زاویه ی دریچه تحتانی متفاوت، زاویه ی مناسب برای ایجاد جریان یکنواخت بدست آمده است. همچنین در کنار مدل های آزمایشگاهی، مدل عددی (نرم افزار flow-3d) نیز طراحی گردیده و مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج بدست آمده در آزمایشات برای نمودار دبی- اشل، دبی- n مانینگ، دبی- f دارسی- ویسباخ و پروفیل سرعت جریان در کانال استفاده شده است. منحنی دبی-اشل برای تخمین دبی در کانال های روباز طبیعی و یا مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد که در این تحقیق این منحنی ها برای شیب های متفاوت آزمایش برای هر سطح مقطع خاص آورده شده است. نتایج حاصل از آزمایشات با نتایج حاصل از مدل عددی مطابقت خوبی داشته است. بررسی ها نشان می دهد که سطح مقطع °30 نسبت به سطح مقطع °45 به خاطر تاثیرات جداره، مقاومت بیشتری در مقابل جریان عبوری آب از کانال را دارد. رابطه ای ریاضی برای تخمین عمق جریان با استفاده از وارد کردن دبی و شیب، و بدون اعمال ضرایب n مانینگ یا f دارسی- ویسباخ از جمله دیگر نتایج تحقیق حاضر می باشد.

سد خاکی- سنگریزه ای آیدوغموش از سرشاخه های اصلی رودخانه قزل اوزن با هسته ناتراوای میانی می باشد. این سد با ارتفاع 82 متر از تراز پی، طول تاج 330 متر و عرض تاج 12 متر، در 19 کیلومتری جنوب غربی شهرستان میانه احداث شده است. در این تحقیق مقادیر ثبت شده نشست و فشار آب منفذی طی سالهای 1388 و 1389 در سه مقطع ابزاربندی شده مورد نظر قرار گرفته است. مدل سد با استفاده از نرم افزارهای seep/w و sigma/w مورد تحلیل واقع شد. تحلیلها به صورت دو بعدی بوده و با استفاده از آنالیز برگشتی، پارامترهای مناسب مصالح هسته، پوسته و نواحی انتقالی به دست آمدند. برای ارزیابی صحت نتایج، داده های به دست آمده از تحلیل عددی با نتایج ابزاردقیق مقایسه شدند. نتایج به دست آمده نشان داد که تطابق خوبی بین داده های تحلیل عددی و ابزاردقیق وجود دارد.

تراوش و جریان آب در خاک یکی از مهم ترین مسائل و عوامل موثر در طراحی سدهای خاکی می-باشد. روش های مختلفی برای کنترل تراوش از فونداسیون سدها وجود دارد. یکی از روش های کنترل تراوش استفاده از دیوار آب بند بتن پلاستیک می باشد. با توجه به این که در محل اتصال دیوار آب بند به هسته ی رسی گرادیان هیدرولیکی بالایی وجود دارد و هم چنین با گذشت زمان و فشار بیش تر خاکریز بالای دیوار، نشست قابل ملاحظه ای در خود دیوار اتفاق می افتد، احتمال وقوع ترک در دیوار، نشت آب و وقوع پدیده ی فرسایش در محل اتصال وجود دارد. از طرف دیگر به علت اختلاف مشخصات مصالح و سختی دیوار آب بند و هسته، احتمال تمرکز تنش و رفتار تنش - کرنش متفاوت در محل اتصال وجود دارد. بنابراین یکی از مواردی که برای طرح هر سیستم آب بندی و به خصوص دیوار آب بند بتن پلاستیک در سدهای خاکی باید مورد توجه قرار گیرد، اتصال آن با بدنه ی سد است. در این پایان نامه به ارزیابی تأثیر عمق نفوذ دیوار در داخل هسته ی رسی پرداخته شده است. برای این منظور سد عنبران به عنوان مطالعه ی موردی انتخاب شده است و طول نفوذهای مختلف شامل عمق نفوذهای 0، 1، 2 و 3 متر در نظر گرفته شده و مدلسازی و تحلیل صورت گرفته است و نتایج بدست آمده با هم مقایسه شده است. برای انجام مدلسازی عددی و تحلیل های تنش و تغییر مکان در حالت استاتیکی؛ شامل مراحل پایان ساخت و آبگیری اولیه از نرم افزار2007 geostudio و flac2d و در حالت دینامیکی از نرم افزار flac2d استفاده شده است. براساس نتایج بدست آمده، عمق نفوذ دیوار در هسته نقش موثری در میزان عبور آب، گرادیان هیدرولیکی و وضعیت تنش و تغییر مکان در دیوار و محل اتصال خواهد داشت و عمق نفوذ 2 متر به عنوان عمق نفوذ حداکثر بهینه انتخاب می شود. کلمات کلیدی: دیوار آب بند بتن پلاستیک، نفوذ دیوار در هسته، گردیان هیدرولیکی، وضعیت تنش - کرنش، سد عنبران، پایان ساخت، آبگیری اولیه، تحلیل دینامیکی، نرم افزار2007 geostudio، نرم افزار flac2d

سرریزها به عنوان یکی از مهم ترین سازه های هیدرولیکی وابسته سدها، نقش انتقال سیلاب ورودی به مخزن سد با ایمنی کافی به پایین دست را ایفاء می کنند. یکی از دلایل عمده شکست سدها طراحی نامناسب سرریز و بروز اشکال در عملکرد آن می باشد. در سرریز سدهای بلند به دلیل سرعت بالای جریان امکان بروز پدیده کاویتاسیون وجود دارد. در سرعت های بالای جریان وجود هرگونه نامنظمی در کف و دیواره سرریز باعث می گردد که جریان از جداره سرریز جدا شده و به علت کاهش فشار از حد فشار بخار آب، حباب های کاویتاسیون تشکیل شده و تخریب در جداره را به دنبال داشته باشد. هواده های شوت جزء اجزای متداول سرریزهای با هد بالا بوده که برای وارد کردن هوا به داخل جریان جهت جلوگیری از خسارت کاویتاسیون به کار برده می شوند. در این مطالعه جریان سه بعدی عبوری از سرریز سد گاوشان به صورت عددی و توسط نرم افزار fluent مدلسازی شده است. جهت مدل کردن آشفتگی از روش rng و برای شبیه سازی سطح آزاد جریان و تعیین سطح مشترک آب و هوا از روش چندفازی vof استفاده شده است. تاثیر فقدان و نصب سازه هواده بر روی تنداب سرریز و تعیین مشخصه های هیدرولیکی جریان دوفازی آب و هوا و تغییرات مقادیر غلظت های هوای جریان در نزدیکی کف سرریز برای دبی های 600، 950 و 1350 متر مکعب بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر آن تاثیر مسدود بودن سازه هواده بر مقادیر غلظت های هوای موجود در کف برای دبی بیشینه لحاظ شده است. مقایسه نتایج مدل عددی و مدل آزمایشگاهی بیانگر دقت مناسب مدل عددی در پیش بینی الگوی سه بعدی جریان دوفازی می باشد. در نبود سازه هواده اندیس کاویتاسیون از مقدار بحرانی کمتر بوده و نیازمند نصب هواده بر روی تنداب می باشد. با افزایش دبی جریان آب سرریز، سرعت و حجم هوای ورودی از هواده افزایش می یابد. این در حالیست که ضریب هوادهی در دبی کمینه سرریز دارای بیشترین مقدار بوده و بیانگر افزایش غلظت هوا در کف با کاهش دبی سرریز می باشد. همچنین در صورت مسدود شدن سازه هواده، هوادهی تنها از طریق سطح آشفته بالایی جریان با اتمسفر صورت گرفته و میزان غلظت هوا در کف در این حالت کمترین مقدار می باشد.

تامین آب مورد نیاز یکی از ضروریات مهم جوامع بشری بشمار می رود. محدود بودن منابع آب شیرین در جهان انسان را بر آن داشت تا از روش های مختلف برای تامین نیاز خود سود جوید. یک از این روش ها احداث آب بند و سد ها بر روی رودخانه ها می باشد.انواع سدها بر اساس مواد به کار رفته در آن، سد بتنی، خاکی و سنگریزه ای می باشد. سد ها به علت هزینه زیاد ساخت و خسارات جبران ناپذیر ناشی از خرابی، رفتارشان همواره باید کنترل و ارزیابی شود. رفتار نگاری سد در سه دوره اصلی، زمان ساخت، اولین آبگیری و زمان بهره برداری انجام می شود. رفتار نگاری صحیح مستلزم آگاهی دقیق از سد می باشد. این آگاهی با بدست می آید. (instrumentation) نصب ابزارهای حساس بنام ابزار دقیق با توجه به خطرات جدی ناشی از شکست سدها، آگاهی از نحوهی رفتار آنها در شرایط و دوران مختلف امری مهم و اجتنابناپذیر است. با استفاده از نتایج حاصله از قرائت ابزار دقیق به کار رفته در بدنه سد و پی آن و با تحلیل و پیش بینی رفتار سد ها در مراحل ساخت و بهره برداری، می توان با اتخاذ اقدامات لازم از وقوع مشکلات جدی در حین بهره برداری از سد جلوگیری به عمل آورد. در تحقیق حاضر رفتارنگاری سد ستارخان اهر در دوران بهره برداری مورد ارزیابی قرار گرفته است. ارتفاع این سد 75 متر و طول تاج آن 350 متر می باشد و حجم مخزن سد در حدود 135 میلیون مترمکعب برآورد شده است. ابزار دقیق شامل انواع پیزومترها، سلول های اندازه گیری فشار کل توده خاک، انحراف سنج ها و نشست سنج ها در چهار مقطع مختلف قرار داده شده است. بر این اساس رفتار نگاری سد با استفاده از اطلاعات ابزار دقیق و تحلیل های عددی در محیط تنش موثر انجام گرفته است و در انجام تحلیل که به روش المان geostudio از سری نرم افزار های sigma/w و seep/w ها از نرم افزارهای محدود و در حالت دو بعدی می باشند، استفاده شده است. 16/ 10 سانتی متر و در قسمت پوسته 3 / بر اساس بررسی های انجام گرفته نشست در هسته رسی 2 0 درصد ارتفاع سد بوده و در محدوده مجاز می باشد. در ادامه با / 0 و 2 / سانتی متر بوده که به ترتیب 1 مقایسه تراز آب پیزومتریک و تراز آب مخزن صحت عملکرد پیزمتر ها اثبات گردید، سپس از طریق تحلیل عددی حاصل از نرم افزار رفتار تراوشی این سد مدل و با نتایج ابزار دقیق مقایسه شد. همچنین با بررسی تنش های هسته سد پدیده قوس زدگی کنترل شد و این تحقیق نشان داد که سد مذکور دچار این معضل نمی باشد.

سدهای خاکی سازه های سه بعدی عظیم، ناهمگن، چند فازه (شامل آب و خط و هوا) و تشکیل شده از مصالح غیر خطی و غیر الاستیک می باشند؛ لذا تحلیل دینامیکی و ارزیابی پایداری لرزه ای آن ها از مسائل پیچیده در حوزه سازه های خاکی است. امروزه نیز با پیشرفت رایانه در هر دو زمینه نرم افزار و سخت افزار روش های عددی نیز در حل مسائل مهندسی بسیاری از مشکلات را خصوصاً در زمینه غیر الاستیک بودن مصالح و اثر سه بعدی سازه حل نموده است. در پروژه های ژئوتکنیکی نرم افزار flac یک نرم افزار چند منظوره و قدرتمند در هر دو زمینه تحلیل استاتیکی و دینامیکی براساس روش تفاضلات محدود می باشد. در این رساله آنالیز دینامیکی سد خاکی ستارخان اهر بدلیل شرایط خاص آن از نظر لرزه ای مورد بررسی قرار گرفته است. این شرایط بدلیل وقوع زلزله بالای 6 ریشتر در محدوده ای به شعاع تقریباً 40 کیلومتری از سد ایجاد شده است. با مدل سازی تفاضل محدود سد ستارخان در نرم افزار و اعمال طیف زلزله اهر – ورزقان اثر این زلزله بر روی سد بررسی شده است. نتایج نشان می دهد مدل دینامیکی سد ستارخان در اثر زلزله ورودی 21 مرداد سال 1391 تطابق خوبی با داده های استحصالی از رفتار خود سد در واقعیت داشته، به طوری که مقدار افزایش فشار آب منفذی در نرم افزار 20 متر و با توجه به داده های ابزار دقیق 22 متر می باشد. برای مقایسه اثر همین زلزله بر روی سدهای دیگر، دو سد گاوشان با ارتفاع 125 متر و علویان با ارتفاع 70 متر انتخاب و تحلیل دینامیکی بر روی آن ها انجام شده است. از نتایج اصلی مقایسه رفتار دو سد دیگر با سد ستارخان می توان به رفتار مناسب تر سد علویان در اثر این زلزله با توجه به تغییر مکان ها و شتاب و مقادیر تنش وکرنش و همچنین مقادیر جابجائی و شتاب بالای سد گاووشان به علت ارتفاع بالای آن اشاره داشت. در ادامه بدلیل اثر شکل هندسی سد در پاسخ دینامیکی آن به بررسی این موضوع پرداخته ایم. نتایج حاصله حاکی از این است که تغییر عرض تاج سد و به تبع آن شیب هسته و پوسته اثر بسزایی در پاسخ سد به زلزله دارد. از جمله نتایج این بخش می توان به این موارد اشاره داشت که افزایش شیب هسته باعث افزایش نشست تاج و نیز جابجائی افقی سد شده و نیز روند تغییر جابجائی افقی پوسته بالادست در اثر کاهش در مقدار عرض تاج سد نزولی است و در کل دو شیب هسته 1v:0.25h و 1v:0.35h مناسبت ترین شیب از نظر جابجائی و کرنش برشی و نیز حساسیت هندسه به تغییرعرض تاج سد می باشند.

در سرریزهای تونلی که جریان با سرعت بالا و اغلب تحت فشار برقرار می باشد، به دلیل زبری جداره بتنی سرریز و وجود درزها و انحنا در مسیر تونل احتمال جدایش جریان از جداره افزایش یافته و در نتیجه وقوع پدیده کاویتاسیون و تخریبات ناشی از آن محتمل می باشد. هوادهی جریان را یکی از موثرترین روش ها جهت پیشگیری از این پدیده بیان نموده اند. در این تحقیق جریان عبوری از روی رمپ تعبیه شده در کف داکت تحت فشار به صورت عددی و به کمک نرم افزار fluent در حالت دو بعدی و سه بعدی مدل سازی شده است. جهت اعتبار سنجی عملکرد مدل عددی از نتایج آزمایشگاهی مناف پور (2004) استفاده گردید. مقایسه نتایج مدل عددی و آزمایشگاهی بیانگر دقت مناسب مدل عددی در پیش بینی الگوی دو بعدی و سه بعدی جریان یک فازی و دو فازی می باشد. در حالت بدون هوادهی با افزایش ارتفاع نسبی رمپ (tr/d) و زاویه رمپ (?) به علت افزایش سرعت جت پرتابی آب، طول اتصال مجدد و شدت توربولانسی جریان افزایش و ضریب فشار مینیمم جریان (cp min) واقع در ابتدای ناحیه چرخش پایین دست رمپ کاهش می یابد. با ورود هوا به جریان نه تنها ناحیه چرخش جریان آب بلافاصله پایین دست رمپ با هوای تزریقی پر شده بلکه طول کاویتی تشکیل شده بیشتر از طول ناحیه چرخش جریان در حالت بدون هوادهی می گردد.