طراحی پی ابنیه هیدرولیکی در خاکهای نفوذ پذیر همواره بعنوان یک مسئله عمده مورد توجه مهندسین و طراحان سازه های هیدرولیکی بوده است . مسئله تعیین زیر فشار و گرادیان هیدرولیکی در کلیه نقاط یک میدان نفوذ پذیر و به خصوص در برخی از نقاط کلیدی آن، از مهمترین پارامترهای موثر در طراحی پی سدهای بتنی وزنی که بر روی این نوع مصالح قرار گرفته اند می باشد. با اینکه روشهای نظری - تجربی در بین روشهای مختلف جهت برآورد تقریبی زیر فشار و گرادیان هیدرولیکی، بطور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند، با اینحال روشهای عددی بعلت در اختیار بودن کامپیوتر، بیش از پیش در حل معادلات آبهای زیرزمینی کارآئی خود را نشان داده ا یکی از جدیدترین روشهای عددی در این زمینه روش المانهای مرزی است که اخیرا ج حل معادله لاپلاس در محیط های متخلخل بطور وسیعی بکار گرفته شده و سرعت و دقت نتایج آن، این روش رابصورت یکی از کاربردی ترین روشهای مورد استفاده در مهندس طراحی معرفی کرده است . از مزایای عمده این روش ، سرعت کار در تعیین مقادیر پتانسیل و گرادیان هیدرولیکی در کلیه نقاط میدان نفوذ پذیر پی یک سد بتنی می باشد که نهایتا می توان براحتی تغییرات زیر فشار از جمله موارد مهمی که بدی طریق می توان به بررسی آن مبادرت نمود اثر پرده آب بند میانی و نقش زه کش پای در پایداری سدهای وزنی است که هدف اصلی بررسیهای موضوع این رساله می باشد . نتایج پژوهشهای حاضر نشان می دهد که پرده آب بند میانی اثر چندانی در کاهش زی فشار در سدهای بتنی - وزنی نداشته ولی ایجاد زهکش مناسب در مکانی مناسب در تغییر چگونگی توزیع زیر فشار در سطح تماس سد با پی بسیار موثر می باشد . همچنین روش عددی و برنامه کامپیوتری ارائه شده در این پایان نامه علاوه بر محاسبه زیر فشار و گرادیان هیدرولیکی در کلیه نقاط یک میدان همگن و نفوذ پذیر، به بررسی متغیرهای مختلف دخیل در این پدیده نیز می پردازد .

یک سری مطالعات مدل فیزیکی بر روی سر ریز پلکانی انجام شده است تا اثرات تغ شیب کف پله ها در میزان استهلاک انرژی جریان بر روی سر ریز و عوامل موثر در اف انرژی بررسی گردند. سر ریز دارای پروفیل اوجی استاندارد است که کمی پائین تر ا تاج تا پنجه به صورت پلکانی در آمده است . با انتخاب چهار گزینه از ارتفاع پله ها به عنوان متغیر اول و تغییر چهار زاویه کف پله ها به عنوان متغیر دوم، مجموعا 16 گزینه مورد آزمایش قرار گرفت . نتایج حاصل از مطالعات عینی، حاک از آن است که با افزایش زاویه کف پله در هر گزینه از ارتفاع پله، میزان استهلاک انرژی کاهش می یابد. همچنین با استفاده از تحلیل ابعادی و نتایج آزمایش ها، تاثیر پارامترهای مختلف در افت انرژی بررسی گردید . در همین راست برای بررسی ضریب کشش شکل، در چهار گزینه مربوط به پله با ارتفاع 30 میلی متر عمق جریان بر روی تمام پله ها اندازه گیری و پارامترهای موثر در ضریب کشش محاسب گردید. بررسی آماری نشان داد که عدد فرود در بین متغیرهای دیگر بیشترین ضریب همبستگی را با ضریب کشش شکل دارد، لذا رابطه ای برای محاسبه ضریب کشش شکل ب اساس عدد فرود جریان، در سر ریزهای پلکانی بدست آمد. در انتها با استفاده از نتایج مطالعات قبلی و تحقیق حاضر، یک روش تقریبی برای محاسبات افت انرژی سرریزهای پلکانی ارائه گردید .

سرریزها سازه هایی هستند که جریان فوق بحرانی را انتفال می دهند. از ویژگیهای این جریان آن است که کوچکترین تغییری در هندسه مجرا می تواند باعث بوجود آمدن تلاطم و آشفتگی هایی در پروفیل سطح آب گردد که ارتفاع آن گاهی به چندین برابر ارتفاع اولیه می رسد. بعلت ضعف تئوریکی و عدم در اختیار داشتن روابط محکم، در صورتیکه چنین تغییری در سازه بوجود آید لازم است که مدل فیزیکی آن تهیه گر و نتیجه نهایی طراحی از مدل فیزیکی بدست آید . به منظور تعیین یک قانونمندی برای این پدیده می توان از روشهای عددی استفاده کرد اساس کار تحلیل معادلات آب کم عمق)shallow water equations(می باشد و روش ع بکار گرفته شده، روش تفاضل محدود)finite diffrence method (می باشد. محدودیت های کاربرد این معادلات برای تحلیل مسائل مربوط به جریانهای فوق بحرانی مورد بحث قرار خواهد گرفت . تجربه موفقیت آمیز استفاده از روش انتقال محوره مختصات)teansform mapping (از جمله ویژگی های کار است که اعمال دقیق شرایط مرزی راامکان پذیر ساخته است . الگوی لاکس) lox scheme (که از روشهای تفاضل محدود است ، جهت انتگرالگیری از معادلات حاکم بر جریانهای فوق بحرانی مورد استفاده قرار گرفته و قابلیت اعمال شوک)shock capturing (این روش نشان داده شده است . شرایط مرزی در طول دیواره ها نیاز به توجه دقیق برای تکمیل نمودن این الگو دارد و تطبیق نتایج عددی و تحلیلی نشان می دهند که اگر شرایط مرزی درست اعمال گردد نتایج بسیار خوبی بدست می آید . در این پروژه به برسی عددی رفتار جریان در سازه های انتقال با تغییرات تدریجی دیواره ها پرداخته شده است . نتایج بدست آمده ثابت میکنند که روشهای عددی توانایی بررسی جریانهای فوق بحرانی در کانالهای با هندسه پیچیده رادارامی باشند جنبه های بسیاری از مسائل جریانهای با سرعت زیاد وجود دارد که می توان برنامه را برای آنها تعمیم داد. در بین آنها می توان به بررسی خمیدگی) curveture(تغییرات ناگهانی در هندسه، شیبهای کف مختلف ، مسئله ورود هوا به جریان و افزایش حجم آب و کاویتاسیون اشاره نمود .