بررسی اثرات تخریبی جریان سیلابی بر روی دال بتنی کف سرریز (مطالعه موردی: سرریز سد بوکان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری عمران، دانشکده مهندسی عمران، سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران.

2 . دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران.

3 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران.

چکیده

سرریز به‌عنوان یکی از مهم‌ترین سازه‌های آبی وابسته سدها، جریان سیلاب ورودی به مخزن سد را در مواقع تکمیل ظرفیت آن، با ایمنی کافی به پایین‌دست انتقال می‌دهد. ایمنی سدها به‌طور اهم ارتباط مستقیم و تنگاتنگی باکفایت ظرفیت سرریز دارد. ازاین‌رو اطمینان از عملکرد دقیق سازه‌ای و هیدرولیکی سرریزها از نکات حائز اهمیت در همه سدها می‌باشد. درتحقیق حاضر، به‌منظور بررسی عوامل مؤثر بر تخریب پانل بتنی سرریز سد بوکان با بهره‌گیری از نرم‌افزارهایWS77 و Flow3D به شبیه‌سازی مشخصه‌های هیدرولیکی جریان بر روی سرریز به ازای دبی‌های سیلابی 50 و 10000 ساله پرداخته شد. عوامل مختلف شناخته‌شده در تخریب پانل بتنی سرریزها همچون وقوع پدیده کاویتاسیون، نوسانات فشار، فشار برکنش و جک هیدرولیکی نیز موردبررسی قرار گرفتند. همچنان که در نتایج آمده است، حداقل شاخص کاویتاسیون در سیلاب‌های منتخب 50 و 10 هزارساله به ترتیب 31/0 و 275/0 است که از مقدار بحرانی 2/0 بیشتر است. علاوه بر آن شاخص پتانسیل خرابی در حداکثر مقادیر محاسبه‌شده در دو سیلاب مذکور به ترتیب برابر با 111 و 198 (در آفست 5/2 سانتیمتری) است که از مقدار آستانه تخریب برابر با 500، فاصله دارد. براین اساس وقوع پدیده کاویتاسیون غیرمحتمل و لحاظ اقدامات مقابله با کاویتاسیون همچون سازه هواده‌ها در سرریز سد بوکان توصیه نمی‌شود. با این ‌وجود نتایج بررسی‌ها حاکی از آن است که با افزایش فشار ناشی از وقوع پدیده جک هیدرولیکی در کنار فشار برکنش به مقادیر بیش از مؤلفه وزن و نیروی مقاوم انکرها، منجر به جابجایی پانل بتنی کف سرریز شده است که می بایست ترمیم گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of destructive effects of flood flow over slab-on-ground of spillway (Case study: Bukan Dam spillway)

نویسندگان [English]

  • amir bahramifar 1
  • Hassan Afshin 2
  • Mehrdad Emami Tabrizi 3
1 Ph. D. Student, Faculty of Civil Engineering, Sahand University of technology, Tabriz, Iran.
2 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, Sahand University of technology, Tabriz, Iran.
3 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Sahand University of technology, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

When the dam reservoir exceeds its capacity, the spillway, as one of the most significant water-dependent elements of dams, safely conveys the oncoming flood flow to the dam reservoir. Dam safety is inextricably linked to sufficient spillway capacity. Therefore, one of the most pressing issues in all dams is ensuring the accuracy of structures and the hydraulic operation of spillways. In the present study, the hydraulic parameters of the flow on the spillway for the flood discharges with 50 and 10,000-year return periods were simulated using WS77 and Flow3D softwares in order to evaluate the factors affecting the destruction of the concrete panel of the Bukan Dam spillway. Various known factors in the destruction of spillway floor concrete panels such as cavitation, pressure fluctuations, uplift pressure and hydraulic jacks were also investigated. As shown in the results, the minimum cavitation index in selected floods of 50 and 10 thousand years is 0.31 and 0.275, respectively, which is more than the critical value of 0.2. Furthermore, at the maximum values estimated in the two floods, the failure potential index is 111 and 198 (2.5 cm offset) respectively, which is much below the value of the destruction threshold of 500. However, the results show that increased pressure owing to the hydraulic jack phenomenon, as well as uplift pressure to values greater than the concrete panel weight component and anchor strength, has resulted in spillway floor concrete panel displacement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bukan Dam
  • Cavitation
  • Concrete Floor Panel
  • Destruction
  • Spillway
  • Stagnation pressure

مراجع

  1. Manafpour, M., Ebrahimnezhadian, H., & Babazadeh, V. (2019). Numerical study of spillway sidewall convergence effects on the hydraulic characteristics of flow and probability of occurrence of cavitation phenomenon. J. of Water and Soil Conservation. 25(5). 109-126.
  2. Doraghi, A. (2009). Hydraulic behavior of water on the ogee spillway of three craters and determination of flow-scale relationship and optimization of transition walls (Case study of Balaroud Dam). Master Thesis, Shahid Chamran University of Ahvaz.
  3. Arefpour, M. (2009). Investigation of flow hydrodynamics and downstream jet trajectory curve in cup-shaped projectile (Case study of Balaroud Dam). Master Thesis, Shahid Chamran University of Ahvaz.
  4. Parsi, E., Behdarvandi Asghar, M., Fathi Moghadam, M., & Kazemiyanzadeh, A. (2009). Investigation of cavitation phenomenon along spillway using structure model. 8th Iran Hydraulic Conference.
  5. Mehri, M. (2006). Modeling the hydraulic behavior of the flow on the spillway of Balaroud dam with small scale. Master Thesis, Shahid Chamran University of Ahvaz.
  6. Nasr Esfahani M.J., & Shafai Bajestan M. (2014). Investigation of Cavitation at the Roughened Bed of Abrupt Drop Stilling Basin. Journal of Hydraulics. 8(2), 29-40.
  7. Hashemi, A.F., Khosrowjerdi, A., &   Sedghi, H. (2012). Study of Pressure Fluctuations and Probability of Cavitation Occurrence in the Slot of Bottom Outlet Gate of Gotvand Dam. Water and Soil Science Journal. 22(3). 183-195.
  8. Ball, J.W. (1976). Cavitation from surface Irregularities in high velocity flow. American Society of Civil Engineers. 102 (9). 1283-1297.
  9. Barani, G.H., & Abbasi, U. (2005). Optimization of flat plate Flip Bucket radius using dimensional analysis. 5th Iranian Hydraulic Conference. November 17-19, Faculty of Engineering. Shahid Bahonar University of Kerman. Kerman. pp. 145-153.
  10. Boes, R., & Hager, W.H. (2003). Two-phase characteristics of stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 129 (9), 661-670.
  11. Chanson, H. (1994). Hydraulics of Nappe Flow Regime Above Stepped Chutes and Spillways. Civil Engineering Trans. I.E. Aust., 36(1), 69-76.
  12. Darren Hinton, P.E., Brian Hughes, M.A., & Ed Zapel, M.S. (2015). Scott Dam Spillway- Comparing Physical Model Study Results. Paper Presented Hydro Vision Conference. July. 15-17.
  13. (1990). Cavitation in chute and spillway [Engineering Monograph No. 42. United States Department of the Interior-Bureau of Reclamation. Denever. Colorado.
  14. (1982). Predicting cavitation in tunnel spillway. Water Power and Dam Construction, 34(8), 13-155.
  15. Gonzalez, A.C., & Chanson, H. (2004). Scale effects in moderate slope stepped spillways experimental studies in air-water flows. In the 8th National Conference on Hydraulics in Water Engineering. Gold Coast. Australia.
  16. Johnson, V.E. (1963). Mechanics of cavitation. Tran American Society of Civil Engineers. Journal of Hydraulic Engineering, 89(3), 251-275.
  17. Kamanbedast, A., Bahmani, M., & Aghamajidi, R. (2014). The Effect of Surface Roughness on Discharge Coefficient and Cavitations of Ogee Spillways Using Physical Models. Journal of Applied Science and Agriculture, 9(6), 2442-2448.
  18. Rajasekhar, Santhosh., & Sekhar, S.J. (2014). Physical and Numerical Model Studies on Cavitation Phenomenon-A Study on Nagarjuna Sagar Spillway. International Journal of Recent Development in Engineering and Technology, 2(1), 1-10.
  19. Savage, B.M., & Johnson, C. (2001). Flow over ogee spillway: Physical and numerical model case study. Journal of Hydraulic Engineering, 127, 640-649.
  20. Zandi Goharrizi, F., Azhdary Moghadam, M., & Parchami, A. (2014). Fuzzy Predicting Model for Cavitation in Chute Spillways. Global Journal of Scientific Researches, 2(1), 12-20.
  21. Wyoming, Reclamation (March 1987). Bureau of Reclamation. 1987. Design Summary. Big Sandy Dam Safety Spillway Modification. Eden Project. Technical Service Center. Denver. Colorado.
  22. Hepler, T.E., & Johnson, P.L. (1988). Analysis of Spillway Failures Caused by Uplift Pressure. Proceedings of National Conference on Hydraulic Engineering and International Symposium on Model-Prototype Correlations. American Society of Civil Engineers. August 8-12. 1988.
مدیریت آب و آبیاری
دوره 12، شماره 3
شهریور 1401
صفحه 497-510

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار