بررسی اثرات رسوب در مخزن بر سطح آسیب لرزه ای سد بتنی وزنی تحت زمین لرزه‌های حوزه نزدیک و دور

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آب - سازه های هیدرولیکی ، دانشکده مهندسی عمران ، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 گروه آب- سازه های هیدرولیکی ، دانشکده مهندسی عمران ، دانشگاه تبریز

چکیده

در مقاله حاضر تاثیر رسوبات انباشته شده در مخزن بر پاسخ دینامیکی غیرخطی سد بتنی وزنی تحت زمین زلزله‌های حوزه نزدیک و حوزه دور از گسل با استفاده مدل عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. تاثیر رسوبات در مخزن به عنوان یکی از عوامل موثر بر پایداری سدهای بتنی وزنی همواره مطرح می‌باشد، لذا تلاش گردیده است تاثیرآن با لحاظ دو ارتفاع مختلف رسوب در مخزن مورد مطالعه گیرد. همچنین جهت بررسی دقیق‌تر موضوع شتاب‌نگاشت‌های حوزه نزدیک و دور در سه زلزله متفاوت بر سازه سیستم سد - مخزن - فونداسیون اعمال گردیده است. مدل آسیب پلاستیک بتن(CDP) که شامل رفتار سخت شوندگی و نرم شوندگی کرنشی بتن می‌باشد در تحلیل دینامیکی غیرخطی بکار رفته است. بعنوان مطالعه موردی تحلیل دینامیکی غیرخطی و آنالیز خرابی لرزه‌ای سد بتنی وزنی شفارود واقع در استان گلستان تحت زمین لرزه‌های حوزه دور و نزدیک با همراه لحاظ اثرات رسوبات در مخزن مورد ارزیابی قرار گرفته است. اندیس خرابی کلی بعنوان یکی از پارامترهای پاسخ لرزه‌ای سازۀ سد مورد بررسی، ارائه گردیده است. نتایج بدست آمده از تحلیل سد بتنی وزنی تحت تاثیر هر یک از زمین لرزه‌های حوزه نزدیک و دور به همراه دو ضخامت متفاوت رسوبات در مخزن مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از تحلیل حاکی از تاثیر قابل ملاحظه رسوبات انباشته شده در مخزن سد در زمین لرزه‌های حوزه نزدیک بر رفتار دینامیکی سد بتنی وزنی می‌باشد بطوریکه در این شرایط تخریب بدنه سد افزایش یافته و جابجایی تاج سد کاهش می‌یاید. ولی در حالت کلی براساس نتایج حاصل نمی توان نظر کلی در خصوص تاثیر رسوبات بر میزان پاسخ سد وسطح آسیب بدنۀ آن ارائه نمود بسته به هندسۀسازۀ سد و نوع شتاب اعمالی پاسخ هر سدی می تواند متفاوت باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of Sediment in the reservoir on Seismic Damage of Concrete Gravity Dam in the Near-Fault and Far-Fault Ground Motions

نویسندگان [English]

  • Farhoud Kalateh 1
  • Amir Gamatlo 2
1 Civil Engineering Department, University of Tabriz, Tabriz-Iran
2 Civil Engineering Department, University of Tabriz, Trabriz-Iran
چکیده [English]

Sediment in the dam’s reservoir has a significant role on mitigation of dynamic response of concrete gravity dams and also the seismic response of dams in near-field motion can be considerably different from those observed in the far field and the near-fault ground motions can cause considerable damage during an earthquake. This paper presents results of a study aimed at evaluating the sediment effects in the near-fault and far-fault ground motions on nonlinear dynamic response and seismic damage of concrete gravity dams including dam-reservoir-foundation interaction. For this purpose, 3 as-recorded earthquake records which display ground motions with an apparent velocity pulse are selected to represent the near-fault ground motion characteristics. The Shafaroud gravity dam, which is selected as a numerical application, is subjected to a set of as-recorded near-fault and far-fault strong ground motion records and three different level of sediment are assumed. Results show that in the near-fault horizontal earthquake with assuming 2 m sediment height a 3.67% reduction and with 8 m sediment height a 10.33% reduction in dam crest displacement are obtained but in far-fault ground motion reservoir sediment do not have a sable pattern effect on dam’s response. Therefore, any dam must be evaluated for sediment effects on its dynamic response individually.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gravity dam
  • Sediment
  • Nonlinear dynamic analysis
  • Concrete damage plasticity
  • Near fault motion
  • Far fault motion
  • Seismic damage
[1] Pasbani K. M,, Ghorbani M. A., Seyfi L., (1394).Investigation of The Effect of Sediment Inertia on Seismic Response of Concrete Gravity Dams Using Finite Element Model. Dam and Hedroelectric Powerplant. 2 (5) :65-73.Tehran. Iran.            
[2] Bandei F., Azizian G.,Golbarari  M., (2015).  Displacement of Gravity Dam in Far and Near Fault Earthquake Including Dam-Water-Sediment-Foundation Interaction.Current World Environment.Vol. 10(Special Issue 1)
[3] Mohammadi  Shoja H., Shokrollahi B., Haji Rasooliha A., Kamalim T., (1382). Investigation of the Dynamic Expansion crack and Earthquake breakdown in concrete gravity Dams.Fourth International Conference on Seismology and Earthquake Engineering, Tehran. Iran.
[4] Navaii Nia B., Naseri N., Kalani L., Vaseghi Amiri G., (1393).  Evaluation of Nonlinear Response of Concrete gravity Dams with Crack  Modeling  with rotary and fixed method. First National Congress on Structural Engineering of iran, Congress Center of the Olympic Hotel. Tehran. Iran.
[5]Rahimzadeh R. F., Omidi A., (1381). investigated of  the  effects of  nonlinear  behavior  of  concrete on  the  response of seismic concrete arch dams. The first conference on safety and rehabilitation of structures, Amirkabir University of Technology. Tehran. Iran.
 
[6]Nezhadfard H., (1391). The effect of cracking on the spectral response of arc concrete dams by finite element method, Master's thesis, Islamic Azad University, Ahar Branch.
 
[7] Mahmoudian Shooshtari M., Sadeghi Chikani P., (1392). Dynamic Analysis of gravity Dams with Considering the Concrete cracking with the Finite Element Method, 7th National Congress on Civil Engineering, Shahid Nikbakht Engineering univercity, Zahedan.
 
[8]Aghazadegan A., Moradloo J., (1391).  Investigating the parameters of concrete failure model on nonlinear seismic response of arc concrete dams, second national new finding conference Civil Engineering, Islamic Azad University, Najaf Abad Branch, Najaf Abad.
 

[9] Jiang  S. Y., Du C. B., (2012). Seismic stability analysis of concrete gravity dams with penetrated cracks. Water Science and Engineering, 5(1), 105-119.

[10]Shi M., Zhong H., Ooi E. T., Zhang C., Song C., (2013). Modelling of crack propagation of gravity dams by scaled boundary polygons and cohesive crack model. International Journal of Fracture, 183(1), 29-48.
[11] Oliveira S., Gaspar N., Dinis P., (2006). Cracking Analysis in Concrete Dams using Isotropic Damage Models.Objectivity of Numerical Solutions. InIII European Conferenceon Computational Mechanics (pp.369-369). Springer  Netherlands.
[12] Wepf D. H.,  Feltrin G., Bachmann H., (1993). Influence of time-domain dam–reservoir interaction on cracking of concrete gravity DAMS. Earthquake engineering structural dynamics, 22(7), 573-582.
[13] Haj Hosseini J., Moradloo  J., (1393). Comparison of  Near‐Filed  and   Far‐Filed  Earthquakes on Nonlinear Response of Concrete gravity Dams, Journal of Civil and Environmental Engineering, Tabriz University Winter.
[14] Kalateh F., Ghamatloo, A., (1396).  Comparison   of   the   massive   and mass less   foundation   on  the  nonlinear   dynamic   response   of   concrete  gravity   dam   in  terms   of   the   interaction   of   dam, reservoir, foundation.International Conference on Civil Engineering, contemporary iranian architecture and urbanism , Shahid Beheshti University. Tehran. Iran.
[15] Rescher O., (1990). Importanceof cracking in concrete dams. EngngFractMech, 35(3):503-2
[16] Naeim F., (2001). The   Seismic  Design   Handbook,  2n   edition,   Kluwer  Academic  Publishers.
 
[17] Ghoprah A., (2004). Response  of  Structuresto Near-Fault Ground Motion , 13thWorConf  on Earth.  Eng. 1-6:1031
 
[18] Somerville P., (2000).Characterizationofnear field groundmotions.In:Proceedingsof the US–Japan workshop:effectsofnear-field earthquakeshaking.SanFran- cisco; March.
 
[19] Sharan, S. K., (1987). Time-domain analysis of infinite fluid vibration. International Journal of Numerical Methods in Engineering.24,pp. 945–958
 
[20] Hatano  T., (1965). "An Examination of The resonance of hydrodynamic pressure during Earthquakes due to Elasticity of water", technical report C-65001, central research institute of electric power industry, Tokyo, Japan. 
[21] Fenves G., Chopra A.,  (1983). "effects of reservoir bottom absorption on earthquake response of Concrete gravity dams", Earthquake Eng. and Structural Dynamic., Vol. 11.
[22]Krajcinovic D., (1984). Continuum damage mechanics, Applied MechanicsReviews.37(1):1–6
[23] Dragon A., Mróz  Z., (1979). A continuum model for plastic-brittle behavior of rock and concrete. International Journal of  Engineering Science,17(2):121–37.
[24]Mander, J.B., Priestley, M.J.N., and Park R. (1984). Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete. Journal of Structural Engineering. ASCE, 114(3), 1804-1826.
[25] Cervera M., Oliver J., Faria R., (1995). Seismic evaluation of concrete dams via continuum damage models. Earthquake Engineering and Structural Dynamics.24(9):1225–45.
[26] Hatzigeorgiou  G., Beskos D., Theodorakopoulos D., Sfakianakis M. A., (2001).  simple concrete damage model for dynamic FEM applications. International Journal of Computational Engineering Science.2:267–86.
[27] Lubliner  J., Oliver  J., Oller  S., Oñate  E., (1989). A plastic-damage model for concrete. International Journal of  Solids  and  Structures.25(3):299–326.
[28] Lee  J. ,Fenves G. L., (1998). Plastic-damage model for cyclic loading of concrete structures. Journal of Engineering Mechanics.124(8):892–900.
[29] Mavroeidis G. P., Papageorgiou, A., S., (2003). A mathematical representation of near-fault ground motions. Bulletin of the Seismological Society of America.93 (3):1099–131.
[30]  Calayir Y., Karaton  M., (2005).  A continuum damage  concrete model for earthquake analysis of concrete  gravity  dam–reservoir systems. Journal Soil Dynamics and Earthquake  Engineering.25:857–869