Using the Finite Element Method in the Coupled Analysis of Earth Dams and Estimating the Associated Pore Water Pressure

مهندسی عمران فردوسی

Article 2, Volume 31, Issue 2 - Serial Number 22, May 2018, Pages 23-40   

Document Type: پژوهشی

DOI: 10.22067/civil.v31i2.54955

Authors

farhoud kalateh; farideh hoseinnejad^*

Tabriz University

Abstract

A significant increase in pore water pressure during construction of earth dams may lead to the hydraulic fracture of dam body in pounding. Thus having sufficient information about generation pattern of excess pore water pressure inside the core is essential. In the present study, using finite element method in coupled analysis of earth dams, excess pore water pressure and displacement values are estimated during the construction of Daroongar dam by developed Fortran code, and the results were compared with instrumentation data. Finally the actual amounts of horizontal and vertical permeability coefficients were determined for the materials by regression analysis.

Keywords

Earth Dam; Biot Equations; Coupled Analysis; Pore Water Pressure

Supplementary Files

2-kalate-Edited.pdf

References

1. Gikas, V., Sakellariou, M., "Settlement Analysis of the Mornos Earth Dam (Greece): Evidence from Numerical Modeling and Geodetic Monitoring", Journal of Engineering Structures, Vol. 30, No.11, pp. 3074-–3081. (2008).

2. شرکت مهندسان مشاور آشناب، "راهنمای تحلیل و طراحی لرزه‌ای سدهای خاکی و سنگریز"،معاونت نظارت راهبردی، امور نظام فنی، نشریۀ شمارۀ624، (1392).

3. Clough, G. W., R. J. Woodward, "Analysis of Embankment Stress and Deformation", Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Vol. 93, No. 4, pp. 529-549, (1967).

4. زمردیان، س.م.ع. و چوچی، ح.، «تحلیل عددی رفتار سدهای خاکی- سنگریزه‌ای حین ساخت و اولین آبگیری(مطالعۀ موردی سد مسجدسلیمان)»، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک،16(62)،صص.242-229، (1391).

5. Chen, Q., Hua Zou, Y., Tang, M., Rong He, C., "Modelling the Construction of a High Embankment Dam", KSCE Journal of Civil Engineering, Vol. 18, No.1, pp. 93-102, (2014).

6. Aflaki, E., "Comparing Numerical Analysis Predictions and Experimental Data for Shirindarreh Embankment Earth Dam", Asian Journal of Applied Sciences, Vol. 2, No. 1, pp. 50-62, (2009).

7. Al-Homoud, A.S., Tanash, N., "Monitoring and Analysis of Settlement and Stability of an Embankment Dam Constructed in Stages on Soft Ground", Bulletin of Engineering Geology and the Environment, Vol. 59, No.4, pp. 259–284, (2001).

8. Chu, F., "Finite Element Analysis of Stress Deformation of Earth-rock Dam on Narrow Valley", Applied Mechanics and Materials, 580-583, pp. 1852-1855, (2014).

9. Derakhshandi, M., Pourbagherian, H. R., Baziar, M. H., Shariatmadari, N. Sadeghpour, A. H., "Numerical Analysis and Monitoring of a Rockfill Dam at the End of Construction (Case Study: Vanyar Dam)", International Journal of Civil Engineering, Vol. 12, No.4, Transaction B: Geotechnical Engineering, (2014).

10. Jafari, F., Salmasi, F., "Effect of Embankment Soil Layers on Stress-Strain Characteristics",Iranica Journal of Energy & Environment, Vol. 5, No. 4, pp. 369-375, (2014).

11. Rezaee, M., Ghasemi, M., Barghamady, M., Khaksefidi, S., "Stability Analysis of Esfarayen Garati Dam using Finite Element Method", International Journal of Engineering Innovation & Research,

Vol. 3, Issue 5, ISSN: 2277 – 5668, pp. 654-658, (2014).

12. Yazdanian, M., Ghasemi, S., Afshoon, H. R., "Effect Of Height Variation On The Stress-Strain Analysis Of The Heterogeneous Embankment Dams", Indian Journal of Fundamental and Applied Life Sciences, ISSN: 2231– 6345 (Online) An Open Access, Online International Journal Available at www.cibtech.org/sp.ed/jls/2015/04/jls.htm, Vol. 5 (S4), pp. 35-42, (2015).

13. Zheng, L., Chen, W.," The Analysis of Stress, Deformation and Arch Effect of the Lianghekou Earth-rockfill Dam", Indian Geotechnical Society, (2015).

14. زمردیان، س.م.ع. و صاحب‌زاده، ک.، «بررسی تعریف تعداد مراحل ساخت سدهای خاکی و سنگریزه‌ای با انجام آنالیز تحکیمی در مدل‌های کامپیوتری»، مجموعه مقالات اولین کنگرۀ ملی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، (1383).

15. پاکزاد،م. و حسینی، س. م. م. م.، «ارزیابی فشارهای آب منفذی در پی و بدنۀ سد کرخه پس از آبگیری»، مجموعه مقالات چهارمین کنفرانس سدسازی، تهران، (1379).

16. حسینی، س. م. م. م. ، موسوی خوانساری، م. و احمدی فرد، رضا، «ارزیابی فشار آب منفذی در هستۀ سد کرخه هنگام ساختن و آبگیری هم‌زمان»، مجلۀ مهندسی آب، سال دوم، بهار 1388، صص.47-37، (1388).

17. نیرومند، ح.، میرقاسمی، ع. و پاکزاد، م.، «رفتارنگاری سد کرخه در دوران ساخت بااستفاده از نتایج ابزاردقیق»، مجموعه مقالات چهارمین کنفرانس سدسازی، تهران، (1379).

18. حبشی،ع.، بارانی،غ. و خبیری،و.، «ارزیابی فشارهای آب منفذی در هستۀ سد خاکی دوستی بااستفاده از آمار اندازه‌گیری‌شده و نتایج تحلیلی»، مجموعه مقالات پنجمین کنگرۀملی مهندسی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران، اردیبهشت، 16-14، (1389).

19. Maleki, M. and A. Alavifar,"Safety Evaluation of MASJED-SOLEYMAN, During Construction and First Stage Impounding", 73rd Annual Meeting of ICOLD, Tehran, Iran, No.101-S5, (2005).

20. سروش، ع.، اخترپور، ع.، «مطالعه و تحلیل عددی فشار آب حفره‌ایایجادشده در هستۀ سد سنگریزه‌ای مسجدسلیمان»، مجموعه مقالات هفتمین کنگرۀملی مهندسی عمران، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، (1385).

21. Lewis, RW., Schrefler, BA., "The Finite Element Method in the Static and Dynamic Deformation and Consolidation of Porous Media", 2nd ed, Chichester: Wiley, (1998).

22. Biot, MA., "General theory of three-dimensional consolidation", Journal of Applied Physics, Vol. 12, No. 2, pp. 155-164, (1941).

23. Zienkiewicz, OC., Shiomi, T., "Dynamic Behavior of Saturated Porous Media; the Generalized Biot Formulation and it’s Numerical Solution", International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 8, No. 1, pp. 71–96, (1984).

24. Zienkiewicz, OC., Chan, AHC. Pastor, M. Paul, DK. Shiomi, T., "Static and dynamic behavior of soils; a rational approach to quantitative solution. I. Fully saturated problems", Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 429(1877), pp. 311-321, (1990).

25. Zienkiewicz, OC., Chan, AHC. Pastor, M. Schrefler, BA. Shiomi, T., "Computational Geomechanics with Special Reference to Earthquake Engine", New York: Wiley, (1999).

26. Khoei, A. R., Azami A. R., Haeri. S. M., "Implementation of Plasticity Based on Models in Dynamic Analysis of Earth and Rockfill Dams: A Comparison of Pastor-Zienkiewicz and Cap Models",Journal of Computers and Geotechnics, Vol. 31, pp. 385-410, (2004).

27 .Khoei, A.R. Haghighat, E., "Extended Finite Element Modeling of Deformable Porous Media with Arbitrary Interfaces", Applied Mathematical Modelling, Vol. 35, No. 11, pp. 5426–5441, (2011).

28. Huang, M., Zienkiewicz, OC., "New unconditionally stable staggered solution procedures for coupled soil-pore fluid dynamic problems", International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 43, No. 6, pp. 1029–1052, (1998).

29. Zienkiewicz, OC., Taylor, RL., "The Finite Element Method", Butterworth-Heinemann, London, Vol. 1, pp. 561, (2000).

30. Smith I.M., Griffiths D.V., "Programming the Finite Element Method",4th edition , wiley, England, Pp. 98-100, (2004).

31. Bentler, D.J., "Finite Element Analysis of Deep Excavations", Ph.D. Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia, pp. 83-87, (1998).

32. مهندسین مشاور کاوش پی مشهد، گزارش رفتار نگاری سد (درونگر)، (1391).

33. مهندسین مشاور طوس آب، گزارش منابع قرضه و مصالح ساختمانی، مرحلۀدوم مطالعات سد مخزنی درونگر، (1383).

34. مهندسین مشاور طوس آب، گزارش فنی پی آبرفتی، بدنۀ سد و ابزاردقیق، مرحلۀدوم مطالعات سد مخزنی درونگر، (1383).

35. Kisa, H., Fukuri, H. and Urayama, M., "Effects of the Valley Configuration on Dam Behavior", International Workshop on Dam Safety Evaluation, pp. 95-106, (1993).

36. ICOLD, "Static Analysis of Embankment Dams", International Commission on large Dams, Paris, Bulletin 53, (1986).

37. Grishin, M., "Hydraulic Structures", Mir publisher, Moscow, Vol. 2, (1982).