بررسی اثرات اشباع‌شدگی بتن سد بر رفتار لرزه‌ای خطی و غیرخطی سد بتنی وزنی

ارزیابی رفتار لرزه‌ای سدهای بتنی‌وزنی به دلیل اهمیت ایمن ماندن این سازه‌ها بسیار مورد اهمیت می‌باشد. از این رو در این مطالعه رفتار خطی و غیرخطی لرزه‌ای سد بتنی ورنی کوینا برای حالت سد با بتن معمولی و سد با ترکیبی از محیط اشباع و غیر اشباع مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. بدین منظور پس از صحت‌سنجی سد بتنی‌وزنی کوینا، ابتدا برای ترازهای ارتفاعی مختلف خط مرزی بین محیط اشباع و غیراشباع تعیین شده است. در ادامه پارامترهای مختلف بتن اشباع اعم از مقاومت فشاری و کششی، کرنش‌های بحرانی، مدول الاستیسیته و ... ارزیابی شده است. برای مدلسازی رفتار غیرخطی بتن از مدل رفتار cdp استفاده شده است. در نهایت با انتخاب 3 حالت برای تراز مخزن سد، آنالیزهای خطی و غیرخطی تحت اثر زلزله‌ی کوینا انجام گرفته است. نتایج نشان داد که اشباع‌شدگی سد مقادیر بیشینه تغییرمکان‌ها را در حالت خطی و غیرخطی کاهش داده است. مقدار کاهش ماکزیمم تغییرمکان افقی در حالت اشباع-شدگی نسبت به حالت غیراشباع برای مخزن تا تراز ارتفاعی 36، 66.5 و 103 متری در آنالیز خطی به ترتیب برابر با17.34، 24.00 و 17.30 درصد و در آنالیز غیرخطی به ترتیب برابر با31.58، 30.72 و22.38 درصد می‌باشد. مقادیر بیشینه تنش‌های اصلی اول و سوم در آنالیز خطی و نیز مقدار آسیب در آنالیز غیرخطی برای حالت اشباع‌شدگی سد در تراز ارتفاعی کم‌تر از تغییرشیب پایین دست کاهش پیدا کرده است. برای حالت مخزن پر که تغییر شیب پایین‌دست اشباع شده است مقدار آسیب در کل سازه کاهش پیدا کرده اما در محل شکستگی پایین‌دست و بالادست افزایش پیدا کرده است. در حالت کلی نتایج نشان از اثرات قابل توجه تراز ارتفاعی اشباع‌شدگی بر پاسخ‌ خطی و غیرخطی سد بتنی وزنی دارد از این رو ارزیابی رفتار سد با محیط اشباع و غیراشباع همزمان در آنالیز و طراحی سدهای بتنی-وزنی ضروری می‌باشد.

investigating the effects of saturation of dam concrete on linear and nonlinear seismic behavior of concrete gravity dam

in this study, the linear and nonlinear seismic behavior of the koyna dam has been investigated for the condition of the dam with unsaturated concrete and the dam with a combination of saturated and unsaturated environment. for this purpose, using abaqus software the boundary line between the saturated and unsaturated environment has been determined. in the following, various parameters of saturated concrete have been evaluated. finally, linear and nonlinear analyzes have been performed under the effect of the koyna earthquake. to model the nonlinear behavior of concrete, the cdp behavior model has been used. the results show that the saturation of the dam has reduced the maximum values of displacements in linear and non-linear mode. in the linear analysis, the amount of reduction of the maximum horizontal displacement in the saturated state compared to the unsaturated state for the reservoir up to the height level of 36, 66.5 and 103 meters is equal to 17.34%, 24.00% and 17.30%, respectively. also, in the non-linear analysis, the reduction of the maximum horizontal displacement in the saturated state compared to the unsaturated state for the reservoir up to the height level of 36, 66.5 and 103 meters is equal to 31.58%, 30.72% and 22.38%, respectively. for the condition of the dam with a saturation elevation lower than the downstream slope change elevation, the maximum values of the first and third principal stresses in the linear analysis and the amount of damage in the nonlinear analysis have decreased. for a case of the full reservoir where the downstream slope change is saturated, the amount of cracking in the entire structure has decreased, but it has increased in the downstream and upstream slope change location. finally, results show that it is necessary to evaluate the behavior of the dam with saturated and unsaturated environment simultaneously.