Оценка условий фильтрации через земляные плотины при изменении их параметров с использованием программы Z_SOIL

  • Яссер Эл Сайед Шаабан Мохамед Санкт-Петербургский государственный университет https://orcid.org/0000-0002-3114-132X
  • Наталия Анатольевна Виноград Санкт-Петербургский государственный университет https://orcid.org/0000-0002-6730-5453
  • Александр Анатольевич Потапов Горный институт Уральского отделения Российской академии наук, филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН https://orcid.org/0000-0003-4255-766X
Ключевые слова: подземные воды, поверхностные воды, нестационарная фильтрация, численная модель геофильтрации, земляная плотина, насыпная дамба водохранилища, метод конечных элементов

Аннотация

Введение: В Арабской Республике Египет (АРЕ) использование земляных плотин для предотвращения риска затопления является повсеместным. Для всех земляных плотин водохранилищ характерна фильтрация воды через их насыпные дамбы, основания и примыкающие борта долины – создается искусственный водоносный горизонт. Количественная оценка данного процесса сама по себе является серьёзной гидрогеологической задачей, а также необходима для решения многих гидрологических и геоэкологических проблем. Методика: Использованная для численного решения задачи программа Z-SOIL реализована на основе метода конечных элементов. Программа предназначена для моделирования неустановившейся фильтрации с возможностью варьирования уровнями воды, размерами фильтрующего объекта и свойствами слагающих его грунтов. В начале исследования эксперимент по моделированию фильтрации и проницаемости грунта был проведен на физической модели плотины в лабораторных условиях. Затем проводилась калибровка численной геофильтрационной модели путем сравнения модельных и экспериментальных данных. И, наконец, оценивалось влияние изменения геометрии плотины на уровень воды в водохранилище. Результаты и обсуждение: Результаты численного моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными. Было получено, что по мере увеличения ширины гребня плотины и высоты основания уровни воды в водохранилище за счет фильтрации через плотину будут уменьшаться с максимальным изменением во времени до 0.3% и 0.26%, соответственно. Выводы: Используя степень насыщения горных пород и напоры на верхнем бьефе водохранилища в качестве переменных, модель Z-SOIL позволяет моделировать неустановившуюся фильтрацию через земляную плотину. Сравнение численных решений с экспериментальными результатами показывает, что описанный способ моделирования позволяет довольно точно имитировать изменения уровенной поверхности внутри плотины (насыпной дамбы) во времени в реальных условиях. Результаты хорошо согласуются с практикой эксплуатации песчаных плотин и позволяют осуществить предварительную оценку фильтрации через плотину и подбор параметров при строительстве.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Яссер Эл Сайед Шаабан Мохамед, Санкт-Петербургский государственный университет

аспирант, Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург

Наталия Анатольевна Виноград, Санкт-Петербургский государственный университет

к. г.-м. н., доцент, Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Александр Анатольевич Потапов, Горный институт Уральского отделения Российской академии наук, филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН

к. г.-м. н., зав. сектором гидрогеологии, Горный институт Уральского отделения Российской академии наук, филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, Пермь, РФ

Литература

1. Williams А. Е. Engineering and Design Seepage Analysis and Control for Dams. Department of the Army U.S. Army Corps of Engineers. Washington, DC 20314-1000, EM 1110-2-1901. 1993.
2. Jun-Feng F. U., Sheng J. A Study on Unsteady Seepage Flow through Dam. Elsevier journal of hydrodynamics, 2009, vol. 4, no. 21, pp. 499–504. DOI
3. Athani S. S., Shivamanth, Solanki C.H., Dodagoudar G.R. Seepage and Stability Analyses of Earth Dam Using Finite Element Method. Elsevier Journal of Aquatic Procedia. 2015, vol. 4, pp. 876–883. DOI
4. Li Z. Ye W., Marence M., Bricker J. Unsteady Seepage Behavior of an Earthfill Dam During Drought-Flood Cycles. Journal Geosciences. 2018, vol. 9, no. 17. DOI
5. Nourani V., Sharghi E., Aminfar M.H. Integrated ANN model for earthfill dam’s seepage analysis: Sattarkhan Dam in Iran. Journal of Artificial Intelligence Research, 2012, vol. 1, no. 2. Pp. 22–37. DOI
6. Huang F., Lyu J., Wang G., Liu H. One-Dimensional Vacuum Steady Seepage Model of Unsaturated Soil and Finite Difference Solution. Journal Hindawi of Mathematical Problems in Engineering. 2017, ID 9589638,7 p. DOI
7. Jamel A. A. Analysis and Estimation of Seepage through Homogenous Earth Dam without Filter. Diyala Journal of Engineering Sciences, 2016, vol. 9, no. 2, pp. 38–94. URL
8. Gobeil A. Steady State Seepage through a Homogeneous Isotropic Earth Dam with Vertical Sides Overlying an Impermeable Boundary. Thesis for M.Sc., Department of Geology and Geophysics, The Graduate School of Arts and Sciences, Boston College, UMI Microform 1431268. 2005. URL
9. Valenzuela L. Design, construction, operation and the effect of fines content and permeability on the seismic performance of tailings sand dams in Chile. Obras y Proyectos. 2016, vol. 19, pp. 6–22. URL
10. Michalis P., Pytharouli S. I. Long-term Deformation Patterns of Earth-fill Dams based on Geodetic Monitoring Data: the Pournari I Dam Case Study. 3rd Joint International Symposium on Deformation Monitoring, Vienna, 2016, pp. 1–5. URL
11. Xu, Y., Zhang Li M. Breaching Parameters for Earth and Rockfill Dams. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2009, vol. 135, I. 12, pp. 1957–1970. DOI
12. Kosinova I. I., Kustova N. R. Teoriya i metodologiya geoekologicheskikh riskov [Theory and methodology of geoecological risks]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya. = Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology, 2008, no 2, pp. 189-197 (In Russ.)
13. Kosinova I. I., Bazarskii O. V., Kozintsev S. N. Metodika geoekologicheskoi bioindikatsii georiskov tekhnogenno-transformirovannykh territorii [Methodology of the geoecological bioindication of georisks of the technogeneously-transformed territories]. Georisk = Georisk. 2012, no 3, pp. 22-25 (In Russ.)
14. Nimbalkar S.S. , Borole S. T. , Kale S. , Mungase S. Slope Stability Analysis with Geo5 Software for Malin Landslide in Pune (Maharashtra). Global Journal of Engineering Science and Researches, 2016. pp. 9–16. URL
15. Szczesny J., Truty A. Dam surveillance and maintenance – general approach and case studies, 2004, pp. 1–13. URL
16. Xu Y. Q., Unami K., Kawachi T. Optimal hydraulic design of earth dam cross section using saturated–unsaturated seepage flow model. Journal Advances in Water Resources, 2003, vol. 26, Pp. 1–7.
17. Carling P., Villanueva I., Herget J., Wright N., Borodavko P., Morvan H. Unsteady 1D and 2D hydraulic models with ice dam break for Quaternary mega flood, Altai Mountains, southern Siberia. Journal Global and Planetary Change, 2009. pp. 24–34. DOI
Опубликован
2020-06-26
Как цитировать
Мохамед, Я. Э. С. Ш., Виноград, Н. А., & Потапов, А. А. (2020). Оценка условий фильтрации через земляные плотины при изменении их параметров с использованием программы Z_SOIL. Вестник ВГУ. Серия: Геология, (2), 90-97. https://doi.org/10.17308/geology.2020.2/2863
Раздел
Гидрогеология, геоэкология