new5
حراج!

ارائه یک مدل ریاضی برای استفاده از شبکه بندی ورونوی جهت محاسبه تراوش از زیر سد بتن غلتکی

49.000تومان 39.000تومان

توضیحات

فایل pdf

پایان نامه کارشناسی ارشد

مهندسی عمران – سازه های هیدرولیکی

فهرست مطالب

چکیده——– 1
فصل اول: مقدمه
مقدمه
دورنمای تحقیق آب به عنوان اساسی ترین ماده برای تشکیل حیات و ادامه چرخه زندگی موجودات زنده، از ابتدای پیدایش انسان از اهمیت فوق العاده ای برخوردار بوده است. چنانچه اولین تمدن های بشری در کنار آب شیرین رودخانه شکل گرفته است. اهمیت وجود آب برای ادامه زندگی و بدست آوردن مواد غذایی دامی و کشاورزی با کمک آن از یک سو و در دسترس نبودن آب شیرین در تمام مناطق کره زمین از سوی دیگر باعث گردید تا انسان در طول دوران حیات خود به فکر راهی برای انتقال و مهار و ذخیره آب اصلی ترین روش برای مهار و ذخیره آب جاری رودخانه ها، استفاده و ساخت سدها و بندها بر روی آنها می باشد که در طول تاریخ به شکلها و با روشهای مختلفی ساخته و مورد استفاده قرار گرفته اند . آب موجود در مخزن سدها به علت داشتن پتانسیل بالا همواره به دنبال راهی برای فرار و حرکت به سمت پایین دست سد می باشد و به همین دلیل در توده متخلخل خاک بدنه و پی سدها نفوذ کرده و به سمت پایین دست جریان مییابد. از این رو یکی از عواملی که همواره موجودیت سدها و یا قابلیت اصلی آنها که همان حفظ مقادیر زیاد آب در پشت سد می باشد را مورد تهدید قرار می دهد، پدیده نشت و یا تراوش از بدنه و پی آنها می باشد. این پدیده در تمامی سدهای خاکی و پی سدهای بتنی در مقادیر و اندازههای متفاوت وجود دارد، هدف از تحلیل و بررسی عملکرد این پدیده کنترل و مدیریت آن می باشد تا از بروز خسارات غیر قابل جبران به سدها جلوگیری به عمل آید.
پدیده تراوش که یکی از اصلی ترین عوامل خرابی سدها تا چند دهه قبل بود در ابتدا بوسیله روابط تجربی و تحلیلی و یا ساخت مدلهایی در ابعاد کوچکتر از اندازه طبیعی مورد بررسی و اندازه گیری قرار می گرفت، که این روشها علاوه بر داشتن مشکلات ناشی از عدم تطابق کامل با نمونه اصلی در اکثر موارد دارای هزینه های بالای اجرایی بودند. اما پس از ظهور کامپیوترهای با قدرت محاسباتی بالا و در راستای آن معرفی روشهای حل عددی معادلات دیفرانسیل که وابسته به استفاده از این ماشین های محاسباتی می باشند، این پدیده نیز همانند دیگر پدیدههای علمی بوسیله روشهای مختلف عددی مورد تحلیل و بررسی محققین بسیاری قرار گرفت. روشهای مورد استفاده در حل عددی معادلات به لحاظ روش حل معادلات و نوع شبکه بندی محیط مورد بررسی، قابل تقسیم بندی می باشند. اصلی ترین روشهای عددی مورد استفاده روشهای تفاضل محدود، المان محدود و حجم محدود می باشند که هر کدام دارای قابلیت ها و معایبی می باشند.
1-1 دورنمای تحقیق——– 3
1-2 اهداف تحقیق——— 3
1-3 متغیرهای اصلی تحقیق——— 4
1-4 متغیرهای فرعی تحقیق——— 5
1-5 مباحث پیش رو——– 4

المان های درنظرگرفته شده در معادله لاپلاس
فصل دوم: مروری بر مطالعات انجام شده در رابطه با موضوع تحقیق
۱-۲-۲-مقدمه
بر خلاف تصور عمومی، نواحی مرطوب در پایین دست سدها، همیشه چشمههای آب طبیعی نمی باشند بلکه می توانند در اثر تراوش بوجود آمده باشند. حتی در صورت وجود چشمههای طبیعی آب می بایست تغییر رفتار و میزان آبدهی آنها را با دقت فراوان مورد بازدید و بررسی قرار داد زیرا جریان ناشی از سفره های آبهای زیرزمینی که در محدوده مخزن سد قرار دارند احتمالا در اثر فشار اعمال شده از مخزن آب پشت سد دچار افزایش خواهد شد. پدیده تراوش در تمامی سدها در ابعاد و مقادیر متفاوتی وجود دارد که این پدیده لزوماً مخرب نبوده و باعث بر هم زدن پایداری سد اتمی گردند. تراوش می تواند در هر جایی بر روی سطح پایین دست سده زیر پنجه و یا پی پایین دست، در ترازهای پایین تر از تراز ترمال مخزن پدیدار شود. برای قسمتهای پاشنه پایین دست سد (مناطقی که رویه پایین دست سد با پی در تماسی می باشد) همیشه می بایست انتظار مشاهده تراوشی را داشت. تراوشی همچنین می تواند از میان محل تماس بدنه سد با سازه سرریز زهکش ها و یا دیگر سازه های وابسته بوجود آید و باعث حرکت و رانش مصالح بدنه و یا پی در نهایت به خطر افتادن موجودیت گردد. هدف از تحلیل و بررسی این پدیده نظارت و مدیریت آن و کنترل رفتار هیدرولیکی بوجود آمده از تراوش و جلوگیری از خرابی و آسیب دیدگی سد می باشد. افزایش غیر عادی مقادیر تراوش می تواند نشان دهنده تغییر شرایط ترمال سد که در نتیجه آن منجر به بوجود آمدن جریان غیر قابل کنترل تراوش می شود دانست. رگب شدگی و فرسایش داخلی هنگامی که پیشرفت تمایند ممکن است باعث خرابی و یا شکست سد شوند، مطالعات انجام گرفته بر روی ۷۷ مورد از شکست سدها در ایالالات متحده و تا دهه ۸۰ میلادی توسط انجمن سدهای بزرگ آمریکا نشان می دهد که در حدود ۵۰٪ از کل خرابی سدها به علت فرا ریزش جریان از روی سد به علت عدم ظرفیت کافی سرریز می باشد و عوامل دیگر خرابی سدها مانند عدم پایداری شیب و زمین لرزه های قوی درصد کمی از این آمار را به خود اختصاص می دهند
2-1 سدهای بتن غلتکی(RCC)—–ا——- 6
2-2 مروری بر مطالعات انجام شده در ارتباط با تراوش در سدها——– 11
2-2-1 مقدمه—— 11
2-2-2 نظریه های جریان های زیرزمینی—— 11
2-2-3 قانون دارسی——- 13
2-2-4 معادله پیوستگی لاپلاس———– 18
2-3 شبکه جریان———- 21
2-4 عوامل موثر در خرابی سدها———– 24
2-4-1 نیروی زه آب —— 24
2-4-2 ایجاد شدن لوله های جریان در زیر سد——- 25
2-5 روش های حل معادله لاپلاس———- 26
2-5-1 روش های تحلیلی———- 28
2-5-2 روش های عددی کامپیوتری——– 29

حجم کنترلی مربوط به گریدP
فصل سوم:معادلات حاکم بر جریان
3-1 اصل بقاء جرم(معادله پیوستگی)——– 34
3-2-1 بدست اوردن معادله دیفرانسیل اصل بقاء جرم با استفاده از تئوری دایورژانس———– 35
3-2-2 بدست اوردن معادله دیفرانسیل اصل بقاء جرم با استفاده از حجم کنترلی حدی———- 37
3-2-3 شکل دیگر معادله پیوستگی——— 40
3-2-4 معادله پیوستگی در مختصات استوانه ای—— 41
3-2-5 شرایط خاص معادله پیوستگی——- 42
3-3 اصل بقاء مومنتم خطی(معادله کوشی)———- 44
3-3-1 بدست اوردن معادله دیفرانسیل اصل بقاءمومنتم خطی با استفاده از تئوری دایورژانس—— 45
3-3-2 بدست اوردن معادله دیفرانسیل اصل بقاء مومنتم خطی با استفاده از حجم کنترل حدی—– 46
3-3-3 شکل دیگر معادله کوشی———– 49
3-3-4 بدست اوردن معادله دیفرانسیل اصل بقاء مومنتم خطی با استفاده از قانون دوم نیوتن——- 50
3-4 معادلات ناویر-استوکس——- 51
3-4-1 بدست اوردن معادلات ناویر- استوکس برای جریان های غیر قابل تراکم و همدما——– 53

مرزهای جریان
فصل چهارم: گسسته سازی معدلات جریان با شبکه بندی مستطیلی و مثلثی
4-1 معادله دیفرانسیل عمومی——– 58
4-2 روش های عددی جهت حل معادله دیفرانسل حاکم——- 59
4-3 کسسته سازی معادلات دیفرانسل حاکم——— 61
4-4 روش حجم محدود———– 61
4-5 حل معادلات گسسته———- 62
4-5-1 روشهای حل مستقیم——– 62
4-5-2 روشهای حل تکراری——- 63
4-5-3 روش حل کوس-سیدل—— 63
4-5-4 روش حل LINE-BY-LINE——ا———– 64
4-6 حصوصیات روش های عددی——— 66
4-7 گسسته سازی معادلات دیفرانسیل عمومی——– 69
4-8 منفصل سازی معادله حاکم—— 71
4-9 انتشار غیردائمی و یک بعدی———– 73
4-10 طرح های صریح،کرانک-نیکلسون و کاملا تلویحی———– 75
4-11 انتشار غیردائمی و دوبعدی———– 76
4-12 انتشار غیردائمی وسه بعدی———– 78
4-13 افزایش یا کاهش سرعت تغییرات متغیر وابسته———- 79
4-14 همرفت-انتشار——- 80
4-15 طرح تفاضل مرکزی——— 82
4-16 طرح های رو به بالادست—— 84
4-17 حل دقیق———– 86
4-18 طرح نمایی——— 88
4-19 طرح هیبرید——— 90
4-20طرح توان-پیرو——- 92
4-21 فرمول بندی کلی———– 93
4-22مقایسه طرح های مختلف—— 95
4-23 همرفت-انتشار دوبعدی و غیردائمی———– 96
4-24 همرفت-انتشار سه بعدی و غیردائمی———- 97
4-25 محاسبه میدان جریان——— 98
4-26 گسسته سازی معادله انتشار با شبکه بندی مثلثی——— 99
4-26-1 ترم انتشار در مش بندی متعامد—— 99
4-26-2 ترم انتشار در مش بندی غیر متعامد——— 102

نمایش پارامترهای مورد استفاده در شبکه بندی ورونوی
فصل پنجم: شبکه بندی ورونوی
۱-۵- انواع شبکه بندی
ساختاربندی محیط مورد مطالعه را بصورت مجموعه از اجزاء (المان های) محیطی جدا از هم شبکه بندی می گویند. شبکه بندی ها در یک تقسیم بندی کلی به انواع ساختاریافته و ساختارنیافته تقسیم می شوند. اگر برای تشکیل اجزاء شبکه بندی، هریک از گریدهای ناحیه به تعداد مساوی از گریدهای مجاورشان متصل شده باشند آنگاه این شبکه بندی ساختاریافته نامیده می شود و در غیر اینصورت شبکه بندی ساختارنیافته نامیده می شود در شبکه های ساختارنیافته، شبکه نامنظم مثلثی از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. مثلث ها ساده ترین اشکال فضایی مجزا هستند که فضای اقلیدسی را تقسیم می نمایند. بنابراین از آنها بطور گسترده بعنوان المان های اولیه مکانی در شبکه بندی ها استفاده می شود. در ادامه این بخش به شبکه بندی های ساختاریافته و ساختارنیافته و همچنین انواع المانها اشاره می شود.
۷-۵-معایب شبکه بندی ورونوی
در هنگام رسم شبکه بندی وروتوی تنها فاصله مستقیم بین دو نقطه در نظر گرفته می شود. به عبارت دیگر نقاط تسیت به یکدیگر دارای اهمیت نمی باشند. بطور مثال اگر یکسری نقاط دارای منابع درنظر گرفته شوند و اگر خواسته شود این منابع دارای تعداد رجوع کنندگان متفاوتی باشند، منطقه باید طوری بین آنها تقسیم گردد که استفاده کنندگان تا حد امکان به این منابع نزدیک باشند. از این رو شبکه بندی ورونوی برای برآورده نمودن هدف تعیین شده مناسب نمی باشد. این شبکه بندی براساس خطوط مستقیم عمل می نماید یعنی فاصله بین دو گرید را همان خط مستقیمی که آنها را به هم وصل می کند در نظر می گیرد و این در حالی است که در عمل بعلت وجود موانع طبیعی کوتاه ترین فاصلهٔ بین دو نقطه همیشه خط مستقیم بین آنها نیست. گاهی نیز در یک سیستم شبکه ایفاصله دو گرید از هم بر اساس شبکه ای از خطوط بوجود می آید. بطور مثال نزدیک ترین فاصله در یک منطقه شهری براساس خیابان کشی ها محاسبه می گردد.
5-1 انواع شبکه بندی——- 105
5-1-1 شبکه بندی ساختاریافته—— 105
5-1-2 شبکه بندی ساختارنیافته—— 107
5-2 شکل المان ها——— 107
5-3 شبکه بندی ورونوی———– 108
5-3-1 الگوریتم ایجاد شبکه بندی ورونوی———- 109
5-4 مثلث بندی دلاینی—— 112
5-4-1 الگوریتم ایجاد مثلث بندی دلاینی———– 114
5-5 ارتباط شبکه بندی ورونوی و مثلث بندی دلاینی——— 118
5-5-1 تبدیل شبکه بندی ورونوی و مثلث بندی دلاینی——- 118
5-5-2 تبدیل مثلث بندی دلاینی به شبکه بندی ورونوی——- 120
5-6 کاربردهای مختلف شبکه بندی ورونوی——— 120
5-7 معایب شبکه بندی ورونوی—— 121

نمونه حجمی لایه آبدار تحت فشار در شرایط اشباع
فصل ششم: گسسته سازی معادلات حاکم بر جریان بر شبکه بندی ورونوی
۱-۶ -گسسته سازی ناحیهٔ مورد بررسی
در ابتدای روند گسسته سازی معادلات حاکم لازم است بعد از گریدبندی ناحیهٔ مورد بررسی، توسط یکی از روش های ذکر شده ناحیه توسط آلمان ورونوی شبکه بندی شود. لازم است به این نکته اشاره شود که در روند گسسته سازی معادلات حاکم نیاز است که شار همرفت و شار انتشار متغیر وابسته از میان هریک از سطوح حجم کنترلی مورد بررسی با توجه به مقادیر متغییر وابسته در محل گرید مرکزی حجم کنترلی مورد بررسی و حجمهای کنترلی همسایه برآورد شود، لذا لازم است که خطوط وصل بین دو گرید المان مجاور از محل سطح مشترکشان عبور نماید. این موضوع باعث تحمیل شرطی مثبت به شبکه بندی می شود و آن شرط این است که زوایای داخلی هیچ یک از مثلث های دلاینی بدست آمده از شبکه ورونوی (و یا بکار رفته برای ایجاد شبکهٔ ورونوی) نباید از ۹۰ درجه بیشتر باشند و یا بعبارت دیگر تمامی مثلث های شبکهٔ دلاینی باید تند یا قائم الزاویه باشند. این شرط باعث می شود که ضریب چولگی شبکه بندی کاهش یابد که این امر باعث افزایش دقت مدلسازی می گردد و اما دلیل این شرط آن می باشد که چناچه مثلث های دلاینی منفرجه باشند آنگاه مرکز دایرهٔ محیطی خارج از مثلث قرار می گیرد و این باعث می شود که خط مستقیم واصل بین دو گرید حجمهای کنترلی (المان های) همسایه از محل سطح مشترکشان عبور ننماید و به این ترتیب برآورد مقادیرشار همرفت و انتشار در محل سطوح حجمهای کنترلی در روند گسسته سازی با اشکال مواجه می شود. بنابراین ناحیه مورد مطالعه با این شرط که مثلث های دلاینی منفرجه نباشند با المان ورونوی گسسته سازی می شود. نمونه ای از این شبکه بندی در شکل ۶-۱ نمایش داده شده است.
6-1 گسسته سازی ناحیه مورد بررسی——– 123
6-2گسسته سازی معادلات حاکم———- 123
6-2-1 گسسته سازی معادله پیوستگی——- 124
6-2-2 گسسته سازی معادله ناویر-استوکس——— 128
6-2-3 معادله گسسته با طرح رو به بالا——- 131
6-2-4 معادله گسسته عمومی——- 132
6-2-5 گسسته سازی معادله تراوش——— 135
فصل هفتم: طراحی کد FVSC در محیط MATLAB
7-1 ریز برنامه Main———–ا——– 139
1-1-7 ریز برنامه Info———–ا——- 139
7-1-2 ریز برنامه Geo ——–ا—— 139
7-1-3 ریز برنامه Boundary head——–ا—— 139
7-1-4 ریز برنامه Initial head—ا———– 139
7-1-5ریز برنامه voronoi mesh–ا——— 139
7-1-6 ریز برنامه Find near——–ا——– 140
7-1-7 ریز برنامه Coefficient——ا———- 140
7-1-8 ریز برنامه Kciefficient——–ا—— 140
7-1-9 ریز برنامه Calculate———-ا—— 140
7-1-10 ریز برنامه Check———–ا——- 141
7-1-11 ریز برنامه Boundary raimann———–ا——— 141
7-1-12 ریزبرنامه Velocity——ا——— 141
7-1-13 ریز برنامه Plot——-ا——– 141
فصل هشتم: مطالعه موردی
۱-۳-۸-مقدمه
اجرای سدهای بتن غلتکی یکی از تحولات و نوآوری های مهم پدید آمده در فن آوری ساخت سدها می باشد که بسته به موقعیت طرح نوع مصالح، ماشین آلات و تکنولوژی در دسترس و همچنین شرایط محیطی، امکان اجرای سریع تر و اقتصادی تر پروژه را میسر می سازد منطقه بشاگرد واقع در استان هرمزگان ایران از این حیث، بارزترین نمونه عملی از دشوارترین شرایط اجرای این فناوری نوین و تاشناخته در ایران و شاید در دنیا می باشد. اراده کارفرما، طراحی و تظارت مهندسی مشاور وتامین منابع مالی مطمئن از طرف بانک توسعه اسلامی، بستری را فراهم نمود تا با استفاده از توان فنی و اجرایی پیمانکاردر انتقال دانش اجرای بتن غلتکی، ایران وارد مرحله عملی در اجرای کامل، بهینه و موفق سدهای بتنی غلتکی شود و شناخت پتانسیلهای غنی منابع نهفته این مرز و بوم در معادن، صنعت و نیروی انسانی، موجب ادامه راه نیاکان و پیشینیان، در مهار منابع گرانقدر آبی در این سرزمین خشک شود. عملیات اجرای سد مخزنی جگین به عنوان اولین سد مخزنی بتنی غلتکی (RCC) کشور در سال ۱۳۸۰ در شمال شرق بندر جاسک در منطقه بشاگرد یکی از دورافتاده ترین مناطق استان هرمزگان شروع و در بهمن ماه سال ۱۳۸۵ با هدف تامین آب شرب شهر جاسک به میزان ۲/۹۱ میلیون مترمکعب در سال، آبیاری ۴۵۰۰ هکتار اراضی پائین دست به میزان ۵۵۶ میلیون مترمکعب در سال و کنترل سیلابهای فصلی رودخانه جگین به بهره برداری رسیده است و با احدات آن، دانش نوین طراحی و ساخت سدهای بتنی غلتکی در کشور بومی شد.
8-1 صحت سنجی مدل———– 143
8-1-1 روش تحقیق——- 143
8-1-2 تنظیم مدل ریاضی——— 144
8-1-3 مطالعه موردی—— 144
8-1-4 یافته ها———– 146
8-2 مطالعه ترتیب حل در شبکه بندی ورونوی به روش گوس-سیدل———- 148
8-2-1 روش تحقیق——- 148
8-2-2 مطالعه موردی—— 148
8-2-3 یافته ها———– 148
8-3 مطالعه بر روی سد بتن غلتکی جگین———– 151
8-3-1 مقدمه—— 152
8-3-2 ویژگی خاص منطقه اجرای سد مخزنی جگین——– 152
8-3-3 مطالعه موردی—— 153
8-3-4 مدلسازی در کد FVSC———–ا———- 154
8-3-5 مدلساز در نرم افزار Phase2———–ا——— 155
8-3-6 یافته ها———– 155
8-3-9 مقایسه نتایج——– 158
فصل نهم:نتیجه گیری و پیشنهادات———- 159
9-1 نتایج حاصل از تحلیل 4 سد با شرایط هندسی متفاوت در محیط های مختلف——- 160
9-2 تحلیل نتایج حاصل از بررسی تاثیر ترتیب های مختلف حل بر نتایج روش حل گوس-سیدل— 160
9-3 نتایج حاصل از تحیل و بررسی سذ جگین——- 161
9-4 پیشنهادات———– 162
منابع و ماخد——– 163
چکیده انگلیسی———– 167

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “ارائه یک مدل ریاضی برای استفاده از شبکه بندی ورونوی جهت محاسبه تراوش از زیر سد بتن غلتکی”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

30 + = 34

شناسه محصول: d677 دسته: