محاسبه نشت آب و گرادیان هیدرولیکی در پشت سپر به کمک اجزاء محدود

سپرها نوعی دیوارحایل هستند که اغلب برای احداث دیوارهای ساحلی و یا سازه های موقت (نظیر مهار بندی ترانشه ها) مورد استفاده قرار می گیرند. از سپر کوبی گاهی مواقع برای خاکبرداری در داخل آب یا مناطق با آب زیرزمینی بالا استفاده می شود. با پایین آوردن آب در داخل ترانشه و یا پشت سپر به علت افزایش گرادیان (شیب) هیدرولیکی در کف، احتمال وقوع پدیده رگاب (Piping ) افزایش می یابد. بنابراین لازم است که ضریب اطمینان در مقابل پدیده رگاب که برابر نسبت گرادیان هیدرولیکی بحرانی بر گرادیان هیدرولیکی حداکثرمی باشد برآورد شود. برآورد میزان نشت آب از زیر سپر، گرادیان هیدرولیکی حداکثر و ضریب اطمینان در مقابل رگاب مستلزم رسم شبکه جریان بصورت دستی و یا استفاده از جداول و روشهای نظری می باشد که برای حالتهای ساده قابل استفاده می باشد. بنابراین وقتی که تعداد لایه های خاک و همچنین پیچیدگی مسأله بیشتر می شود، استفاده از روش دستی و جداول و روشهای نظری کاری تقریبا وقت گیر و غیرقابل عملی می شود. از آنجا که با استفاده از المان محدود می توان مسائل با شکلهای پیچیده و همچنین دارای متغیرهای زیاد را به راحتی مورد آنالیز قرارداد امروزه استفاده از المان محدود برای آنالیز سازه، مکانیک سیالات و ترمودینامیک رو به گسترش می باشد. در این کار تحقیقاتی نحوه آنالیز نشت آب در پشت سپر توسط المان محدود توضیح داده می شود. یکی از نرم افزارهایی که براساس آنالیز المان محدود می باشد نرم افزار ANSYS است که قادر به آنالیز سازه ، مکانیک سیالات و ترمودینامیک می باشد. با این نرم افزار می توان نشت آب در پشت سپر را توسط یکی از المانهای اجزاء محدود بنام ( PLANE55-2D ) مدل سازی کرد. المان PLANE55 برای آنالیز ترمودینامیکی و انتقال گرما و حرارت استفاده می شود. در این کار تحقیقاتی با استفاده از این المان و نرم افزارANSYS مسأله میزان نشت جریان آب و گرادیان هیدرولیکی در پشت سپر برآورد شد. با توجه به نتایج آنالیز مشاهده شد که میزان نشت آب و گرادیان هیدرولیکی حداکثر برآوردی توسط این نرم افزار و روشهای تئوری و نظری تقریبا برابر و دارای اختلاف خیلی جزئی و قابل اغماض می باشند . بنابراین با المان محدود و برنامه نظیر ANSYS می توان به راحتی مسائل پیچیده نشت آب در پشت سپر را برآورد و گرادیان هیدرولیکی حداکثر را با دقتی برابر نتایج تئوری و نظری بدست آورد

Keywords:

سپر , نشت آب , گرادیان هیدرولیکی حداکثر , اجزاء محدود , نرم افزارANSYS