Time dependent creep settlements are one of the most important causes of material deteriorations for the huge water structures such as concrete faced rockfill dams (CFRDs). For this reason, performing creep analyses of CFRDs is vital important for monitoring and evaluating of the future and safety of such dams. In this study, it is observed how changes viscoplastic behaviour of a CFR dam depending the time. Ilısu dam that is the longest concrete faced rockfill dam (1775 m) in the world is selected for the three dimensional (3D) analyses. 3D finite difference model of Ilısu dam is modelled using FLAC3D software based on the finite difference method. Two different special creep material models are considered in the numerical analyses. Wipp-creep viscoplastic material model and burger-creep viscoplastic material model were rarely used for the creep analyses of CFRDs in the last are taken into account for the concrete slab and rockfill materials-foundation, respectively. Moreover, interface elements are defined between the concrete slab-rockfill materials and rockfill materials-foundation to provide interaction condition for 3D model. Firstly, dam and foundation are collapsed under its self-weight and static behaviour of the dam is evaluated for the empty reservoir conditions. Then, reservoir water is modelled considering maximum water level of the dam and time-dependent creep analyses are performed for maximum reservoir condition. In this paper, maximum principal stresses, vertical-horizontal displacements and pore pressures that may occur on the dam body surface during 30 years (from 2017 to 2047) are evaluated in detail. According to numerical analyses, empty and maximum reservoir conditions of Ilısu dam are compared with each other in detail. 4 various nodal points are selected under the concrete slab to better seen viscoplastic behaviour changes of the dam and viscoplastic behaviour differences of these points during 30 years are graphically presented. It is clearly seen that horizontal-vertical displacements and principal stresses for maximum reservoir condition are more than the empty reservoir condition of the dam and significant pore pressures are observed during 30 years for maximum reservoir condition. In addition, horizontal-vertical displacements, principal stresses and pore pressures for 4 nodal points obviously increased until a certain time and changes decreased after this time.
When the United Nation classified as Korea is the one of the water deficit country. The consensus was made that the water is the one of the precious national resources. Government increases their R/D budget trying to get more clean water bodies. For instances, 'Sustainable Water Resources Development' project is the one of major title in '21 Century Frontier Research project and there are several small research projects are undergoing by the Ministry of Agriculture and KARICO. However, when the environmental preservation issue has been get more emphasis, construction of the Surface Dam met the blockage from the environmentalists due to the problem of the their water buried area. Since the most fitting site for surface dam had been used in the past, some engineer move their focus on modification of the existing Dam's height to enlarge its capacity or dredging the bottom of the reservoir recently However dredging evoke water quality problem in return by accumulated materials at the bottom. Last year the Dong Gang Dam plan has been canceled by environmental problem in water buried area of the reservoir. With the point of this view, ground water gets more focus for the one of the useful alternative for clean water bodies. Underground dam technique which had widely applied once in the early nineteen eighties by the KARICO and attenuated due to engineering insufficiency. The technique is newly studied with the advanced engineering technique. Still groundwater usage rate in Korea is much lower comparing with the advanced countries and has many rooms to develop. Wells, under ground dam and radial collector wells are typical facilities up to now. There is little application in Korea for the Recharge Dam, which had been widely used in the advanced countries. The Recharge Dam is technique to conjunct surface water and groundwater body together, This technique had developed to increase groundwater recharge at the beginning This research is the result of the study on the possibility of the development of the new technology, Groundwater Reservoir' which was modified from Recharge Dam. Groundwater Reservoir is like a deep artificial lakes trenched in hard rock aquifer to get groundwater. The advantage of the Groundwater Reservoir is followings 1) It can be developed at the plains area, not in the deep valley 2) Huge water body can be developed without dam 3) Small buried area comparing surface water dam makes the least environmental effect. 4) Trenching cost can be substitute by the income of the selling rock debris 5) Outfit of the reservoir can be modified to match with the site prospect 6) Rock debris can be used as constructing materials 7) It can be used as groundwater recharge system when the heavy rains comes 8) The reservoir looks like scenery lake with huge clean water bodies.
일반적으로 콘크리트댐은 비파괴 검사를 실시한 물성값을 이용하여 정적 및 동적 안전성 평가를 실시한다. 그러나 이런 값을 이용하여 수치해석을 할 경우 경험적인 물성값을 적용하기 때문에 안전성 평가에 대한 결과는 현실적 요소를 반영하기 어렵다. 또한 댐은 품질관리가 중요한 요소 중 하나이지만, 과거 건설된 몇몇 댐에 대해서 축조시기, 타설시기가 달라 재료적 특성에 따른 안전성 문제가 대두되어 관심이 되었다. 따라서, 본 연구에서는 오랜기간 동안 건설중단 된 후 완공된 콘크리트댐의 내부상태를 조사하고(BIPS), 시추코아에 대한 물리특성 실험을 실시하여 물성값 차이로 인해 발생되는 동적특성 결과를 비교분석하였다.
Present study concerns the safety evaluation of SefidRud dam's block No. 18 regarding probable crack propagation in the foundation gallery under a MCE record. Accordingly, a 3D finite element model of the block in companion with the reservoir and the foundation is modeled. All the associated thermal and structural parameters are derived via calibration with the records of thermometers and pendulums installed inside the dam body. The origination of the cracks and their whereabouts are determined by primary thermal and static analyses and through a linear dynamic analysis the potential failure zone and their extent and level are studied. The foundation gallery is the most probable zone among the other intensive tensile stress area to compromise the dam stability. Therefore, the nonlinear analysis of this risky region is inevitable. The results depict the permissible expansion of the cracks inside the gallery even under another future earthquake in MCE level. As a consequence, the general dam performance is assessed safe in spite of the seepage flow rate growth from the gallery fractures.
The dynamic model test of dam-reservoir coupling system for a 203m high gravity dam is performed to investigate effects of reservoir water on dynamic responses of dam during earthquake. The hydrodynamic pressure under condition of full reservoir, natural frequencies and acceleration amplification factors along the dam height under conditions of full and empty reservoir are obtained from the test. The results indicate that the reservoir water have a stronger influence on the dynamic responses of dam. The measured natural frequency of the dam model under full reservoir is 21.7% lower than that of empty reservoir, and the acceleration amplification factor at dam crest under full reservoir is 18% larger than that under empty reservoir. Seismic dynamic analysis of the gravity dams with five different heights is performed with the Fluid-Structure Coupling Model (FSCM). The hydrodynamic pressures from Westergaard formula are overestimated in the lower part of the dam body and underestimated in its upper part to compare with those from the FSCM. The underestimation and overestimation are more significance with the increase of the dam height. The position of the maximum hydrodynamic pressure from the FSCM is raised with the increase of dam height. In view of the above, the Westergaard formula is modified with consideration in the influence of the height of dam, the elasticity of dam on the hydrodynamic pressure. The solutions of modified Westergaard formula are quite coincident with the hydrodynamic pressures in the model test and the previous report.
This study was carried out for the stability analysis of earth dam by the variation of compaction density. The test samples were taken from five kinds of soil used for banking material and the degree of compaction for this samples were chosen 100, 95, 90, 85, and 80 percent. The stability problems were analysed by the settlement and camber( extra banking) of dam, strength parameter and dam slope, and coefficient of permeability and seapage flow through dam body. The results of the stability analysis of earth dam are as follows. 1. The more the fine particle increases and lower the compaction degree becomes, the lower the preconsolidation load becomes but the compression index becomes higher. 2. Sixty to eighty percent of settlement of dam occurs during the construction period and the settlement ratio after completion of dam is inversly proportional to the degree of compaction. 3. The camber of dam has heigher value in condition that it has more fine particle(N) and heigher dam height(H) with the relation of H= e(aN-bH-e). 4. The cohesion(C) decreases in proportion to compaction degree(D) and fine particle(N) with the relation of C= aD+ bN-c, but the internal friction angle is almost constant regardless of change of degree of compaction. 5. In fine soil, strength parameter from triaxial compression test is smaller than that from direct shear test but, they are almost same in coarse soil regardless of the test method. 6. The safety factor of the dam slope generally decreases in proportion to cohesion and degree of compaction but, in case of coarse soil, it is less related to the degree of compaction and is mainly afected by internal friction angle. 7. Soil permeability(K) decreases by the increases of the degree of compaction and fine particle with relation of K=e(a-bl)-cN) 8. The more compaction thickness is, the less vertical permeability (Kv) is but the more h6rzontal permeability (KH) is, and ratio of Kv versus KH is largest in range from 85 to 90 percent of degree of corn paction. 9. With the compaction more than 85 percent and coefficient of permeability less than ${\alpha}$X 10-$^3$cm/sec, the earth dam is generally safe from the piping action.
침투에 대한 안정성 평가 시 댐체의 가장 큰 단면을 반영해 2차원으로 수치해석을 실시하는 것이 일반적이며, 해석결과를 이용한 침투수량 평가 시 댐체 하부지반을 단순한 직사각형 형태로 가정하여 침투수량을 구한 후 단면형상을 반영해 최종 침투수량을 계산하고 있다. 하지만 최근 기술의 발달로 댐 시공 시 다양한 형태의 지반 위에 다양한 형태의 댐들이 축조되고 있는 점을 감안하면 3차원 수치해석을 통해 댐체의 형상 및 지형조건을 보다 정확하게 반영한 결과를 이용하여 결론을 도출하는 것이 바람직하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 3차원 FEM 수치해석법을 이용하여 강우량을 포함한 다른 기타요인은 배제한 후 댐체로만 통과되는 침투수량 평가를 통해 안전관리를 할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
CFRD (Concrete Faced Rockfill Dam) has been world-widely constructed due to a lot of advantages compared with rockfill dam and recently, sand/gravel materials, instead of crushed rock materials, are also utilized as a main rockfill material to overcome geological and environmental problems. In this paper, the process of water infiltration into the originally unsaturated sand/gravel-fill dam is studied using two-dimensional saturated-unsaturated seepage theory. According to the results of seepage analysis, if the effective drainage zone is installed in the dam, the reservoir water infiltrate into the dam along a downward flow path towards the lower drainage area. The main body constructed with sand/gravel materials, therefore, remains unsaturated.
Continuous monitoring of dam performance is essential to earth and rockfill dams safety because it has to be guaranteed for safety during construction period of course and from initial impounding to a long term maintenance period of dam. Among the 31 dams managed by Kwater at present, the proportion of dams being over 20 years after completion of construction is 42% and it is estimated that the loss rate of monitoring devices will be increase as times. Monitoring devices would be impossible to repair since those are mostly installed in the dam body and foundation. If repairing of monitoring devices is possible, the expenditure will be expensive. Therefore reasonable decision making for abandonment, repair and alternation for loss of monitoring devices would be needed through the establishment of key instrument for earth and rockfill dam safety. In this study the process of monitoring for safety were modeled by failure modes of dams, adverse conditions related to failure mode, indicators of adverse condition and monitoring devices The relationship between failure mode and monitoring devices were systematically analyzed and established and evaluation technique for qualifying the importance of monitoring devices were presented.
Bayagoob, Khaled H.;Noorzaei, Jamaloddin;Abdulrazeg, Aeid A.;Al-Karni, Awad A.;Jaafar, Mohd Saleh
Structural Engineering and Mechanics
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제36권4호
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pp.401-419
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2010
This paper focuses on the development, verification and application of a three-dimensional nite element code for coupled thermal and structural analysis of roller compacted concrete arch dams. The Ostour Arch dam located on Ghezel-Ozan River, Iran, which was originally designed as conventional concrete arch dam, has been taken for the purpose of verication of the nite element code. In this project, RCC technology has been ascertained as an alternative method to reduce the cost of the project and make it competitive. The thermal analysis has been carried out taking into account the simulation of the sequence of construction, environmental temperature changes, and the wind speed. In addition, the variation of elastic modulus with time has been considered in this investigation using Concard's model. An attempt was made to compare the stresses developed in the dam body five years after the completion of the dam with those of end of the construction. It was seen that there is an increase in the tensile stresses after five years over stresses obtained immediately at the end of construction by 61.3%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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