Filtration of the dam of the PSPP upper basin

详细

Introduction. Ground dams and levees made of fine-grained soils are very common structures. Their widespread use in hydraulic engineering is explained by their cost-effectiveness due to the use of local materials. Clay soils are often used in such structures both for laying in the prisms of the dam and for the installation of anti-filtration elements. However, the laying of clay soil is associated with some restrictions related to the climatic conditions of construction. During the rainy period or during the period of snowfall and exposure to negative temperatures, the laying of such soil slows down due to the need to apply special measures, or stops altogether. This affects the time of construction and, ultimately, the cost of construction. The possibility of replacing part of the clay soil of the dam with sandy soil, the laying of which does not depend to such an extent on weather conditions, is considered. However, such a replacement requires additional verification of the structure in terms of its filtration capacity. A study of the filtration regime of the dam of the basin of the PSPP, built using all-weather technology of soil laying, was carried out. The parameters of the filtration flow for various design variants are obtained. Recommendations are given on the choice of an option for an underground dam. The enclosing dam of the PSPP basin made of mixed soils on a non-slip foundation with a height of 32.0 m, laying an upper slope of 1:6.0, and a lower slope of 1:3.5 was considered. 9 design options with various structural elements were considered.Materials and methods. Calculations of soil dam filtration for steady state and unsteady dam regimes were carried out using the numerical finite element method in the local variational formulation using the FILTR software package.Results. As a result of the research, the parameters of the filtration flow were obtained for the considered variants of the earthwork design: the position of the depression curve, the values of the filtration flow rate and the gradient. Recommendations on the choice of design are made.Conclusions. Studies have shown that it is possible to use mixed soil laid using all-weather technology in the prisms of a soil dam instead of part of the clay soil when they are layered. At the same time, the filtration regime of the structure together with the foundation does not cause concern.

作者简介

N. Aniskin

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: aniskin@mgsu.ru

A. Stupivtsev

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: StupivtsevAV@gmail.com

参考

  1. Adamo N., Al-Ansari N., Sissakian V., Laue J., Knutsson S. Dam safety problems related to seepage // Journal of Earth Sciences and Geotechnical Engineering. 2020. Vol. 10. Issue 6. Pp. 191–239.
  2. Fattah M.Y., Omran H.A., Hassan M.A. Behavior of an earth dam during rapid drawdown of water in reservoir — case study // International Journal of Advanced Research. 2015. Vol. 3. Issue 10. Pp. 110–122.
  3. López-Acosta N.P., Sánchez M.A., Pereira J. Soil solution, G. Auvinet J.-M. Pereira. Assessment of exit hydraulic gradients at the toe of levees in water drawdown conditions // Scour and Erosion. 2014. Pp. 171–181. doi: 10.1201/b17703-21
  4. Stark T.D., Jafari N.H., Zhindon J.S.L., Baghdady A. Unsaturated and transient seepage analysis of San Luis dam // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2017. Vol. 143. Issue 2. doi: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001602
  5. Vandenberge D.R. Total stress rapid drawdown analysis of the pilarcitos dam failure using the finite element method // Frontiers of Structural and Civil Engineering. 2014. Vol. 8. Issue 2. Pp. 115–123. doi: 10.1007/s11709-014-0249-7
  6. Беллендир Е.Н., Ивашинцов Д.А., Стефанишин Д.В. и др. Вероятностные методы оценки надежности грунтовых гидротехнических сооружений. Т. 1. СПб. : ОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2003.
  7. Aniskin N.A., Sergeev S.A. The effect of draw-off on filtration regime of earth-fill dam // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. Vol. 18. Issue 1. Pp. 40–50. doi: 10.22337/2587-9618-2022-18-1-40-50
  8. Banichuk N.V., Makeev E.V. Variational method for non-classical problems of mechanics with constraints based on finite elements approximations and local variations // PNRPU Mechanics Bulletin. 2017. doi: 10.15593/perm.mech/2017.3.03
  9. Черноусько Ф.Л. Метод локальных вариаций для численного решения вариационных задач // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1965. T. 5. № 4. C. 749–754. EDN VRTIIV.
  10. Развитие исследований по теории фильтрации в СССР. М. : Наука, 1969. 545 с.
  11. Шестаков В.М. Определение гидродинамических сил в земляных сооружениях и откосах при падении уровней в бьефах // Вопросы фильтрационных расчетов гидротехнических сооружений : сб. ВОДГЕО. 1956. № 2.
  12. Muskat M. The flow of homogeneous fluids through porous media. New York : McGraw-Hill Book Company, 1937. 763 p.
  13. Анахаев К.Н. О фильтрационном расчете перемычки // Математическое моделирование. 2011. Т. 23. № 2. С. 148–158. EDN RXPMLV.
  14. Петриченко М.Р., Заборова Д.Д., Котов Е.В., Мусорина Т.А. Слабые решения предельных задач Крокко // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки. 2018. Т. 11. № 3. С. 27–38. doi: 10.18721/JPM.11303. EDN VBMEZB.
  15. Chapman T.G., Dressler R.F. Unsteady shallow groundwater flow over a curved impermeable boundary // Water Resources Research. 1984. Vol. 20. Issue 10. Pp. 1427–1434. doi: 10.1029/WR020i010p01427
  16. Okeke A.C.U., Wang F. Critical hydraulic gradients for seepage-induced failure of landslide dams // Geoenvironmental Disasters. 2016. Vol. 3. Issue 1. doi: 10.1186/s40677-016-0043-z
  17. Vandenberge D.R. Total stress rapid drawdown analysis of the pilarcitos dam failure using the finite element method // Frontiers of Structural and Civil Engineering. 2014. Vol. 8. Issue 2. Pp. 115–123. doi: 10.1007/s11709-014-0249-7
  18. Billstein M. Development of a numerical model of flow through embankment dams. Department of Environmental Engineering. Lulea University of Technology, Lulea, Sweden, 1998. P. 59.
  19. Yuan S., Zhong H. Three dimensional analysis of unconfined seepage in earth dams by the weak form quadrature element method // Journal of Hydrology. 2016. Vol. 533. Pp. 403–411. doi: 10.1016/j.jhydrol.2015.12.034
  20. Yang J., Yin Z.Y., Laouafa F., Hicher P.Y. Modeling coupled erosion and filtration of fine particles in granular media // Acta Geotechnica. 2019. Vol. 14. Issue 6. Pp. 1615–1627. doi: 10.1007/s11440-019-00808-8
  21. Al-Labban S. Seepage and stability analysis of the earth dams under drawdown conditions by using the finite element method // Electronic Theses and Dissertations. 2018. P. 6157. URL: https://stars.library.ucf.edu/etd/6157
  22. Hu S., Zhou X., Luo Y., Zhang G. Numerical simulation three-dimensional nonlinear seepage in a pumped-storage power station: case study // Energies. 2019. Vol. 12. Issue 1. P. 180. doi: 10.3390/en12010180
  23. Mualem Y. A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media // Water Resources Research. 1976. Vol. 12. Issue 3. Pp. 513–522. doi: 10.1029/WR012i003p00513
  24. Van Genuchten M.T. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils // Soil Science Society of America Journal. 1980. Vol. 44. Issue 5. Pp. 892–898. doi: 10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x
  25. Kosugi K. General model for unsaturated hydraulic conductivity for soils with lognormal pore-size distribution // Soil Science Society of America Journal. 1999. Vol. 63. Issue 2. Pp. 270–277. doi: 10.2136/sssaj1999.03615995006300020003x

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».