دانلود ترجمه مقاله کاربرد CFD-DEM برای بررسی مشخصه های تراوش در مصالح سدها

1. مقدمه 2. روش مدل CFD-DEM برای تحلیل تراوش 2.1. روش‌های حل عددی برای مدل CFD-DEM 2.2. معادلات حاکم مدل CFD-DEM 2.3. ایجاد المان‌های خوشه ای برای همگرایی محاسباتی 3. تحقیقات تجربی در خصوص مصالح خاکی سدهای لغزشی 3.1. انتخاب نمونه‌ها 3.2. وسایل آزمایش و فرآیند اجرا 3.3. نتایج آزمایشگاهی 4. بررسی CFD-DEM در خصوص ویژگی‌های تراوش مصالح خاکی سد لغزشی 4.1. راه اندازی آزمایش و شبیه سازی عددی 4.2. نتایج عددی برای خاک‌های ریزدانه 4.2.1. صحت سنجی مدل عددی 4.2.2. تحلیل ریزمقیاس گسیختگی ناشی از شکست برای خاک‌های ریزدانه 4.3. نتایج عددی برای خاک‌های درشت دانه 4.3.1. صحت یابی نتایج عددی 4.3.2. تحلیل ریزمقیاس در خصوص گسیختگی تراوش در خاک های درشت دانه 5. نتیجه گیری

چکیده – برای بررسی کمی مشخصه های تراوش در مصالح ریزدانه و درشت دانه مربوط به سدهای لغزشی از روش‌های دینامیک سیالات محاسباتی ترکیبی و روش المان گسسته (المان مجزا) استفاده شد. مدل عددی با مقایسه پارامترهای تراوش محاسبه‌شده، شیب هیدرولیکی بحرانی و مود شکست با آزمایش‌های مربوطه تایید و صحت یابی شد. مکانیسم ریز مقیاس شکست تراوش با در نظر گرفتن حوزه تراوش، زنجیره نیرو و مسیر ذرات مورد مطالعه قرار گرفت. مود شکست خاک‌های ریزدانه به صورت جاری شدن خاک می‌باشد، زیرا تنش موثر به صفر نزدیک بود. همچنین، برای خاک‌های درشت دانه، حالت شکست به صورت پدیده رگاب می‌باشد که ناشی از وجود مقداری تنش موثر بود. مقدمه: سدهای لغزشی وقتی شکل می‌گیرند که یک رودخانه توسط حرکت توده های عظیم مانند سقوط بهمن، رانش زمین و یا جریان غلیظ و واریزه‌ای ناشی از زلزله، بارش سنگین و یا عوامل دیگر مسدود می‌شود [۱، ۲]. با توجه به کوستا [۳] و شی [۴]، به طور عمده حالت‌های شکست سدهای لغزشی شامل روگذری جریان (سیل) و گسیختگی ناشی از تراوش (جاری شدن خاک و رگاب) هستند. جاری شدن خاک وقتی روی می‌دهد که در نیروی بالابرنده در پایین‌دست سد از وزن غوطه‌وری با افزایش سریع در سطح آب بالادست سد بیشتر می‌شود [۵]. رگاب از طریق حرکت ذرات کوچک به خروجی‌های آزاد یا در بازشدگی ذرات درشت دانه، مثل منافذ و خلل و فرج بزرگ در شن‌ها و یا قلوه سنگ‌ها ایجاد می‌شود [۶]. ساختار ذرات مصالح این سد به طور مداوم با نفوذ جریان تغییر می‌کند و این باعث تضعیف پایداری بلند مدت و طول عمر سدهای لغزشی می‌شود [۷]. سیلاب‌های شدید ناشی از شکست سد و رسوبات ته‌نشین شده در این فرآیند به شدت مردم ساکن نواحی پایین دست را از نظر مالی و جانی تهدید می‌کنند [۸، ۹]. بنابراین، مطالعه بیشتر روی ویژگی‌های تراوش مصالح سازنده سدهای لغزشی به شدت حائز اهمیت است. آزمایش‌های میدانی، تست‌های آزمایشگاهی و شبیه‌سازی‌های عددی، رویکردهای تحقیقاتی اصلی برای مطالعه ویژگی‌های تراوش در سدهای لغزشی هستند. در حال حاضر، تنها چند آزمایش میدانی مانند آزمایش پمپاژ و آزمایش‌های تزریق آب برای به دست آوردن هدایت هیدرولیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای نمونه، این آزمایش‌ها در سد ژیائونانهای ]10[ و سد لغزشی تاجیشان [۱۱] انجام شدند. انجام تحقیقات در ساختگاه در مورد پایداری در برابر تراوش در سدهای لغزشی به دلیل محدودیت‌های مربوط به امنیت پرسنل، شرایط زمین‌شناختی ضعیف و طول عمر کوتاه سدهای زمین لغزشی دشوار است. مطالعات آزمایشگاهی روش مرسوم برای بررسی ویژگی‌های تراوش مصالح خاکی از دیدگاه بزرگ مقیاس و از طریق اندازه‌گیری هدایت هیدرولیکی و شیب هیدرولیکی بحرانی هستند [۱۴ - ۱۴]. داده‌های زیادی از این آزمایش‌ها به دست می‌آید [۱۵ - ۲۰] که برای بررسی مکانیسم شکست در جاری شدن خاک و رگاب و همچنین ارزیابی پایداری نفوذ انباشته شده‌است. با این وجود، هنوز هم فرآیند شکست فیزیکی برای انواع خاک‌های مختلف به دلیل کمبود اطلاعات در خصوص مسیر حرکت ذرات و متغیرهای تنش به صورت کامل درک نشده است.

A coupled computational fluid dynamics and discrete element method was presented to quantitatively investigate the seepage characteristics of fine and coarse materials relevant to landslide dam. The numerical model was verified by comparing the calculated seepage parameters, critical hydraulic gradient and failure mode with the corresponding tests. The microcosmic mechanisms of the seepage failure were studied by considering seepage field, force chain, and particle trajectory. The failure mode of fine-grained soils was flowing soil because the effective stress was close to zero. However, for coarse-grained soils, the failure mode was piping that resulted from the presence of some effective stress. Introduction: Landslide dams are formed when a river is blocked by mass movements such as a rock avalanche, landslide, or debris flow triggered by an earthquake, heavy rainfall, or other factors [1,2]. According to Costa [3] and Shi [4], the failure modes of landslide dams mainly consist of overtopping and seepage failure (flowing soil and piping). Flowing soil occurs where the uplift force of the downstream dam exceeds the buoyant weight with a rapid increase in the upstream water level [5]. Piping is caused by migration of small particles to free exits or into coarse openings, such as large pores in gravels or cobbles [6]. The grain compositions of the dam materials are continually changed by permeation, and this undermines the long-term stability and longevity of the landslide dams [7]. People's lives and property in the downstream areas are seriously threatened by severe dam-breaching floods and the sediments deposited in the process [8,9]. Therefore, it is necessary to further study the seepage characteristics of landslide dam materials. Field tests, laboratory tests, and numerical simulations are the main research approaches to study the seepage characteristics of landslide dams. Currently, there are only a few field tests such as pumping tests and water injection tests used to obtain hydraulic conductivity. For example, tests were carried out on the Xiaonanhai barrier dam [10] and the Tangjiashan landslide dam [11]. It is difficult to conduct an onsite investigation of the seepage stability of landslide dams because of limitation related to by personnel security, poor geological environment, and short longevity of the landslide dams. Laboratory test is the conventional method used to investigate the seepage characteristics of geotechnical materials from the macro perspective by measuring the hydraulic conductivity and critical hydraulic gradient [12–14]. A large amount of data has been accumulated from such experiments [15–20] to investigate the failure mechanism in flowing soil and piping as well as to assess the seepage stability. Nevertheless, there is still a lack of understanding of the physical failure process for different types of soils because of the absence of information on the particle trajectory and stress variables.

بخشی از ترجمه مقاله (صفحه 16 و 17 فایل ورد ترجمه)