Numerical Analysis of Soil Deformation in Earth Dams Using a Stiffness Variation Technique
Description
Small earth dams have been used since ancient times and are often the main source of water in semi-arid regions. In this particular type of engineering work, soils saturated by water present changes in their mechanical properties (especially in the first filling), which usually cause a simultaneous loss of stiffness and shear strength. In this context, the software UNSTRUCT presents itself as a very useful tool, as it allows calculating the final state of stress x strain for a plane strain state, using the Finite Element Method, both for saturated and unsaturated embankments, considering an elastic model and the effect of suction (and its variation), through a stiffness variation technique. The present research used UNSTRUCT to assess the behavior of the embankment of a hypothetical earth dam, varying the features of its typical cross-section: homogeneity; internal drainage structures; geometry along a longitudinal profile; and the influence of the compaction level. The results showed that the soil responded better to strains for the scenario of better compaction along the dry branch of the compaction curve, as well as with the use of a vertical drainage element. It was also observed that the strains were higher when greater sections considered, which, in a real situation, would cause distortions along the longitudinal profile of the dam. The software UNSTRUCT proved to be efficient in obtaining and visualizing the modeling results, also making it possible to analyze the development of failure over time after the dam was filled. With UNSTRUCT, a more realistic analysis of the behavior of the hypothetical dam – considering factors that are specific to unsaturated soils – was possible. Worth mentioning also that the software allowed the appraisal of multiple changes in the dam's geometry and parameters.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تم استخدام السدود الترابية الصغيرة منذ العصور القديمة وغالبًا ما تكون المصدر الرئيسي للمياه في المناطق شبه القاحلة. في هذا النوع بالذات من الأعمال الهندسية، تمثل التربة المشبعة بالماء تغيرات في خواصها الميكانيكية (خاصة في الحشوة الأولى)، والتي عادة ما تسبب فقدانًا متزامنًا للصلابة وقوة القص. في هذا السياق، يقدم البرنامج UNSTRUCT نفسه كأداة مفيدة للغاية، لأنه يسمح بحساب الحالة النهائية للإجهاد × الانفعال لحالة إجهاد مستوي، باستخدام طريقة العناصر المحدودة، لكل من السدود المشبعة وغير المشبعة، مع الأخذ في الاعتبار نموذج مرن وتأثير الشفط (وتغيره)، من خلال تقنية تباين الصلابة. استخدم البحث الحالي UNSTRUCT لتقييم سلوك جسر سد أرضي افتراضي، مع تغيير ميزات المقطع العرضي النموذجي: التجانس ؛ هياكل الصرف الداخلية ؛ الهندسة على طول ملف تعريف طولي ؛ وتأثير مستوى الضغط. أظهرت النتائج أن التربة استجابت بشكل أفضل للسلالات لسيناريو الدمك الأفضل على طول الفرع الجاف لمنحنى الدمك، وكذلك باستخدام عنصر تصريف رأسي. كما لوحظ أن السلالات كانت أعلى عند النظر في أقسام أكبر، والتي، في حالة حقيقية، من شأنها أن تسبب تشوهات على طول المظهر الطولي للسد. أثبت البرنامج UNSTRUCT أنه فعال في الحصول على نتائج النمذجة وتصورها، مما يجعل من الممكن أيضًا تحليل تطور الفشل بمرور الوقت بعد ملء السد. مع UNSTRUCT، كان من الممكن إجراء تحليل أكثر واقعية لسلوك السد الافتراضي – مع الأخذ في الاعتبار العوامل الخاصة بالتربة غير المشبعة. تجدر الإشارة أيضًا إلى أن البرنامج سمح بتقييم التغييرات المتعددة في هندسة السد ومعلماته.Translated Description (French)
Les petits barrages en terre sont utilisés depuis l'Antiquité et sont souvent la principale source d'eau dans les régions semi-arides. Dans ce type particulier de travaux d'ingénierie, les sols saturés d'eau présentent des changements dans leurs propriétés mécaniques (en particulier lors du premier remplissage), qui entraînent généralement une perte simultanée de rigidité et de résistance au cisaillement. Dans ce contexte, le logiciel UNSTRUCT se présente comme un outil très utile, car il permet de calculer l'état final de contrainte x déformation pour un état de déformation plan, en utilisant la méthode des éléments finis, à la fois pour les remblais saturés et insaturés, en considérant un modèle élastique et l'effet de l'aspiration (et sa variation), grâce à une technique de variation de rigidité. La présente recherche a utilisé UNSTRUCT pour évaluer le comportement du remblai d'un barrage en terre hypothétique, en variant les caractéristiques de sa section transversale typique : homogénéité ; structures de drainage internes ; géométrie le long d'un profil longitudinal ; et l'influence du niveau de compactage. Les résultats ont montré que le sol répondait mieux aux déformations pour le scénario d'un meilleur compactage le long de la branche sèche de la courbe de compactage, ainsi qu'avec l'utilisation d'un élément de drainage vertical. Il a également été observé que les déformations étaient plus élevées lorsque l'on considérait des sections plus importantes, ce qui, dans une situation réelle, provoquerait des distorsions le long du profil longitudinal du barrage. Le logiciel UNSTRUCT s'est avéré efficace pour obtenir et visualiser les résultats de la modélisation, permettant également d'analyser l'évolution de la défaillance au fil du temps après le remplissage du barrage. Avec UNSTRUCT, une analyse plus réaliste du comportement du barrage hypothétique – compte tenu des facteurs spécifiques aux sols insaturés – a été possible. Il convient également de mentionner que le logiciel a permis d'évaluer de multiples changements dans la géométrie et les paramètres du barrage.Translated Description (Spanish)
Las pequeñas presas de tierra se han utilizado desde la antigüedad y a menudo son la principal fuente de agua en las regiones semiáridas. En este tipo particular de trabajos de ingeniería, los suelos saturados por agua presentan cambios en sus propiedades mecánicas (especialmente en el primer relleno), que suelen provocar una pérdida simultánea de rigidez y resistencia al corte. En este contexto, el software UNSTRUCT se presenta como una herramienta muy útil, ya que permite calcular el estado final de tensión x deformación para un estado plano de deformación, utilizando el Método de Elementos Finitos, tanto para terraplenes saturados como insaturados, considerando un modelo elástico y el efecto de succión (y su variación), a través de una técnica de variación de rigidez. La presente investigación utilizó UNSTRUCT para evaluar el comportamiento del terraplén de una hipotética presa de tierra, variando las características de su sección transversal típica: homogeneidad; estructuras internas de drenaje; geometría a lo largo de un perfil longitudinal; y la influencia del nivel de compactación. Los resultados mostraron que el suelo respondió mejor a las deformaciones para el escenario de mejor compactación a lo largo de la rama seca de la curva de compactación, así como con el uso de un elemento de drenaje vertical. También se observó que las deformaciones eran mayores cuando se consideraban secciones mayores, lo que, en una situación real, causaría distorsiones a lo largo del perfil longitudinal de la presa. El software UNSTRUCT demostró ser eficiente en la obtención y visualización de los resultados del modelado, permitiendo también analizar el desarrollo de la falla en el tiempo después del llenado de la presa. Con UNSTRUCT, fue posible un análisis más realista del comportamiento de la hipotética presa, considerando factores específicos de los suelos insaturados. Vale la pena mencionar también que el software permitió la evaluación de múltiples cambios en la geometría y los parámetros de la presa.Files
40587.pdf
Files
(1.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:428215315c8688677bca95c56343a93c
|
1.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحليل العددي لتشوه التربة في السدود الأرضية باستخدام تقنية تباين الصلابة
- Translated title (French)
- Analyse numérique de la déformation du sol dans les barrages terrestres à l'aide d'une technique de variation de rigidité
- Translated title (Spanish)
- Análisis numérico de la deformación del suelo en presas de tierra utilizando una técnica de variación de rigidez
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4394821989
- DOI
- 10.11137/1982-3908_2024_47_53417