به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
فهرست مطالب نویسنده:

فرهود کلاته

  • فرهود کلاته*، سجاد کوزه گر غیاثی، احسان امین وش
    کاویتاسیون پدیده یی است که طی آن با حرکت جریان و کاهش فشار مایع به فشار بخار اشباع سیال در مناطق مستعد، حباب هایی از هوا در طی جریان ایجاد می شوند، که پس از رسیدن به مناطقی با فشار بالاتر شکافته و باعث آزاد شدن انرژی زیادی از جانب سیال می شوند، که با برخورد مایکروجت های مذکور به جداره ها، باعث ایجاد لرزش و سروصدا و آثار مخربی، از جمله: فرسایش سازه یی پروانه های کشتی ها، پره های پمپ ها و سریز سدها و همچنین کاهش راندمان و اختلال در عملکرد دستگاه های هیدرولیکی می شوند. در پژوهش حاضر، به صورت عددی و با استفاده از نرم افزار A N S Y S F L U E N T بررسی و مدل های مختلف کاویتاسیون در هندسه های متفاوت مطالعه و با هم مقایسه شده اند. همچنین نتایج نشان داده اند که تشکیل پدیده ی کاویتاسیون در گلویی 10 سانتی متر نسبت به 5 سانتی متر به میزان 5٫88\٪، در گلویی 10 سانتی متری نسبت به بدون گلویی به میزان 64٫71\٪ و در گلویی 5 سانتی متری نسبت به بدون گلویی به میزان 62٫5\٪ تغییر یافته است.
    کلید واژگان: کاویتاسیون, جریان دوفازی, دینامیک سیالات محاسباتی, فشار بخار اشباع
    F. Kalateh *, S. Kouzehgar Ghiasi, E. Aminvash
    Cavitation is a phenomenon during which, with the movement of the flow and the reduction of the liquid pressure to the saturated vapor pressure of the liquid in susceptible areas, bubbles of air are formed during the flow. The microjet becomes full of energy with the fluid, which when these micro jets collide with the walls, causing vibration and noise and destructive effects such as structural erosion of ship propellers, pump blades, and dams, as well as reducing efficiency, and malfunction of hydraulic devices. This research aims to study different simulation models of the cavitation phenomenon and compare them in the way of cavitation cloud creation and expansion and the effect of this phenomenon on the flow. The present research has been analyzed numerically using ANSYS FLUENT software. In this research, an attempt has been made to study and compare different cavitation models in various geometries. Also, in one example, the results of the numerical model have been compared with the results of the laboratory model. The results showed that the formation of cavitation phenomenon in 10 cm throat compared to 5 cm by 5.88%, in 10 cm throat compared to without throat by 64.71%, and in 5 cm throat compared to without throat by 5.62% has changed.
    Keywords: Cavitation, Two-Phase Flow, Computational Fluid Dynamics, Saturated Vapor Pressure
  • کرامت اخوان*، میلاد خیری قوجه بیگلو، مجید مردپور، فرهود کلاته

    کنترل تلفات نشت آب از کانال ها و مخازن ذخیره به منظور حفاظت از منابع محدود آب کشور ضروری است. برای کنترل نشت، تاکنون روش های متعددی به کار گرفته شده و امروزه استفاده از پوشش های ژئوسنتتیک، نظیر ورقه های ژئوممبران، مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، مشکلات موجود در مراحل مختلف طراحی و اجرای پوشش ژئوممبران در کانال ها در شبکه آبیاری مغان بررسی شده است. سپس میزان نشت از این نوع پوشش در شرایط مختلف با استفاده از روش ورودی-خروجی بررسی گردید. در تحقیق حاضر، از بین کانالهای اجرا شده با پوشش های ژئوسنتتیک در شبکه آبیاری مغان، کانال پمپاژ 3 مغان با توجه به اهمیت و ویژگی های فنی انتخاب شد و بر روی آن بررسی صحرایی از نظر خصوصیات هیدرولیکی، کنترل نشت، کارایی و بررسی مسائل اجرایی به عمل آمد. بر اساس نتایج آزمایشات، میزان متوسط نشت آب در طول بازه کانال های خاکی 46/86 لیتر در روز در متر مربع بدست آمد و بر اساس بازدیدهای صحرایی، رسوب و تخریبی در کانال مشاهده نگردید. این میزان نشت در مقایسه با سایر پوشش های ژئوسنتتیک مطالعه شده در سایر نقاط (69-14 لیتر در روز در هر مترمربع) برای کانال های پوشش شده با پلی اتیلن کم چگالی به ضخامت 2/5 میلیمتر در حد متوسط قرار دارد.

    کلید واژگان: پوشش ژئوسنتتیک, تراوش, شبکه آبیاری مغان, عملکرد کانال, کانال خاکی
    Karamat Akhavan *, Milad Kheiry Goje Biglo, Majid Mardpour, Farhoud Kalateh
    Introduction

    The performance of geomembrane liners depends on proper design, installation, and maintenance. Geomembranes exhibit thermoplastic behavior, expanding and contracting significantly with temperature changes. This can lead to issues like wrinkling and uplift, which can compromise the liner's seepage control function. Proper maintenance is also essential, as geomembranes are sensitive to mechanical damage that can greatly reduce their effectiveness.In Iran, geomembrane lining of irrigation canals has been implemented in several projects, including the Moghan Irrigation Network. However, comprehensive studies on the performance and durability of these liners are lacking. This study aimed to evaluate the effectiveness of geomembrane liners in controlling seepage from Pumping channel No. 3 of Moghan, and identify any issues related to their design, installation and operation. The results can help guide the rational expansion and optimal utilization of geomembrane lining for improving agricultural water productivity in Iran.

    Literature Review:

    Geomembranes exhibit thermoplastic behavior, expanding and contracting significantly with temperature changes. Geomembranes layers have a high coefficient of thermal expansion, causing wrinkling or waves in parts of the liner when heated. Proper temperature is critical for seam welding to avoid inadequate bonding and uplift of the geomembrane on slopes. Long-term wrinkles can also become failure points. Proper maintenance is essential for the sustainable operation of geomembrane projects, especially for exposed liners. Preventing mechanical damage (intentional and accidental) is crucial for the liner's durability and effectiveness. Geomembranes are sensitive to intentional damage (cutting, burning, abrasion, impact, etc.) which can greatly reduce the liner's seepage control capacity.

    Methodology

    The Moghan irrigation network, particularly Pumping Channel No. 3, has been a focal point for evaluating hydraulic performance, seepage control, and durability in irrigation systems. This channel, which spans 28 kilometers, is crucial for drawing water from the irrigation network and has a capacity of 2.3 cubic meters per second, serving approximately 3,500 hectares of agricultural and industrial land. Research conducted on this channel has employed the inflow-outflow method to measure average seepage rates, which were found to be around 46.86 liters per day per square meter. This rate is considered moderate compared to other geosynthetic-lined channels, highlighting the need for ongoing maintenance and monitoring to manage water loss effectively.Field inspections have revealed significant deterioration in the channel's walls and floor, leading to operational challenges. In 1999, significant repairs were made to three critical sections of the canal, covering 8 kilometers in total. However, these repairs proved insufficient, as severe damage reoccurred within two years of service. This situation emphasizes the necessity for robust construction practices and the potential benefits of using advanced materials, such as geomembranes, to enhance the durability and performance of irrigation channels. The research indicates that while immediate repairs can address some issues, long-term solutions are essential for maintaining the integrity of the irrigation infrastructure.Overall, the evaluation of Pumping Channel No. 3 illustrates the complexities and challenges faced in managing irrigation systems, particularly regarding hydraulic efficiency and seepage control. The findings suggest that integrating geosynthetic materials could significantly improve the channel's performance and longevity, thereby optimizing water resource management in the Moghan region. Continuous assessment and adaptation of maintenance strategies will be crucial in ensuring that the irrigation network meets the agricultural demands of the area effectively.

    Results and Discussion

    The average seepage rate along the canal reaches was 0.4686 liters per square meter per day. No sedimentation or damage was observed during field inspections. The results demonstrate the acceptable short-term effectiveness of well-installed geomembrane liners in controlling water losses. Properly designed and maintained geomembrane liners can significantly reduce seepage, improving agricultural water productivity. However, geomembranes require careful consideration in design, construction and operation to avoid issues like thermal wrinkling and mechanical damage that can compromise their seepage control function.

    Conclusion

    Controlling seepage from water storage and conveyance systems is essential in water-scarce countries like Iran. Geosynthetic liners, especially geomembranes, are rapidly expanding in Iran due to their unique waterproofing capabilities and other advantages like quick and easy installation. However, comprehensive studies on the performance of these liners are lacking. Rational expansion, proper utilization and optimal investment requires comprehensive evaluation of completed projects. This study's results indicate the acceptable short-term effectiveness of well-installed geomembrane liners in controlling water losses. Therefore, geomembrane liners can contribute to improving agricultural water productivity by significantly reducing seepage, if they meet waterproofing requirements. However, long-term performance and durability require further investigation.

    Keywords: Geomembrane, Seepage Control, Irrigation Canal Lining, Hydraulic Performance, Water Conservation
  • فرهود کلاته*، میلاد خیری

    عدم قطعیت های ناشی از ماهیت پیچیده خاک موجب گسترش استفاده از تحلیل های احتمالاتی در طراحی سازه های خاکی شده است و در برخی از کشورها آیین نامه های طراحی چنین سازه هایی را تغییر داده است. هدف پژوهش حاضر تحلیل تراوش با فرض عدم قطعیت در هدایت هیدرولیکی خاک است که در شرایط مختلف هندسی سد مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش ترکیب روش اجزای محدود به عنوان روش عددی محاسباتی در کنار یادگیری ماشینی (ML) برای بررسی مساله تراوش از سد خاکی استفاده شده است که تحلیل عدم قطعیت در زبان برنامه نویسی فرترن با الگوریتم شبیه سازی مونت کارلو (MCS) پیاده سازی شده و با تعداد نمونه 2000 برای هر زیرمدل اجرا شده و تابع توزیع فراوانی برای هر مدل استخراج شد. سپس، نتایج احتمالاتی با رگرسیون بردار پشتیبان (SVR) و برنامه نویسی بیان ژن (GEP) تحلیل شدند که مدل درختی برای تراوش نیز ارائه شد. برای بررسی جریان نشت به صورت بی بعد از مولفه دبی موثر نشت (ESD) استفاده شد که بیان گر جریان دبی خروجی با در نظر گرفتن هندسه سد و ضریب هدایت هیدرولیکی آن است. مدل سازی داده های حاصل از کد فرترن به دو روش برنامه نویسی بیان ژن و رگرسیون بردار پشتیبان انجام شد. ضریب همبستگی مدل SVR و GEP به ترتیب 96/0 (در سه حالت داده های آزمون، آموزش و کل) و 91/0 و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) در هر دو مدل نزدیک 01/0 به دست آمد که بیان گر این است که دو مدل مذکور با دقت مناسبی قادر به پیش بینی دبی موثر هستند و نتایج مدل SVR نسبت به مدل GEP به نتایج تحلیل ناشی از اجزای محدود، تطابق بیش تری دارد.

    کلید واژگان: تابع چگالی احتمال, تحلیل احتمالاتی, زبان برنامه نویسی فرترن, ماشین بردار پشتیبان, محیط متخلخل, هدایت هیدرولیکی خاک
    Farhoud Kalateh *, Milad Kheiry
    Introduction

    The cost of building dams is very high and their failure can be hazardous. On the other hand, they are vital for every country as freshwater storage. Deterministic and traditional algorithms can not answer the multidimensional and complex problems of dam construction, and it is necessary to use hybrid methods based on probabilities. The problems of fluid movement in their nature have a complexity that modeling and finding requires using an advanced algorithm that can finally interpret its non-deterministic nature. Earth dams have a porous, multiphase, and complex medium, and the hydraulic and mechanical variables in different parts are associated with uncertainty. For this reason, in recent years, the regulations for the design of dams have been reforming in the direction of applying non-deterministic and probabilistic variables in the calculations. A probabilistic engineering view leads to a more realistic understanding of design than deterministic approaches. In the research, artificial intelligence (AI) methods have been used to analyze the data, which provides a predictive model of behavior for seepage discharge flow through the earth dam. In general, the present research has two purposes a) to estimate the effect of uncertainty of the hydraulic conductivity dam on seepage discharge and b) to provide a model to estimate seepage discharge in a dimensionless way with the gene expression programming (GEP) and support vector machine (SVM) methods.

    Materials and Methods

    Monte Carlo simulation (MCS) with 2000 iterations was executed for stochastic analysis. The first step of the Monte Carlo simulation is the choice of the deterministic performance function. In the second step, the input variables were defined to the performance function and the probability distribution for variable/variables. By repeating the process n times, n random answers were extracted for the resulting problem, and finally, probability density function (PDF) and cumulative density function (CDF) graphs were drawn for the results. In the Fortran code of this research and to check the convergence, the hydraulic heads were compared to achieve the difference obtained in iteration n with the obtained value in iteration n-1, and if the difference is less than the tolerance error, then the program stops. In the next section of the algorithm, the obtained data (from the repeated execution of the MCS) are converted into a model for a description relationship between the effective seepage discharge (ESD) and the input variables by using the metaheuristic methods that include; gene expression programming (GEP) and support vector machine (SVM). After GEP and support vector regression (SVR) modeling the predicted and observed results were compared by statistical indexes such as MSE, RMSE, MAE, and Correlation coefficients.

    Results and Discussion

    The different models of earth dams were implemented in the Fortran program, and the average and standard deviation of the seepage discharge flow in the uncertainty state were obtained. To determine the relationship between the ESD value, indicators had been defined that these parameters used for the Gene Expression Programming model include; Kx/Ky, W/B, Bd/B, Bu/B, Hdam/B, Hu/Hdam, and Hd/Hu. These were the factors influencing the seepage discharge of the earth dam, and the discharge component is also defined as the effective seepage discharge (ESD) in a dimensionless manner. Kx and Ky are soil permeability in the direction of the horizontal and vertical axes respectively (m/s), W is the width of the crest, B is the width of the base of the earth dam, Bd is the horizontal distance of the dam tip from the downstream side from the crest, Bu is the horizontal distance of the dam tip from the upstream side crest, Hdam height of the dam, Hu height of the reservoir level, Hd water height downstream of the dam, all the variables are in meters. By increasing the Kx/Ky ratio of horizontal to vertical hydraulic conductivity by 49%, the Effective Seepage Discharge increases by 14%. If the horizontal variable of permeability is increased by 25%, the ESD rate increases by 4.56%, similarly, if the vertical variable is increased by 25%, the ESD decreases by 4.72%.

    Conclusion

    After finite element analysis, and modeling with two methods of gene expression programming (GEP) and support vector regression (SVR), the statistical analysis of the methods showed that the two calculation models had a good prediction of the ESD with a correlation coefficient above 0.9. Vertical hydraulic conductivity (Ky) has a greater effect on the ESD rate than horizontal hydraulic conductivity (Kx). The results of the geometric investigation of the dam also show that the increase in the ratio Hdam/B has a direct impact on the ESD and also the lower the slope downstream of the dam leads to the lower the ESD. The statistical analysis was used to compare the results of the data obtained from Fortran output for SVR and GEP models. In general, the SVR model is closer to the model resulting from the Fortran code rather than the GEP model, and it has a low root mean square error (RMSE) and a high correlation coefficient.

    Keywords: Fortran programming language, Porous medium, Probabilistic analysis, Probability density function (PDF), Soil hydraulic conductivity, Support Vector Machine (SVR)
  • میلاد خیری، فرهود کلاته*
    در تحلیل محیط خاکی به صورت اشباع و نیمه اشباع، استفاده از روش اجزای محدود فازی به علت تصادفی بودن خصوصیات خاک موجب حصول تحلیل های واقع بینانه تری نسبت به روش های تعینی می شود. هدف این تحقیق بررسی تاثیر عدم قطعیت در پیش بینی دبی نشت از سد خاکی، با به کارگیری الگوریتم نوترکیب شبیه سازی مونت کارلو فازی (FMCS) است که به کمک روش اجزای محدود تصادفی اجراشده است. در این تحقیق از یک برنامه رایانه ای برای تحلیل اجزای محدود استفاده شد که بعد از صحت سنجی با نتایج آزمایشگاهی ابتدا به صورت قطعی و تعینی بررسی گردید. سپس از حلقه های تکرار مونت کارلو برای حالت احتمالاتی استفاده شد. اجزای محدود فازی با فرض احتمال وقوع رخداد تراوش در خاک برای چهار متغیر نفوذپذیری خاک (Kx/Ky)، نسبت ارتفاع آب (Hd/Hu)، نسبت عرض افقی پایین دست به عرض قاعده (Bd/B)و نسبت عرض افقی پایین به عرض بالادست (Bd/Bu) اجرا گردید. نتایج این تحقیق نشان می دهد که تابع عضویت فازی برای متغیرهای Kx/Ky به صورت خطی- متقارن و برای دو متغیر هندسی Bd/B و Bd/Bu خطی-غیرمتقارن است و همچنین تابع عضویت Hd/H به صورت غیرخطی-غیرمتقارن برای تراوش می باشد.
    کلید واژگان: محیط متخلخل, اجزای محدود گالرکین, مدل شبیه سازی, هدایت پذیری خاک, برنامه نویسی فرترن
    Milad Kheiry, Farhoud Kalateh *
    In the analysis of saturated and semi-saturated soil media, the use of the finite element method results in more realistic analyses than deterministic methods due to the random nature of porous media properties. The purpose of this research is to investigate the impact of uncertainty in the prediction of seepage flow through earth dams using the Fuzzy Monte Carlo Simulation (FMCS) new hybrid algorithm, which is implemented with the help of the finite element method and monte carlo simulation. In this study, a computer program was used for Finite Element Analysis (FEA), which was definitively checked after validation with experimental results. Monte Carlo iteration loops were then used for probabilistic mode. The Fuzzy Finite Element Method (FFEM) was executed assuming the probability of the soil for four variables: soil permeability (Kx/Ky), water height ratio (Hd/Hu), horizontal width of downstream slope ratio to base width (Bd/B), and horizontal width of downstream slope ratio to horizontal upstream width (Bd/Bu). The results of this research show that the fuzzy membership function is linear-symmetric for Kx/Ky variables and linear-asymmetric for two geometric variables, Bd/B and Bd/Bu. Additionally, the membership function was extracted for Hd/Hu.
    Keywords: Porous Medium, Galerkiin Finite Element Method (GFEM), Simulation Model, Soil Hydraulic Conductivity, FORTRAN
  • فرهود کلاته*، احسان امین وش، زهرا وکیلی
    مقدمه

    تحقیق حاضر با هدف بررسی و تعیین تغییرات رسوب در رودخانه کارون، در منطقه زرگان-فارسیات با در نظر گرفتن شرایط موجود و زمان ایجاد حلقه انجام گرفته است. شبیه سازی رودخانه در فاصله حدود 75 کیلومتری در منطقه زرگان-فارسیات با استفاده از مدل HEC-RAS انجام شد. یکی از اصلی ترین و مهم ترین مسائل در بخش آب، تامین آب مورد نیاز و انتقال آن است. از عوامل کاهش دهنده راندمان انتقال، رسوب گذاری در کانال های انتقال آب و تاسیسات آبیاری است. علم شناخت رسوبات و کنترل آن ها برای متخصصان مهندسی آب امری ضروری است. بنابراین در این مطالعه به بررسی الگوی جریان و انتقال رسوبات در شبکه کانال های روباز پرداخته شده است. همچنین در این مطالعه به منظور تعیین تغییرات الگوی جریان و رسوب رودخانه کارون در شرایط موجود و زمان ایجاد لوپ بررسی گردید.

    پیشینه پژوهش: 

    گیبسون و همکاران (2010) رودخانه COWLITZ را با توجه به بستر متحرک مدل سازی کردند و از مدل HEC-RAS برای شبیه سازی استفاده کرد. آن ها مدل سازی را برای 20 مایل آخر رودخانه انجام دادند زیرا احتمال سیل به دلیل رسوب گذاری در این منطقه بیشتر بود. هدف از این مطالعه بررسی اثرات رسوب گذاری بر افزایش خطر سیل در بلندمدت بود. رابطه Laursen-Copeland در محاسبات رسوب مورد استفاده قرار گرفت زیرا رسوبات از ماسه بسیار ریز تا قلوه سنگ های بزرگ متغیر بودند. هم چنین بیان کردند که قابلیت افزودن اندازه ذرات بستر در 20 کلاس مختلف به مدل HEC-RAS در نسخه 4.1 اضافه شده است.

    مواد و روش ها

    موقعیت جغرافیایی این تحقیق بر اساس سیستم جغرافیایی UTM در حدود ''33'22 32 تا ''32'45 17 عرض شمالی و ''40'22 48 تا ''48'57 19 طول شرقی است. طول کل مسیر مورد مطالعه حدود 75 کیلومتر بین زرگان و فارسیات و شامل 155 مقطع عرضی و طول تقریبی پیچ و خم 4/13 کیلومتر است. به منظور شبیه سازی جریان هیدرولیکی و رسوب گذاری رودخانه توسط مدل HEC-RAS، اطلاعات هندسی (مقاطع، فاصله مقاطع از بخش کنترل پایین دست، ضریب زبری مانینگ و ضرایب باز و باریک شدن)، اطلاعات هیدرولیکی (اطلاعات جریان و سطح تراز در ایستگاه پایین) هواشناسی (دمای آب) و رسوبی (مربوط به دبی جریان-رسوب و دانه بندی رسوبات بستر) ضروری است.نتایج و بحث: به طور کلی می توان گفت که پس از تشکیل حلقه، فاصله بالادست (R1) رسوب گذاری آن از بالادست به پایین دست کاهش می یابد تا اینکه در دوشاخه رودخانه دچار فرسایش می شود و فاصله میانی (R2) از حالت فرسایش پذیر به حالت رسوبی تغییر می کند و فاصله پایین دست حلقه (R3) تقریبا بدون تغییر باقی می ماند و تمایل بسیار کمی به فرسایش نشان می دهد.

    نتیجه گیری کلی:

    قسمت میانی رودخانه کارون (R2) با ایجاد یک حلقه از فرسایش پذیر به رسوبی تبدیل می شود که دلیل تمایل رودخانه به رسوب گذاری در این بخش پس از ایجاد حلقه را دارد. هم چنین کاهش میزان ورودی جریان و در نتیجه آن کاهش سرعت جریان در این بخش، ناشی از تقسیم جریان دو شاخه رودخانه در بالادست این بخش است. به طور کلی می توان گفت که پس از ایجاد حلقه بازه بالادست (R1)، رسوب آن از بالادست به پایین دست کاهش می یابد تا اینکه در دوشاخه رودخانه دچار فرسایش می شود و فاصله میانی (R2) از فرسایش پذیر به رسوبی تبدیل می شود و فاصله حلقه پایه (R3) تقریبا بدون تغییر باقی می ماند و تمایل بسیار کمی به فرسایش پذیری دارد.

    کلید واژگان: انتقال رسوب, بستر متحرک, جریان غیرماندگار, شبکه کانال های روباز, مدل ریاضی HEC-RAS
    Farhoud Kalateh *, Ehsan Aminvash, Zahra Vakili

    Gibson et al. (2010) modeled the COWLITZ river considering the moving bed and used the HEC-RAS model for simulation. They did the modeling for the last 20 miles of the river because the possibility of flooding due to sedimentation was higher in this area. The purpose of this study was to evaluate the effects of sedimentation on the increase of flood risk in the long term. The Laursen-Copeland relationship was used in the sediment calculations because the sediments ranged from very fine sand to large rubble. They also stated that the ability to add bed particle size in 20 different classes has been added to the HEC-RAS model in version 4.1. The geographic location of this research is based on the UTM geographic system, around 33'22'32' to 32'45'17 north latitude and 40'22'48' to 48'57'19 east longitude. According to Figure 1, the total length of the studied route is about 75 km between Zargan and Farsiat and includes 155 cross sections, and the approximate length of the meander is 13.4 km. In order to simulate the hydraulic flow and sedimentation of the river by HEC-RAS model, geometric information (cross sections, distance of sections from the downstream control section, Manning's roughness coefficient and opening and narrowing coefficients), hydraulic information (flow information and water level level at the lower station) meteorological (water temperature) and sedimentary (related to flow-sediment discharge and bed sediments granularity) is necessary. In general, it can be said that after the formation of the loop, the upstream interval (R1) of its sedimentation decreases from upstream to downstream until it undergoes erosion at the bifurcation of the river, and the middle interval (R2) changes from erodible to sedimentary and the interval Downstream of the ring (R3) remains almost unchanged and shows very little tendency to erode. HEC-RAS model is used in this research. When using this software, the continuous flow series is divided into continuous flow segments based on flow and time variables. In general, it can be said that after creating the ring of the upstream interval (R1), its sedimentation decreases from upstream to downstream until it undergoes erosion at the bifurcation of the river, and the middle interval (R2) turns from erodible to sedimentary and the base ring interval (R3) remains almost unchanged and has a very little tendency to be erodible. The middle section of the Karun River (R2) turns from erodible to sedimentary with the creation of a loop, which is the reason for the tendency of the river to deposit sediments in this section after the creation of the loop, reducing the amount of incoming flow and, as a result, reducing the speed The flow in this section is caused by the division of the flow due to the two branches of the river upstream of this section.

    Keywords: Sediment transfer, moving bed, Unsteady flow, network of open channels, HEC-RAS mathematical model
  • میلاد خیری، فرهود کلاته*

    به طور عموم، سدهای خاکی در معرض بارهای استاتیکی و دینامیکی همانند زمین لرزه قرار دارند که در پژوهش های قبلی، مدل سازی تراوش از سد بدون توجه اساسی به اثرات بارهای دینامیکی بر محیط متخلخل انجام شده است که در تحقیق حاضر، رفتار محیط سد با فرض تاثیر این نوع نیروها تحلیل شده است. برای این هدف، کدی برای حل معادلات کوپل u-p با زبان برنامه نویسی FORTRAN برای سد خاکی سن فرناندو پایین دست توسعه داده شد و متغیرهای نیروی دینامیکی شامل فرکانس (f)، دامنه (A) و ضریب شدت آریاس (AI) به عنوان متغیرهای فازی در نظر گرفته شدند. همچنین برای بارگذاری از مدل باترس - حاتمی (BH) استفاده شد که در آن از ضریب شدت آریاس (AI) برای بیان انرژی دینامیکی در سازه استفاده گردید. نتایج نشان می دهد در مدل دینامیکی - فازی نیز می توان گفت که افزایش ضریب AI از 0/1 به 1 در مدل باترس - حاتمی، موجب 2/8 برابر شدن بازه تغییرات دبی در فونداسیون سد می گردد و در بازه 16/5-12/1 هرتز با افزایش فرکانس (f)، مقادیر دبی اوج (PSD) در هر دو بخش فونداسیون و بدنه به مقدار آن در حالت استاتیکی نزدیک تر می شوند.

    کلید واژگان: معیار شدت لرزه ای, معادله بایوت, بار لرزه ای, محیط متخلخل, معادلات u-p
    Milad Kheiry, Farhoud Kalateh*

    In general, earth dams are subjected to both static and dynamic loads, such as earthquakes. Previous research has focused on dam seepage modeling without considering the effects of dynamic loads on the porous medium. To address this issue, a code was developed using the FORTRAN programming language to solve the coupled u-p equations for the Downstream San Fernando dam (DSFD). The dynamic force variables, including frequency (f), amplitude (A), and Arias intensity coefficient (AI), were considered fuzzy variables. Additionally, the Buttress-Hatami (BH) model was utilized for loading, where the Arias intensity factor (AI) was used to express the dynamic energy in the structure. The results indicate that in the dynamic-fuzzy model, an increase in the AI coefficient from 0.1 to 1 in the Batras-Hatami model leads to a 2.8-fold increase in the range of flow changes in the dam foundation. Furthermore, in the range of 12.1-16.5 Hz, with an increase in frequency (f), the values of peak flow rate (PSD) in both the foundation and body parts are closer to their value in the static state.

    Keywords: Intensity Measure (IM), Biot Equation, Seismic Load, Porous Media, u-p
  • فرهود کلاته*، میلاد خیری قوجه بیگلو
    هدف مقاله حاضر بررسی مکانیسم های تحلیل آسیب سیستم سد بتنی وزنی- مخزن- پی با بهره گیری از روش اجزای محدود (FEM) است. در این راستا مدل دوبعدی سیستم سد- مخزن- پی با استفاده از نرم افزار آباکوس تحت مولفه های افقی و قایم شتاب زمین در زمین لرزه کوینا قرارگرفته است و مدل پلاستیسیته آسیب بتن (CDP) با لحاظ رفتار نرم شدگی و سخت شدگی کرنش جهت مدل سازی رفتار مصالح بدنه استفاده شده است. در این تحقیق چهار مولفه تحلیل عددی برای مقایسه مکانیسم خرابی به کار گرفته شدند که عبارتند از: نوع تحلیل (خطی-غیرخطی)، نوع پی (صلب، جرم دار یا بدون جرم)، تراز ورود نیروی دینامیکی (ترازهای کناری، تحتانی بدنه و تحتانی پی) و جهت ورود بار (افقی، عمودی یا ترکیب این دو) و درنهایت، با کمک مدل های مذکور پاسخ دینامیکی غیرخطی سد بتنی وزنی و سطح آسیب لرزه ای بدنه در حالات مختلف مورد مقایسه قرارگرفته است. ارزیابی مدل ها بر اساس موقعیت اعمال بار ورودی نشان می دهد که در دو تحلیل خطی و غیرخطی در نظر گرفتن تراز تحتانی پی برای اعمال بار موجب افزایش آسیب لرزه ای نسبت به اعمال بار در تراز سد می شود. بر اساس نتایج حاصل اعمال تحریک پایه در سطح تماس سد با پی در حالت بدون جرم و همچنین اعمال تحریک پایه در تراز پی سنگی در حالت پی جرم دار می تواند منجر به پیش بینی دقیق تری از پاسخ سازه سد در حین زمین لرزه گردد. بااین وجود، سطح آسیب لرزه ای در بدنه بشدت متاثر از چگونگی اعمال شتاب پایه و مکانیسم مدل سازی سیستم سد - مخزن - پی است.
    کلید واژگان: پی جرم دار, تحلیل لرزه ای, مدل غیرخطی, پلاستیسیته آسیب بتن, تحریک پایه
    Farhoud Kalateh *, Milad Kheiry Ghoujeh Biglou
    The purpose of the present research is to investigate the damage analysis mechanisms of the Dam-Reservoir-Foundation system using the Finite Element Method (FEM). The study focuses on the Koyna dam-reservoir-foundation system, which is a two-dimensional model that has been subjected to the horizontal and vertical components of ground acceleration in the Koyna earthquake using ABAQUS software and the Concrete Damage Plasticity (CDP) model. The comparison of models in linear and linear analysis shows that considering the bottom of the foundation for applying the load increases the seismic damage compared to applying the bottom of the dam. The results indicate that applying foundation excitation at the contact surface of the dam-foundation in the condition of foundation without mass, as well as applying foundation excitation at the level of the rock foundation in the condition of massed foundation can lead to a more accurate prediction of the response of the structure during an earthquake. However, the level of seismic damage in the dam is greatly affected by how the base excitation is applied and the mechanism of the modeling Dam-Reservoir-Foundation system. Therefore, it is crucial to consider the correct application of base excitation and the modeling mechanism while analyzing the damage analysis of the Dam-Reservoir-Foundation system.
    Keywords: Massed foundation, Seismic Analysis, Nonlinear Dynamic Model, Concrete Damage Plasticity (CDP), Base Excitation
  • فرهود کلاته *، احسان امین وش

    در تحقیق حاضر روشی جهت بروزرسانی مدلهای عددی پیش بینی جریان غیردائم در شبکه های رودخانه ای با استفاده از ترکیب روش سطح پاسخ و روش های فراکاوشی توسعه داده شده است. در این راستا شاخه ای از رود گرمابدر (زیقون) جهت مطالعه موردی انتخاب گردید. از نرم افزار Hec-Ras جهت تهیه مدل عددی جریان غیر دائم در شبکه رودخانه ای استفاده شده است. شبکه عصبی نیز برای شبیه-سازی روش عددی انتخاب شده تا در روند استفاده از روش الگوریتم ژنتیک بتوان پارامترهای مورد نظر را بهینه سازی نمود. پس از مدل-سازی جریان غیردائم در نرم افزار Hec-Ras برای بروز رسانی مدل عددی، ضریب مانینگ به عنوان پارامتر تاثیرگذار در نتایج حاصل از نرم افزار Hec-Ras انتخاب گردید. برای بررسی تاثیر این پارامتر و تعیین مقدار بهینه برای بروز رسانی مدل عددی مورد نظر، به تعداد100 بار برنامه Hec-Ras به ازای ضرایب مانینگ متفاوت مدل سازی و آنالیز شده و شبکه عصبی با تعداد 1000 لایه درونی آموزش داده شد. نتایج نشان داد که بهینه سازی یک پارامتر موثر در رفتار جریان شبیه سازی شده، روندی فرسایشی و زمان بر است که استفاده از شبکه عصبی به دلیل وجود سرعت همگرایی بالا این روند بسیار سریع تر و قابل اعتمادتر می گردد. از طرف دیگر نتایج بیان کرد که ضرایب مانینگ از پارامترهای بسیار مهم و تاثیرگذار در رفتار جریان شبیه سازی شده است که با تغییری اندک در آن، نتایج مدل شبیه سازی شده دستخوش پراکندگی قابل توجهی می شود که در روند آنالیز بایستی در نظر گرفته شود تا نتایج حاصل با واقعیت تفاوت قابل ملاحظه ای نداشته باشند.

    کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک, بهینه سازی, بروزرسانی مدل های عددی, شبیه سازی, نرم افزار Hec-Ras
    Farhoud Kalateh *, Ehsan Aminvash
    Introduction

    Nowadays, numerical modeling is known as a powerful method and tool in investigating practical phenomena. So that this method is used in many fields of engineering. Although the numerical model of an engineering problem is usually prepared based on several simplifying assumptions, it is possible that this numerical model does not reflect all aspects of the real problem and is not able to show the real behavior in reality. Direct updating methods use the analytical solution of the problem for this purpose, although these methods specify the necessary corrections without the need to repeat calculations and in one step, but in most cases such corrections do not have a physical meaning in reality but iteration-based updating methods require sensitivity analysis of the effective parameters in the problem in order to find the impact of each of them. One of the solutions to deal with the time-consuming problem of multiple re-analyses in numerical models prepared by commercial software during model updating based on sensitivity analysis is to replace the numerical model with an approximate representative model known as meta-models. The response surface method is one of the common methods for building such meta-models. The response surface technique is actually a test design method to select the design parameters in the experiment with the aim of optimizing some system response functions. From this point of view, the research regarding the response of the network of open channels to the arrival of the flood wave and predicting the characteristics of the flow in the branches of the network can be the solution to minimize the damages caused by it.

    Methodology

    In this research, in order to update the numerical model of unsteady flow in the network of open channels by using the combined method of response surface and meta-exploration methods, a branch of the Garmabadr River (Ziquon) has been selected, and the desired data has been prepared and sorted. have been Hec-Ras software has been used as a numerical method. Neural network is also chosen for simulating the numerical method so that the desired parameters can be optimized in the process of using the genetic algorithm method. This area is located in the northern part of Iran and in the northeast of Tehran province. The geographical coordinates include longitude 51 degrees 32 minutes to 51 degrees 38 minutes and latitude 35 degrees 51 minutes to 35 degrees 58 minutes. MATLAB software has been used to build a meta-model or an alternative model. MATLAB is a software that can be called the language of mathematics and modern engineering sciences.

    Results and Discussion

    As it is clear from the results of the Hec-Ras program, the discharge of stations number 13 and 22 is equal to 308.03 and 27.89 cubic meters per second, respectively. The estimation error is equal to the difference between the estimated flow rate and the observed flow rate, which is 18.03 and 2.11 cubic meters per second, respectively. The percentage of the estimation error is equal to the ratio of the estimation error to the observed value is equal to 6.2% and 7%, respectively, which is an acceptable value for this research, and this result shows the appropriate performance of the genetic algorithm for optimizing the flow simulated by It shows the neural network, on the other hand, the low percentage of error also determines the accuracy of the intended program. As a result, the error of the genetic program is at an optimal level. As it is known, Manning's coefficients are very important and influential parameters in the behavior of the flow, the change in which causes significant changes in the simulation results. The effect of this uncertainty on the performance of numerical methods was clearly identified in this research. As a result, examining inputs that have inherent uncertainty and determining their appropriate values is a suitable solution for improving numerical methods.

    Conclusions

     Genetic algorithm is a powerful method to determine the values of effective parameters in simulated flow performance, and its combination with neural network is a powerful tool for engineering purposes, including the analysis of the behavior of open channels, whose fast convergence is a strong point to choose in these problems. in similar cases.
     Manning's coefficients are very important and influential parameters in the simulated flow behavior, with a small change in it, the simulated model undergoes significant dispersion, which should be considered in the analysis process so that the results are not significantly different from reality.
     Optimizing an effective parameter in simulated flow behavior is an erosive and time-consuming process, and the use of neural network becomes much faster and more reliable due to the high convergence speed of this process.

    Keywords: Genetic algorithm, optimization, update of numerical models, simulation, Hec-Ras software
  • کرامت اخوان گیگلو*، میلاد خیری، هدیه احمدپری، سلیم عباسی، فرهود کلاته

    کمبود آب و تقاضای آن برای تولید محصولات کشاورزی سبب شده تا موضوع بهره وری آب مورد توجه قرار گیرد. این پژوهش به منظور برآورد محتوای آب مجازی و بهره وری فیزیکی و اقتصادی آب محصولات زراعی دشت مغان در شمال استان اردبیل انجام شد. محتوای آب مجازی محصولات زراعی از مجموع آب مجازی سبز، آبی، خاکستری و سفید برآورد شد. در پژوهش حاضر میزان بهره وری فیزیکی و اقتصادی آب با شاخص های عملکرد به ازای واحد حجم آب آبیاری (CPD)، ارزش ناخالص به ازای واحد حجم آبیاری (BPD)، ارزش خالص به ازای واحد حجم آبیاری (NBPD) و ارزش هر واحد آب مجازی (UWV) جهت برآورد آب مجازی محصولات بادام زمینی، گوجه فرنگی، ذرت دانه ای، چغندرقند، برنج، کلزا، جو، ذرت علوفه ای، سویا، پنبه و گندم برای سال زراعی 1400-1399 اندازه گیری و بررسی شد. نتایج حاصل نشان داد که محتوای آب مجازی برای محصول برنج با 26/72 مترمکعب بر کیلوگرم بیشترین مقدار و برای محصول ذرت علوفه ای با 0/3 مترمکعب بر کیلوگرم کمترین مقدار دارد. میزان شاخص CPD برای محصول ذرت علوفه ای و برنج با 4/28 و 0/04 کیلوگرم بر مترمکعب به ترتیب بالاترین و پایین ترین مقادیر را دارا می باشد. میزان شاخص BPD با 61691 و 10371 ریال بر مترمکعب برای محصولات گوجه فرنگی و برنج به ترتیب بالاترین و پایین ترین مقادیر را دارند. میزان شاخص NBPD به ترتیب برای بادام زمینی و جو با مقادیر 31707 و 4599 ریال بر مترمکعب حداکثر و حداقل شاخص بهره وری اقتصادی را دارند، همچنین میزان شاخص UWV برای محصولات گوجه فرنگی و برنج، حداکثر و حداقل شاخص با مقادیر 50073 و 9956 ریال بر مترمکعب می باشد.

    کلید واژگان: آب مجازی, بهره وری آب, بهره وری فیزیکی, بهره وری اقتصادی, دشت مغان
    Karamat Akhavan Giglou *, Milad Kheiry, Hedieh Ahmadpari, Salim Abbasi, Farhoud Kalateh
    Introduction

    Agriculture has played a vital role in the economy, life, and culture in the civil history of Iranians. In recent years, this sector is the largest consumer of freshwater resources in this country. One of the adaptive ways to deal with the water shortage is the optimal use of water (Emami et al, 2020). In the production process of a commodity, different sources of water may be used, and the type of water supply source can play a significant role in the analysis of virtual water trade (Mircholi et al, 2016). In the period of 2016-2018, previous research covered by the Moghan irrigation network has been conducted in the field of physical and economic water productivity indicators estimation of crops. Also, in previous studies, only Benefit Per Drop (BPD) and Net Benefit Per Drop (NBPD) indices have been used to estimate the economic productivity of agricultural water. Therefore, in this research, the agricultural year 2020-2021 was studied in order to investigate the physical and economical water productivity indicators of crops covered by the Moghan irrigation network.

    Materials and Methods

    The Moghan plain is located in the northwestern part of Iran, on the west side of the Caspian Sea, and north of Ardabil province, on the border between Iran and the Republic of Azerbaijan. The total area of the Moghan watershed is more than 5545 square kilometers (Sookhtanlou, 2019). The altitude of the region is 50 to 600 meters above sea level and its climate is semi-arid and moderate (Azizizohan et al, 2021). Most of the agricultural farm covered by Moghan's irrigation and drainage network is devoted to cultivating crops such as wheat, barley, seed corn, fodder corn, soybean, rapeseed, rice, tomato, cotton, sugar beet, and peanut. In this research, these products' virtual water content and physical and economic water productivity are investigated.
    In this research, in order to complete the previous studies in the aforementioned field, the virtual water content of the studied products has also been investigated. In addition to the BPD and NBPD index, the Unit Virtual Water Value (UWV) index has been studied to further investigate the Moghan irrigation network economic efficiency of water crops.

    Results and Discussion

    The content of gray virtual water, blue virtual water, green virtual water, and white virtual water of the studied crops, sugar beet, tomato, and fodder corn, have the lowest content of gray virtual water among crops. Among the studied crops, fodder corn, tomato, and sugar beet products, respectively, have the highest physical water productivity, and rice, soybean, cotton, and peanut respectively have the lowest physical water productivity. The amount of physical water productivity calculated in this research for all the jointly studied crops except tomato, canola, and seed corn is lower than the amount of physical water productivity estimated by Farahza et al (2020).Regarding gross value index per unit of irrigation volume among the studied crops tomatoes, peanuts, fodder corn, barley, and wheat, respectively have the; highest, moreover peanut, tomato, cotton, fodder corn, and sugar beet products, respectively, have the highest net value index per unit of irrigation volume among the studied crops, however, barley, wheat, rice, and grain corn, respectively, have the lowest net value index per unit of irrigation volume among the studied crops. In addition, tomatoes, peanuts, fodder corn, wheat, and barley have the highest index of value per virtual water unit among the studied crops, respectively, while rice has the lowest value index per virtual water unit among the studied crops.According to the BPD index, tomatoes, peanuts, fodder corn, barley, and wheat are the first to fifth priorities for cultivation in the Moghan Plain. The first to fifth priorities for cultivation in the Moghan plain according to the NBPD index are peanuts, tomatoes, cotton, fodder corn, and sugar beet, and based on the UWV index, tomatoes, peanuts, fodder corn, wheat, and barley are the first to fifth priorities.

    Conclusion

    In the current research, the content of virtual water and the amount of physical and economic water productivity of crops covered by the Moghan irrigation network were calculated. The most important results of this research are presented below.The Crop Per Drop (CPD) index of rice shows the last level in the crop year 2019-2019 due to the amount of water consumed and significant cost. Also, in the analysis of BPD and NBPD index, this product has the lowest and ninth priority, respectively, and in the current water shortage conditions in the Moghan plain, there is a need to review the cultivation of this product. Tomatoes and fodder corn have good productivity in all three indices of CPD, BPD and NBPD in the crop year of 1399-1400. In fact, while tomato does not have a low water requirement, measuring the performance of this product shows the high net and gross profit obtained according to the cost of planting and harvesting.The amount of UWV index of wheat, rapeseed, soybean, rice, fodder corn, seed corn, tomato, barley, sugar beet, cotton, and peanut products is 24269, 15644, 18894, 9956, 36279, 17362, 50073, 23010, 21748, 19403 and 45718 rials per cubic meter, respectively. The proposed approaches and models of this research are different depending on whether the index of physical productivity or economic productivity of water is considered in planning and policy-making.

    Keywords: Economic productivity, Moghan plain, Physical productivity, Virtual water, Water productivity
  • فرهود کلاته*، احسان امین وش
    سرریزهای جانبی از انواع سازه های هیدرولیکی می باشند، که با اهداف متفاوت در سیستمهای انتقال آب بکار گرفته می شوند. در اکثر عملیات های احداث کانال های آبیاری و انتقال آب، براساس شرایط توپوگرافی زمین، کف کانال ها شیب دار اجرا می شود. هدف از تحقیق حاضر، بررسی عددی تغییرات شیب بستر کف و ارزیابی عملکرد سرریز جانبی در شرایط سیلابی و رژیم جریان فوق بحرانی و زیربحرانی می باشد. برای شبیه سازی جریان از روش دینامیک سیالات محاسباتی و نرم افزار ®FLOW-3D و از مدل آشقتگی RNG استفاده شد. با بررسی پروفیل سطح جریان عبوری از سرریزها در شیب بستر متفاوت مشاهده گردید که در یک شیب ثابت، در رژیم جریان زیربحرانی، روند پروفیل سطح از ابتدا تا انتهای سرریز افزایشی و در رژیم جریان فوق بحرانی کاهشی است. با افزایش شیب بستر کانال اصلی، سطح جریان عبوری از روی سرریز کاهش می یابد. به طور متوسط با تغییر رژیم از زیربحرانی به فوق بحرانی، راندمان سرریز 21/11 درصد کاهش یافت. افزایش شیب بستر باعث کاهش راندمان سرریز و ضریب دبی در رژیم جریان زیربحرانی تا 54/14 درصد و در رژیم جریان فوق بحرانی تا 26/9 درصد شد. افزایش ضریب دبی با افزایش ارتفاع سرریز، بین 6/4 تا 8/7 درصد متغیر بود. با افزایش شیب بستر کانال، سرعت در امتداد طولی سرریز، در رژیم جریان زیربحرانی و فوق بحرانی به ترتیب 88/10 و 17/6 درصد افزایش و سرعت عرضی در امتداد عرضی برای رژیم جریان زیربحرانی و فوق بحرانی به ترتیب 23/22 و 8/4 درصد کاهش یافت.
    کلید واژگان: توزیع سرعت, رژیم جریان, سرریز جانبی, شیب بستر, ضریب دبی جریان
    Farhoud Kalateh *, Ehsan Aminvash
    Side weirs are types of hydraulic structures, which are used for different purposes in water transmission systems. In most of the construction operations of irrigation channels and water transfer, based on the topographic conditions of the land, the bottom of the channels is sloped. The purpose of this research is to numerically investigate the changes in the slope of the bottom bed and evaluate the performance of the side weirs in flood conditions and supercritical and subcritical flow regimes. To simulate the flow, CFD method and FLOW-3D® software and RNG turbulence model were used. By examining the surface profile of the flow passing through the weirs at different bed slopes, it was observed that in a fixed slope, in the subcritical flow regime, the surface profile trend is increasing from the beginning to the end of the weir, and decreasing in the supercritical flow regime. As the slope of the main channel bed increases, the level of flow passing over the weir decreases. On average, by changing the regime from subcritical to supercritical, the weir efficiency decreased by 11.21%. Increasing the bed slope decreased the weir efficiency and discharge coefficient in the subcritical flow regime up to 14.54% and in the supercritical flow regime up to 9.26%. The increase in discharge coefficient with the increase of the weir height varied between 4.6 and 7.8 percent. With the increase of the slope of the channel bed, the velocity along the weir in the subcritical and supercritical flow regimes increased by 10.88 and 6.17%, respectively, and the transverse velocity decreased by 22.23 and 4.8 percent, respectively for the subcritical and supercritical flow regimes.
    Keywords: Bed slope, Flow rate coefficient, Flow regime, Side weir, Velocity distribution
  • کرامت اخوان*، میلاد خیری، سلیم عباسی، رسول دانشفراز، فرهود کلاته

    در تحقیق حاضر عملکرد هیدرولیکی انداز ه گیری جریان آب و مشکلات بهره برداری این سازه ها در شبکه آبیاری مغان بررسی شده است. در شبکه تعداد 1246 عدد دریچه آبگیر، جهت کنترل و تنظیم سطح آب نصب شده که به غیر از دریچه های ورودی در محل بند، از دریچه های کشویی به عنوان سازه های اندازه گیری جریان استفاده شده است. دقیق نبودن سازه های اندازه گیری در این شبکه باعث شده تا در اجرای بهسازی شبکه، حدود نیمی از سازه ها با دریچه های نیرپیک تعویض شدند. در این تحقیق با بازدید از شبکه و بررسی نقشه ها و اطلاعات موجود، به صورت تصادفی چهار کانال از شبکه انتخاب شد. در هر سازه، دبی واقعی با دبی اسمی سازه که در بهره برداری از آن استفاده می شود، مورد مقایسه قرار گرفت و خطای نسبی سازه ها بدست آمد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد، که متوسط خطای نسبی دبی واقعی و دبی اندازه گیری بین 11/7 تا 38/34 درصد می باشد. درصد خطای نسبی اندازه گیری دبی در دریچه های کشویی بین 63/0 تا 57/42 درصد و برای دریچه های نیرپیک 17 تا 32/47 درصد به دست آمد، همچنین برای دریچه کشویی حداکثر اختلاف دبی به ترتیب در کانال های مورد آزمایش 127 و 3/929 لیتر بر ثانیه و برای دریچه نیرپیک حداکثر اختلاف آبگذری در کانال های مورد آزمایش به ترتیب 308 و 615 لیتر بر ثانیه حاصل شد. در بخش ارزیابی بهره برداری، آب بندی نامناسب، تخریب و عدم کارایی اشل های تعیین تراز آب و بازشدگی دریچه ها، پوسیدگی و دستکاری دریچه ها از مشکلات بهره برداری سازه ها می باشد، که در این راستا، توصیه های لازم شامل کنترل و اصلاح بهینه و کالیبراسیون سازه ها ارایه گردید.

    کلید واژگان: : ارزیابی عملکرد, بهره برداری سازه ها, دریچه کشویی, دریچه نیرپیک, شبکه آبیاری مغان
    Karamat Akhavan *, Milad Kheiry, Salim Abbasi, Rasul Daneshfaraz, Farhoud Kalateh

    In the present study, the evaluation of hydraulic performance and operation of water flow measuring structures in the Moghan irrigation network has been reviewed and presented. In the Moghan irrigation network, 1246 intake gates have been installed to control and regulate the water level, except for the inlet gates at the dam site, Sluice gates have been used as flow measuring structures. Like other irrigation networks in the country, this network is facing the problem of imprecise flow measuring structures. For this reason, in the implementation of network improvement, about half of the structures were replaced with Neyrpic-Modules. In this research, by visiting the network and reviewing the available maps and information, four canals of the network were randomly selected, in each of the canals, water flow measurement tests and necessary surveys were performed on the structures. To measure the desired location, the actual discharge rate was measured at different discharge rates and in at least three replications by an ultrasonic flowmeter. In each structure, the actual discharge rate was compared with the nominal discharge rate of the structure used in its operation, and the relative error of the structures was obtained. The results of this study show that the average relative error of actual discharge and nominal discharge was between 7.11 to 34.38%. In the field of operation evaluation, improper sealing, destruction, and inefficiency of water level determination gates and opening of gates, decay, and manipulation of gates were some of the problems of operation of structures.

    Keywords: Moghan irrigation network, Neyrpic-Modules, Performanceevaluation, Sluice gates Structural operation
  • فرهود کلاته *، میلاد خیری قوجه بیگلو

    مسایل مهندسی مرتبط با خاک دارای درجه‌ای از عدم قطعیت در ذات خود هستند و اخیرا همین امر موجب توجه مهندسین به روش‌های احتمالاتی به‌جای رویکردهای تعینی و سنتی شده است. هدف تحقیق بررسی عوامل دخیل در تراوش از سد خاکی، با بهره‌گیری از مفاهیم احتمالاتی الگوریتم مونت‌کارلو و اجزای محدود است که به این منظور کد تراوش در زبان برنامه‌نویسی فرترن توسعه داده‌شده است. نتایج حاصل از تحلیل تعینی برای تغییرات ارتفاع آب پایین‌دست به ارتفاع مخزن (Hd/Hup) در بازه بین 0.02 و 0.79 بر روی مقدار نشت نشانگر این است که با افزایش این نسبت، مقدار تراوش به‌طور خطی سیر کاهشی دارد ولی لزوما این تغییرات به‌صورت اکیدا نزولی نیست. همچنین مقایسه توابع توزیع فراوانی (PDF) و تجمعی (CDF) به‌دست‌آمده برای تحلیل عدم قطعیت با روش مونت‌کارلو برای نسبت‌های متغیر از Hd/Hup نیز موید نتیجه قبلی است. در بررسی هندسی سد خاکی نیز نتایج نشان می‌دهد که با جابجایی تاج در جهت بالادست میانگین دبی نشت احتمالاتی کاهش و با کاهش عرض تاج، این مقدار افزایش می‌یابد. در همه مدل‌ها، دبی تراوش در حالت تعینی محافظه‌کارانه و حداکثر 270 درصد بیشتر از دبی تراوش در تحلیل مونت‌کارلو است.

    کلید واژگان: تحلیل عدم قطعیت, خاک اشباع و غیراشباع, زبان فرترن, محیط متخلخل اجزا محدود
    farhoud Kalateh *, Milad kheiry Ghoujeh-Biglou
    Introduction 

    Seepage through the soil is one of the most important issues of Fluid-Structure Interaction (FSI) that can lead to liquefaction, boiling of sand in downstream, settlement of hydraulic structures, instability and failure of embankments and earth dams. Accurate calculation of the amount of leakage passing through the earthen dam is an important factor in ensuring its safety and stability. On the other hand, the results of seepage analysis in calculating the dimensions of drainage and filters of the dam deformation is very important (Kalateh and Afshari, 2018; Jafarzadeh and Asadnia, 2005).

    Methodology 

    To deterministic solving of the Laplace equation in soil medium is performed by Smith and Griffiths (2004), FORTRAN programming code is written that calculates the flow rate and piezometric head in the body of a homogeneous and non-homogeneous earth dam. The FORTRAN code for solving seepage equations is similar to the code for solid mechanics equations. In this code, inspired by solving the equations of static and dynamic equilibrium in solid mechanics and using the finite element method, the differential equation of seepage is solved with the difference that instead of displacement and force components in mechanical problems of seepage and pizometric head is used. In the present paper, a program based on the finite element method in FORTRAN programming language has been developed by the author that solves the Laplace equations to determine the leakage discharge of an earth dam assuming the uncertainty of the components involved. In fact, in the previous code related to seepage, soil permeability has been considered definitively, which in this study is probabilistically investigated. First, the FORTRAN code is assumed that the permeability values of the materials are constant, and the results are expressed as two leakage currents, input and output, in which case these two values are equivalent. The results show that in the isotropic state where the permeability is equal in the vertical and horizontal directions, the slope of the line is greater than the two non-isotropic states. As mentioned for deterministic modeling, the permeability of dam materials is constant in this case and is solved analytically by the Seep_4 subroutine, but in the probabilistic model and the Monte Carlo method, instead of the stability of the conductivity coefficient, the mean and standard deviation are entered in the calculations.

    Results and Discussion 

    Figure 1 shows the relationship between the average seepage resulting from Monte Carlo Simulation for downstream reservoir ratios of 0.087, 0.136 and 0.19, which shows a graph in the range of 0.71<Kx/Ky<1 inequality slope. It has an ascending interval of 1<Kx/Ky<1.41 To be more precise, the slope of the descending section in the definite position for downstream ratios to the reservoir is 0.087, 0.136 and 0.19, respectively, equal to 0.96, 0.96 and 0.48 in the descending position and 0.73. 0, 0.88 and 1.032 are in the ascending state, with no significant difference. But in probabilistic mode for downstream ratios to reservoir 0.087, 0.136 and 0.19 with 0.41, 0.48 and 0.069 in descending mode and 0.78, 0.91 and 1.032 respectively is in the ascending state, in which the slope of the ascending part is at least one and a half times greater in all three states. It is worth mentioning that in all three cases and in both intervals, the coefficient of explanation of the linear relationship is above 0.98, which was calculated by SPSS software and linear regression method. Fig 1-a- Average seepage flow of earthen dam for changes in horizontal to vertical permeability ratio (Kx/Ky) in deterministic analysis. 1-b- The amount of flow through the Earth dam in change for changes in the ratio of horizontal to vertical permeability (Kx/Ky) in probabilistic analysis.

    Conclusions 

    In the deterministic analysis, the effect of horizontal permeability on the seepage flow rate not show a significant difference compared to the effect of vertical permeability, but in probabilistic analysis, the effect of horizontal permeability on average of seepage flow rate is at least 89% higher than vertical permeability. • The results of probabilistic leakage study show that with increasing the ratio of downstream to upstream, the range of discharge in the frequency distribution function (PDF) and the average leakage discharge decreases. • With decreasing the width of the earthen dam crown, the average seepage flow decreases and with the upward movement of the dam crown, this amount increases. • In all cases, the average seepage flow calculated in different cases of Monte Carlo Simulation (MCS) models is 16 to 270% less than the seepage flow in the definite case.

  • مهران سیف الهی، سلیم عباسی، محمدعلی لطف الهی یقین، رسول دانشفراز*، فرهود کلاته، مازیار فهیمی فرزام

    نشست غیرقابل پیش بینی سدهای خاکی پژوهشگران را بر آن داشته تا روش های نوین نظیر شبکه عصبی مصنوعی، تیوری موجک، منطق فازی و ترکیبی از این روش ها مورد توجه آنها قرار گیرد. در این پژوهش با استفاده از روش های هوش مصنوعی مقدار نشست تاج در سدهای سنگریزه ای با هسته مرکزی تخمین زده شده است. در این پژوهش از داده های 35 سد سنگریزه ای با هسته مرکزی برای آموزش و صحت سنجی مدل ها استفاده شد. شبکه عصبی مصنوعی، مدل ترکیب تبدیل موجک و شبکه عصبی مصنوعی و سیستم استنتاج تطبیقی فازی- عصبی مدل های پیشنهادی ارایه شده در این پژوهش هستند. بر اساس نتایج حاصل در مطالعه حاضر، بهترین مدل برای شبکه عصبی مصنوعی با دو لایه مخفی که لایه اول 18 نورون و لایه دوم 7 نورون و با تابع فعال ساز Tansig-Tansig، با ضریب تعیین R2=0.4969، برای مدل سیستم استنتاج فازی- عصبی، تابع حلقوی (Dsigmoid) به عنوان تابع عضویت، با 3 تابع عضویت و تعداد 142 تکرار با ضریب تعیین R2=0.2860، بهترین مدل و همچنین برای ترکیب تبدیل موجک- شبکه عصبی با تابع موجک coif2 به دلیل انطباق بیشتر این تابع با متغیرهای ورودی، عملکرد بهتری داشته و این تابع با ضریب تعیین R2=0.9447، دارای بیشترین دقت نسبت به سایر مدل ها است.

    کلید واژگان: نشست تاج سد, سد سنگریزه ای, شبکه عصبی مصنوعی, تبدیل موجک, فازی - عصبی
    M. Seifollahi, S. Abbasi, M.A. Lotfollahi-Yaghin, R. Daneshfaraz*, F. Kalateh, M. Fahimi-Farzam

    Unpredictable settlement of earth dams has led researchers to develop new methods such as artificial neural networks, wavelet theory, fuzzy logic, and a combination of them. These methods do not require time-consuming analyses for estimation. In this research, the amount of settlement in rockfill dams with a central core has been estimated using artificial intelligence methods. The data of 35 rockfill dams with a central core were used to train and validate the models. The artificial neural network, wavelet transform model, and fuzzy-neural adaptive inference system are the proposed models which were used in the present study. According to the results, the best model for an artificial neural network had two hidden layers, the first layer of 18 neurons and the second layer of 7 neurons, with the Tansig-Tansig activation function, with a coefficient of determination R2=0.4969. The best model for the fuzzy-neural inference system had the ring function (Dsigmoid) as a membership function, with three membership functions and 142 repetitions with a coefficient of determination R2=0.2860. Also, combining wavelet-neural network conversion with the coif2 wavelet function due to the more adaptation this function has to the input variables, the better the performance, and this function, with a coefficient of determination R2=0.9447, had the highest accuracy compared to other models.

    Keywords: Dam crest settlement, Rockfill dam, Artificial neural network, Wavelet transform, Neural-fuzzy
  • فرهود کلاته*، سارا ایرانی

    در مقاله حاضرمیزان اثر لحاظ مولفه قایم زلزله در زلزله های حوزه دور و نزدیک بر احتمال خرابی سد خاکی مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور صحت سنجی روند تحلیل دینامیکی غیرخطی سدهای خاکی دو مثال مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج مقایسه گردید. برای ارزیابی اثر مولفه قایم زلزله بر روی رفتار دینامیکی سدهای خاکی مدل دوبعدی از سد گتوند با استفاده از برنامه تفاضل محدود FLAC-3D تهیه گردید. 12 شتابنگاشت شامل 6 شتاب نگاشت حوزه نزدیک و 6 شتاب نگاشت متعلق به حوزه دور انتخاب شد. هر کدام از این زلزله ها یکبار با مولفه افقی به تنهایی و بار دیگر با لحاظ مولفه قایم به همراه مولفه افقی به سیستم سد و پی اعمال شدند. با لحاظ مولفه قایم زلزله ها در تحلیل توزیع ماکزیمم شتاب بیشینه در امتداد خط مرکزی سد بشدت دشتخوش تغییر می گردد ولی افزایشی در شتاب بدنه و پی با لحاظ مولفه قایم مشاهد نگردید. احتمال خرابی سد گتوند براساس تابع عملکرد معرفی شده محاسبه گردید. براین اساس احتمال خرابی سد در حالتی که اثر مولفه قایم زلزله در تحلیل منظور گردید، برای زلزله های نزدیک به گسل 249% و برای زلزله های دور از گسل 2419% افزایش یافت.

    کلید واژگان: سد خاکی, تحلیل دینامیکی غیرخطی, تفاضل محدود, FLAC-3D, مولفه قائم زلزله, احتمال خرابی
    Farhoud Kalateh*, Sara Irani

    The main goal of preset research is investigate the effects of vertical component of Near-Fault and Far-Field earthquake records on the probability of overtopping induced damage of earth dam due to the reduction of freeboard due to the settlement of dam crest. In this respect 12 different earthquake record are selected. Nonlinear dynamic analysis of earth dam is implemented with FLAC 3D using Finn model that relates the increment of volume decrease per cycle of shear strain to the cyclic shear strain amplitude for considering the pore pressure build-up during seismic loading. Obtained results show that the response of dam for near-fault earthquakes considerably is larger than far-field records. Applying vertical component of earthquakes in the dynamic analysis caused the horizontal maximum displacement of damchr  crest increase 5.58% for near-fault records and 2.96 % for far-field records and also maximum settlement for damchr crest increase 31.69 % for near-fault records and 73.65 % for far-field records with including vertical component of records in the dynamic analysis, Also can be get form obtained results the damage probability of dam with considering vertical component of earthquakes is increase 249% for near-fault records and increase 2419% for far-field records.

    Keywords: Earth dam, nonlinear dynamic analysis, finite difference method, Flac3D, vertical component of earthquake, Damage probability
  • فرهود کلاته*، میثم صابری

    پایداری سد بتنی وزنی واقع بر فونداسیون صخره‏ای درزه‏دار می‏تواند به دلیل امکان لغزش در امتداد صفحات ضعیف درزه تحت بارگذاری لرزه‏ای دستخوش تغییرات فراوانی گردد. با توجه به مطالعات اندک صورت پذیرفته در این زمینه در مقاله حاضر با استفاده از مدلسازی عددی به بررسی اثرات درزه در فونداسیون بر پایداری لرزه‏ای سد بتنی وزنی پرداخته شده است. در این راستا سد‏ بتنی وزنی پاین‏فلت با در نظر گرفتن درزه در توده سنگ بستر با هفت زاویه گسترش مختلف در نرم افزار آباکوس بصورت دوبعدی مدل گردیده و تاثیر شیب و امتداد این درزه‏ها بر پاسخ لرزه‏ای سازه سد، مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مدلسازی اثرات اندرکنشی مخزن و فونداسیون درنظر گرفته شده و تحلیل دینامیکی به روش ضمنی، با اعمال مولفه‏های افقی شتاب‏نگاشت زمین‏لرزه ال‏سنترو صورت گرفته است. نتایج بدست آمده مبین آن هستند که وجود درزه در فونداسیون در حالت کلی پاسخ دینامیکی سد بتنی وزنی را افزایش داده و درجه زاویه درزه و جهت شیب آن در فونداسیون نیز بسیار حایز اهمیت می‏باشد.

    کلید واژگان: سد بتنی وزنی, المان درز, تحلیل دینامیکی غیرخطی, اندرکنش سد- مخزن
    Farhoud Kalateh*, Meysam Saberi

    The stability of a gravity dam on a jointed rock foundation might be endangered by weak joints that may be present in the fracture network of the bed rock. A review of the literature shows that there are few studies of the effect of a weak joint in the foundation rock on the stability of dams. This research uses the finite difference numerical modelling software ABAQUS to model a gravity dam, the foundation rock, and the influence of a weak joint (using interfaces), that exist in the bottom of dam with different direction, on the stability of the dam. To do this, a conceptual model has been developed and one representative joint of a discrete fracture network with seven different dip angle was examined. Thses different varying dip angles were studied in order to investigate the critical configuration that has the most significant effect on the dam’s stability.As a case study, Pine Flate dam, is modeled with the ABAQUS software as a two-dimensional and Nonlinear dynamic analysis is done by implicit method with applying vertical and horizontal components of the El-Centro earthquake. The obtained results show that existness of joint in the foundation significantly affected the dynamic responcse of dam.

    Keywords: Concrete gravity Dam, Joint model, Finite element, Nonlinear Dynamic Analysis, Dam-Reservoir interaction
  • فرهود کلاته*، رافق فانی
    در دهه های گذشته به دلیل انفجارهای حاصل از بمب گذاری ها و حملات تروریستی و دیگر انفجارهای غیرعمدی روی داده، توجه به بارگذاری انفجار و پاسخ سازه های زیربنایی تحت آن اهمیت ویژه ای پیداکرده است. یکی از مهم ترین سازه های زیربنایی، مخازن هوایی ذخیره مایعات می باشند که نقش مهم و تاثیرگذاری را در نگهداری مایعات در صنایع بر عهده دارند. این مخازن به طور گسترده ای در نگهداری آب در جوامع شهری و تصفیه خانه ها، نگهداری نفت در مجتمع های نفتی و پالایشگاه ها و مواد شیمیایی و خوراکی در صنایع به کاربرده می شوند. در این پژوهش به تاثیر تیغه های میراگر حلقوی، که در ارتفاع معینی از کف مخازن هوایی استوانه ای نصب شده است، بر پاسخ و رفتار دینامیکی مخازن نگه دارنده سیال تحت بار انفجار پرداخته شده است. بدین منظور مخزن فولادی تحت بار انفجار با در نظر گرفتن اندرکنش سازه و سیال و با استفاده از فرمول بندی کوپل اولر- لاگرانژی که مزیت در نظر گرفتن معادلات اساسی مکانیک سازه و مکانیک سیالات را به صورت کوپل دارد، توسط نرم افزار ABAQUS به صورت سه بعدی، مدل سازی گردید. به منظور بررسی دقیق تر موضوع سه نسبت هندسی مختلف برای مخزن هوایی منظور گردیده و سطح آب در مخزن نیز در دو حالت پر و نیمه پر مد نظر قرار گرفت. با توجه به نتایج حاصل شده ملاحظه می شود با قراردادن تیغه میراگرحلقوی شاهد کاهش لنگر واژگونی و اسلاشینگ در هر دو حالت مخزن پر و نیمه پرمی باشیم.
    کلید واژگان: مخازن هوایی ذخیره سیال, بار انفجاری, تیغه میراگر حلقوی, روش المان محدود, کوپل اولر-لاگرانژی
    Farhoud Kalateh *, Rafiq Fani
    In last decades with an increase in the number of terrorist attacks and other unintentional explosions, the study of blast loading and response of infrastructures have gained much importance. Elevated liquid storage tanks are one of the major infrastructures that play important role in industries. Liquid storage structures can use for the storage of water, milk, liquid petroleum and chemicals in industries. Blast loading on liquid storage structures may lead to disaster due to water crisis. Hence, understanding the dynamic behavior of liquid storage structures under blast loading through numerical simulations is of utmost importance. In the present study, three dimensional (3D) finite element (FE) simulations of a steel water storage elevated tank with annular baffle that put in the specific height of tank’ s wall subjected to blast loading is investigated using the FE software ABAQUS. The coupled Euler–Lagrange (CEL) formulation in ABAQUS has been adopted herein which has the advantage of considering the coupling of structural mechanics and fluid mechanics fundamental equations. Three different aspect ratio (H/R) are considered in the present study and two different water levels, i.e., full tank and half full tank are considered. Obtained results show that baffle reduces overturning moments and sloshing in both cases of full and half full tanks.
    Keywords: Elevated Water storage tanks, Blast loading, Annular baffle, Finite elements, Coupled Euler–Lagrange formulation
  • فرهود کلاته*، امیر قامتلو

    در مقاله حاضر تاثیر رسوبات انباشته شده در مخزن بر پاسخ دینامیکی غیرخطی سد بتنی وزنی تحت زمین زلزله های حوزه نزدیک و حوزه دور از گسل با استفاده مدل عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. تاثیر رسوبات در مخزن به عنوان یکی از عوامل موثر بر پایداری سدهای بتنی وزنی همواره مطرح می باشد، لذا تلاش گردیده است تاثیرآن با لحاظ دو ارتفاع مختلف رسوب در مخزن مورد مطالعه گیرد. همچنین جهت بررسی دقیق تر موضوع شتاب نگاشت های حوزه نزدیک و دور در سه زلزله متفاوت بر سازه سیستم سد - مخزن - فونداسیون اعمال گردیده است. مدل آسیب پلاستیک بتن (CDP) که شامل رفتار سخت شوندگی و نرم شوندگی کرنشی بتن می باشد در تحلیل دینامیکی غیرخطی بکار رفته است. بعنوان مطالعه موردی تحلیل دینامیکی غیرخطی و آنالیز خرابی لرزه ای سد بتنی وزنی شفارود واقع در استان گلستان تحت زمین لرزه های حوزه دور و نزدیک با همراه لحاظ اثرات رسوبات در مخزن مورد ارزیابی قرار گرفته است. اندیس خرابی کلی بعنوان یکی از پارامترهای پاسخ لرزه ای سازه سد مورد بررسی، ارایه گردیده است. نتایج بدست آمده از تحلیل سد بتنی وزنی تحت تاثیر هر یک از زمین لرزه های حوزه نزدیک و دور به همراه دو ضخامت متفاوت رسوبات در مخزن مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از تحلیل حاکی از تاثیر قابل ملاحظه رسوبات انباشته شده در مخزن سد در زمین لرزه های حوزه نزدیک بر رفتار دینامیکی سد بتنی وزنی می باشد بطوریکه در این شرایط تخریب بدنه سد افزایش یافته و جابجایی تاج سد کاهش می یاید. ولی در حالت کلی براساس نتایج حاصل نمی توان نظر کلی در خصوص تاثیر رسوبات بر میزان پاسخ سد وسطح آسیب بدنه آن ارایه نمود بسته به هندسهسازه سد و نوع شتاب اعمالی پاسخ هر سدی می تواند متفاوت باشد.

    کلید واژگان: سد بتنی وزنی, رسوبات مخزن, آنالیز دینامیکی غیرخطی, مدل خرابی پلاستیک بتن, زلزله حوزه نزدیک و دور, سطح آسیب لرزه ای
    Farhoud Kalateh *, Amir Gamatlo

    Sediment in the dam’s reservoir has a significant role on mitigation of dynamic response of concrete gravity dams and also the seismic response of dams in near-field motion can be considerably different from those observed in the far field and the near-fault ground motions can cause considerable damage during an earthquake. This paper presents results of a study aimed at evaluating the sediment effects in the near-fault and far-fault ground motions on nonlinear dynamic response and seismic damage of concrete gravity dams including dam-reservoir-foundation interaction. For this purpose, 3 as-recorded earthquake records which display ground motions with an apparent velocity pulse are selected to represent the near-fault ground motion characteristics. The Shafaroud gravity dam, which is selected as a numerical application, is subjected to a set of as-recorded near-fault and far-fault strong ground motion records and three different level of sediment are assumed. Results show that in the near-fault horizontal earthquake with assuming 2 m sediment height a 3.67% reduction and with 8 m sediment height a 10.33% reduction in dam crest displacement are obtained but in far-fault ground motion reservoir sediment do not have a sable pattern effect on dam’s response. Therefore, any dam must be evaluated for sediment effects on its dynamic response individually.

    Keywords: Gravity dam, Sediment, Nonlinear dynamic analysis, Concrete damage plasticity, Near fault motion, Far fault motion, Seismic damage
  • فرهود کلاته، فریده حسین نژاد*
    معادلات بیوت که اندرکنش سیال و خاک را به طور همزمان درنظر می گیرند از کاربردی ترین روابط موجود در تحلیل روان گرایی محیط های متخلخل هستند. اما به دلیل افزایش ناگهانی اضافه فشار در اثر تحریک لرزه ای و وقوع گرادیان های هیدرولیکی بالا، فرض جریان دارسی به کار رفته در این معادلات مورد تردید قرار می گیرد. در بررسی حاضر در معادلات u-p جریان از نوع غیردارسی (دارسی معادل) درنظر گرفته شده، رفتار غیرخطی خاک نیز با مدل پاستور- زینکویچ- چان مدل می شود. برای صحت سنجی آزمایش شماره یک VELACS مدل سازی شده و اثر فرض غیرخطی جریان سیال روی نتایج بررسی شده است. در ضرایب نفوذپذیری کم نتایج حاصل از جریان غیر دارسی و دارسی بر هم منطبق هستند ولی در ضرایب نفوذپذیری بالا، به خصوص در زمان های ثانویه واعماق بیشتر، از هم فاصله می گیرند.
    کلید واژگان: تحلیل دینامیکی, معادلات همبسته محیط های متخلخل, پلاستیسیته عمومی, جریان غیردارسی
    F. Kalateh, F. Hosseinejad*
    Biot equations that consider fluid and soil interaction at the same time are the most applicable relationships in the soil dynamic analysis. However, in dynamic analysis, due to the sudden increase in the excess pore pressure caused by seismic excitation and the occurrence of high hydraulic gradients, the assumption of the Darcy flow used in these equations is questionable. In the present study, in the u-p form of Biot equations, non-Darcy flow is considered. Also, the nonlinear behavior of soil is modeled by the Pastor-Zienkiewicz -Chan model. For validation, the VELACS No.1 experiment is modeled and the effect of the nonlinear fluid flow assumption on the results is examined. The results indicate that in the low permeability coefficients, the obtained results of the non-Darcy and Darcy flow are in agreement; however, in high permeability coefficients, these two methods differ by time and depth.
    Keywords: Dynamic analysis, Coupled equations, Generalized plasticity, Non-Darcy flow
  • فرهود کلاته*، امیر قامتلو
    در مقاله حاضرتاثیرنیروی آپلیفت (زیرفشار) برپاسخ دینامیکی غیرخطی سد بتنی وزنی تحت زمین زلزله های حوزه نزدیک و حوزه دور از گسل با استفاده مدل عددی مورد مطالعه قرار گرفته است.با توجه به اینکه نیروی فشار آپلیفت به عنوان یکی از بارگذاری های تاثیرگذار برپایداری سدهای بتنی وزنی همواره مطرح می باشد، لذا درمطالعه حاضر تاثیر این نوع بارگذاری در شرایط مختلف با فرض سه نوع توزیع محتمل بررسی شده است. همچنین جهت بررسی دقیق تر موضوع شتاب نگاشت های حوزه نزدیک و دور در سه، زلزله متفاوت بر سازه سیستم سد -مخزن -فونداسیون اعمال گردیده است. مدل خرابی پلاستیک بتن(CDP) که شامل رفتار سخت شوندگی و نرم شوندگی کرنشی بتن می باشد در تحلیل دینامیکی غیرخطی بکار رفته است. بعنوان مطالعه موردی تحلیل دینامیکی غیرخطی و آنالیز خرابی لرزه ای سد بتنی وزنی شفارود واقع در استان گلستان تحت زمین لرزه های حوزه دور و نزدیک باهمراه لحاظ اثرات نیروی زیرفشار مورد ارزیابی قرار گرفته است. اندیس خرابی کلی بعنوان یکی از پارامترهای پاسخ لرزه ای سد مورد بررسی ارائه گردیده است. نتایج بدست آمده از تحلیل سد بتنی وزنی تحت تاثیر هر یک از زمین لرزه های حوزه نزدیک و دور به همراه سه توزیع متفاوت نیروی آپلیفت مقایسه شده بطوریکه نتایج بدست آمده از تحلیل حاکی از تاثیر نسبی نیروی آپلیفت در زمین لرزه های حوزه نزدیک بر رفتار دینامیکی سد بتنی وزنی می باشد بطوریکه در این شرایط تخریب بدنه سد بطورنسبی افزایش می یاید.
    کلید واژگان: سد بتنی وزنی, نیروی آپلیفت, آنالیز دینامیکی غیرخطی, خرابی لرزه ای, مدل خرابی پلاستیک بتن, زلزله حوزه نزدیک و دور
    Farhoud Kalateh *, Amir Ghamatloo
    Uplift force has significant role on dynamic response of concrete gravity dams and also seismic response of dams in near field motion can be considerably different from those observed in the far field and the near –fault ground motions can cause considerable damage during an earthquake. This paper presents results of study aimed at evaluating the uplift force effects in the near-fault and far-fault ground motions on nonlinear dynamic response and seismic damage of concrete gravity dams including dam-reservoir-foundation interaction. For this purpose, 3 as-recorded earthquake records which display ground motions with an apparent velocity pulse are selected to represent the near-fault ground motion characteristics. The Shafaroud gravity dam, which is selected as a numerical application, is subjected to a set of as-recorded near-fault and far-fault strong ground motion records and three different distribution of uplift force are assumed. The results obtained from the analysis of the dam subjected to each fault effect are compared with each other. It is seen from the analysis results that the uplift force, which has influence on the dynamic response of concrete gravity dam-reservoir-foundation systems subjected to near-fault ground motion, as has the potential to increase damage in the dam body but at far-fault motion uplift force can be neglected.
    Keywords: Gravity dam, Uplift force, Nonlinear dynamic analysis, Seismic damage, Near fault motion, Far fault motion
  • فرهود کلاته*، میثم صابری
    در پژوهش حاضر به بررسی تاثیرخصوصیات مکانیکی لایه‏های سنگی واقع در فونداسیون سیستم سد - مخزن - فونداسیون بر پاسخ لرزه‏ای سازه سد، با لحاظ اثرات اندرکنشی محیط های درگیر پرداخته شده است. از آنجایی که سد بتنی وزنی سازه‏ای با ابعاد قابل ملاحظه در مقایسه با محدوده محیط خاکی یا سنگی زیرین می باشد لذا اندرکنش و تاثیر متقابل مصالح فونداسیون بر رفتار دینامیکی سد وزنی از اهمیت قابل ملاحظه ای برخوردار است. به عنوان مطالعه موردی، سد شفارود واقع در شمال کشور ایران با نرم افزار آباکوس بصورت دوبعدی مدل گردیده، تحلیل دینامیکی به روش ضمنی با اعمال مولفه های افقی و قائم شتاب نگاشت زمین لرزه ال‏سنترو صورت گرفته است. تحلیل برای چهار نسبت مختلف مدول ارتجاعی فونداسیون به مدول ارتجاعی بتن بدنه سد انجام شده است. نتایج حاصل حاکی از تاثیر قابل توجه مشخصات مصالح فونداسیون بر تغییرمکان و توزیع تنش در بدنه سد وزنی می باشند، که اهمیت بررسی های دقیق جهت شناسایی مشخصات ساختگاه قبل از احداث سد را مشخص  می سازد.
    کلید واژگان: سد وزنی, تحلیل دینامیکی, اندرکنش سد-مخزن, اندرکنش سد-فونداسیون
    Farhoud Kalateh*, Meisam Saberi
    The present study investigate the effects of mechanical properties of the rock layers in the foundation of concrete gravity dam on the seismic response of gravity dam–reservoir –foundation systems. The mutual effects of different domains are considered in the present research. As a case study the biggest section of Shafarud dam in the north of Iran is modeled two dimensionally using ABAQUS software and its response to the may 1940 El–Centro California earthquake is considered.Four different ratio of elasticity modulus of foundation to the elasticity modulus of concrete of dam body are applied in the analysis obtained results show a significant effect of the foundation material properties on the crest displacement of dam and stress distribution in the dam bodywhich highlight the importance of detailed survey in order to identify the features of the site before construction.
    Keywords: Gravity Dam, Analysis Dynamic, Dam-Reservoir interaction, Dam-Foundation interaction
  • فرهود کلاته*، امیر قامت لو
    در مقاله حاضرتاثیرتراز مختلف آب در مخزن سد، برپاسخ دینامیکی غیرخطی سد بتنی وزنی تحت زمین زلزله های حوزه نزدیک و دور از گسل با استفاده از مدل عددی مورد مطالعه قرار گرفته است، لذا در مطالعه حاضر با فرض سه تراز مختلف آب در مخزن تاثیر تراز آب بر رفتار دینامیکی و میزان آسیب لرزه ای سد بتنی وزنی بررسی شده است. همچنین جهت بررسی دقیق تر موضوع شتاب نگاشت های حوزه نزدیک و دور، در سه زلزله متفاوت بر سازه سیستم سد-مخزن- فونداسیون اعمال گردیده است. مدل خرابی پلاستیک بتن (CDP)که شامل رفتار سخت شوندگی و نرم شوندگی کرنشی بتن می باشد در تحلیل دینامیکی غیرخطی بکار رفته است. بعنوان مطالعه موردی تحلیل دینامیکی غیرخطی و آنالیز خرابی لرزه ای سد بتنی وزنی شفارود، واقع در استان گیلان تحت زمین لرزه های حوزه نزدیک و دور مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از تحلیل حاکی از تاثیر قابل ملاحظه تراز آب در مخزن برپاسخ دینامیکی غیر خطی سد بتنی وزنی می باشد، و همچنین وجود آب در مخزن اثر کاهشی بر سطح خرابی بدنه سد بتنی وزنی تحت زمین لرزه های حوزه نزدیک دارد.
    کلید واژگان: سد بتنی وزنی, آنالیز دینامیکی غیرخطی, تراز آب در مخزن, اندیس خرابی لرز ه ای, زلزله حوزه نزدیک و دور
    Farhoud Kalateh *, Amir Ghamatloo
    In this study, reservoir water level effects on nonlinear dynamic response of concrete gravity dams are investigated. For this purpose, the nonlinear behavior of the dam concrete is captured using the concrete damage plasticity (CDP) on the non associated flow rule assumption. Water in the reservoir is represented by the Lagrangian (displacement-based) fluid finite elements. The program ABAQUS is applied for nonlinear dynamic analysis of dam-foundation-reservoir systems and employed in the response calculations. Nonlinear dynamic analysis of Shafarood concrete gravity dam subjected to three far-fault and three near-fault earthquake groundmotions are performed for three different water levels. The crest displacements, the failure element distribution in dam body and damaged Index in different conditions are presented. The results obtained from nonlinear analyses for different water levels are compared with each other. It is apparent that the reservoir water level significantly affected the dynamic response of gravity dam but under near-fault ground motions reservoir has a mitigation effecton nonlinear dynamic response of dam.
    Keywords: Keywords: Concrete gravity Dam, Nonlinear Dynamic Analysis, water reservoir level, Damage index, Near-fault &, Far-fault ground motions
  • فرهود کلاته *
    روش المان های مرزی به عنوان یکی از قدرتمندترین روش های عددی در مدل سازی پدیده های مهندسی مطرح می باشد در مقاله حاضر از این روش جهت بررسی چگونگی توزیع فشار هیدرودینامیک در مخزن دوبعدی سدی با هندسه دلخواه استفاده شده است. در این راستا معادله انتشار موج فشاری، معادله حاکم بر توزیع فشار هیدرودینامیکی با لحاظ اثرات تراکم پذیری آب داخل مخزن، به همراه شرایط مرزی مناسب در محیط مخزن حل گردیده است برای لحاظ اثرات جذبی ناشی از رسوبات کف مخزن از شرط مرزی مناسبی در این مرز استفاده شده است. روش به کار گرفته شده مبتنی بر یک روش نیمه تحلیلی به صورت ترکیبی از روش المان های مرزی و انتگرال های ویژه می باشد به طوری که حل پایه به گونه ای انتخاب گردیده که مستقل از فرکانس بوده و شرط مرزی در سطح آزاد مخرن را ارضاء نماید. نتایج به دست آمده گویای کارآیی روش پیشنهادی در برآورد فشارهیدرودینامیک در مخزن سد وزنی با شکل دلخواه مخزن می باشد. همچنین نتایج به دست آمده نشان دهنده اثرات کاهشی رسوبات کف مخزن بر توزیع فشار هیدرودینامیکی مخزن است.
    کلید واژگان: المان هاي مرزي, معادله هلم هولتز, فشار هيدروديناميکي, سد وزني, رسوبات کف مخزن
    Farhoud Kalateh *
    Dynamic response of dams interacting both with reservoir and foundation is a complex problem in time domain. To study the effects of reservoir and foundation on the response of dams under two-dimensional (2D) conditions, several numerical methods have been developed in the past few decades such as finite element method and the boundary element method. The boundary element method has been successfully applied to the dam dynamics (Humar and Jablonski (1988); Kucukarslan, (2004))
    Keywords: Boundary element method, Hydrodynamic pressure, Gravity dam, bottom sediment
  • فرهود کلاته، فریده حسین نژاد
    افزایش قابل ملاحظه فشار¬های آب منفذی هسته حین ساخت سدهای خاکی می¬تواند منجر به بروز پدیده¬ی شکست هیدرولیکی هنگام آبگیری سد گردد. لذا اطلاع کامل از الگوی ایجاد اضافه فشار آب حفره¬ای در هسته سد امری ضروری می¬باشد. در تحقیق حاضر با بکارگیری روش المان محدود در تحلیل همبسته سدهای خاکی، مقادیر فشار آب منفذی و تغییرمکان¬های ایجاد شده حین ساخت سد درونگر با استفاده از کد نگاشته شده در محیط فرترن برآورد گردیده و نتایج با داده های ابزاردقیق مقایسه شده¬اند. درنهایت با استفاده از آنالیز بازگشتی مقدار واقعی نفوذپذیری هسته ونسبت نفوذپذیری افقی به قائم مشخص شده است.
    کلید واژگان: سد خاکی, معادلات بیوت, تحلیل کوپل, فشار آب منفذی
    Farhoud Kalateh, Farideh Hoseinnejad
    A significant increase in pore water pressure during construction of earth dams may lead to the hydraulic fracture of dam body in pounding. Thus having sufficient information about generation pattern of excess pore water pressure inside the core is essential. In the present study, using finite element method in coupled analysis of earth dams, excess pore water pressure and displacement values are estimated during the construction of Daroongar dam by developed Fortran code, and the results were compared with instrumentation data. Finally the actual amounts of horizontal and vertical permeability coefficients were determined for the materials by regression analysis.
    Keywords: Earth Dam, Biot Equations, Coupled Analysis, Pore Water Pressure
  • فرهود کلاته*
    در مقاله حاضر مدل عددی جهت بررسی و تعیین توزیع فشار هیدرودینامیکی در مخزن سد در اثر تحریک ناشی از زمین لرزه ارائه شده است. با توجه به تعدد پارامترهای موثر در نحوه تغییرات توزیع فشار هیدرودینامیک در این تحقیق سعی شده با استفاده از روش حجم محدود به شیوه حل صریح, امکان بررسی عدم تقارن شکل مخزن در توزیع فشارهیدرودینامیک لحاظ گردد. بدین منظور از المان های چهارضلعی با الگوی سلول مرکزی استفاده شد و با توجه به تغییرات ناچیز فشار هیدرودینامیک در امتداد عرض مخزن با استفاده رابطه لایب نیتز با متوسط گیری در این امتداد, معادله دیفرانسیل دو بعدی حاکم در صفحه مرکزی مخزن با ارضاء شرایط مرزی حل گردید. امکان جذب امواج فشاری توسط رسوبات کف مخزن و دیواره های جانبی و تاثیرآن بر توزیع فشارهیدرودینامیک در شرایط مرزی مورد استفاده منظور شده و همچنین شرط مرزی نسبتا" دقیق برای مرز جذبی انتهای مخزن اعمال گردید.
    کلید واژگان: فشار هیدرودینامیک, روش حجم محدود, اندرکنش سد مخزن, سد بتنی وزنی, شرط مرزی دور دست مخزن
    Farhoud Kalateh *
    In the present paper a new numerical simulation method based on finite volume is developed for calculating hydrodynamic pressure distribution in the reservoir of dams during earthquake excitation. An explicit finite volume scheme is applied for discretization of dynamic governs equation. In the proposed method the asymmetry effect of reservoir shape on hydrodynamic pressure distribution can be considered. In the simulation quadrilateral elements with center cell algorithm is used. Because of the negligible changing of hydrodynamic pressure in the cross direction with averaging, the average differential partial equation in central vertical plan of reservoir is solved. The absorption effects of bottom sediment and lateral wall are included in the analysis and an exact far end boundary condition is applied in the truncation boundary. Different approaches to the solution of the coupled field problems exist solution of the entire set of equations as one discretized system, referred to as the monolithic approach. This approach is often inefficient due to its attempt to capture with one discretization methodology the completely different spatial and temporal characteristics of fluid and the structure. The second approach often mentioned is the notion of strong coupling, referring to solvers which might use different discretizations for the fluid and the structure but which employ sub-iteration in each time step to enforce coupling between the fluid and the structure. In these methods, the governing equations for fluid and structure are discretized separately in each of the sub-domains and coupled using a synchronization procedure both in time and in space without sub-iteration. Weakly –coupled schemes have been extensively applied to a variety of different fluid-structure interaction problems of engineering interest in past ten years. wo vital issues when coupling two domains are: the method of data transformation between domains and what information must be transferred. The property of fluid adjacent of a structure such as density and viscosity are also key parameters in the efficiency of a numerical scheme.A dense fluid coupled with a structure cause a strong coupling and required some special technique to overcome corresponding difficulties. Key questions with this approach include properly enforcing boundary conditions at the solid-fluid interface, and accurately transmitting tractions between the solid and fluid. The biggest complaint about the explicit staggered partitioned solution procedure is the typical instability associated with the method,that is generally caused by the time lag between the integration of the fluid and structure equations. In the typical partitioned method, the fluid and the structure equations are integrated in time, and the interface conditions are enforced asynchronously. In the solution of coupled problems using partitioned methods, it is necessary to find a cost-minimization (optimization) compromise between a few passes solution with small time steps and a more iterated solution with larger time steps. This compromise may depend, among other things, in the degree of nonlinearity of the structural problem, which may require equilibrium iterations independently of the interaction effects. From the computational point of view, a one–pass solution with no iteration would be optimal, but stability consideration may prove this impractical.
    Keywords: Hydrodynamic pressure, Finite volume method, Dam-reservoir interaction, Concrete dams, Far End Boundary condition
  • رضا تاری نژاد *، حسانه قنبری، فرهود کلاته
    به علت اهمیت سدها، بررسی پایداری آنها در برابر بارهای ناشی از انفجار عامل مهمی در ایمنی کلی سازه است. در این تحقیق، اثرات موج ناشی از انفجار مواد منفجره (TNT) بر روی سد کارون 4 مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفته است. به این منظور تحلیل دینامیکی سیستم سد مخزن و تکیه گاه به روش المان محدود و با استفاده از نرم افزار ABAQUS انجام شده است. برای معادل سازی بارگذاری انفجار از تئوری CONWEP استفاده شده است. پس از تحلیل عملکرد سازه تحت این بارگذاری و پاسخ سد با درنظر گرفتن شرایط مختلف تراز آب مخزن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این تحقیق حاکی از آن است که تحلیل عددی سازه سد تحت اثر بار انفجار حساسیت زیادی به ابعاد المان های بکار رفته دارد و نیز حجم آب موجود در مخزن و تراز های مختلف ارتفاعی تاثیر کمی بر میزان بار انفجاری لازم برای گسیختگی سد قوسی دارد.
    کلید واژگان: انفجار در هوا, تحلیل دینامیکی غیرخطی, اندرکنش سد, مخزن, تکیه گاه
    Reza Tarinejad *
    Dams are one of the most important structures which are built to prepare water for different usages such as drinking, agriculture, industrial, flood control and hydro power generation. Due to the importance of dams and increasing number of terrorist attack, Stability of dam structures against blast loading is important. Dam responses depend on magnitude of released energy and if the dam structure could not be able to resist and maintain its stability against this energy, irreparable consequences will happen. Explosion is a sudden release of energy which could be like gases combustion, nuclear explosion or any kind of bombs. TNT unit usually used as reference to determine the explosion power. Some of basic properties of an explosion are random location of explosion, transient loading and short time loading (up to few seconds). When blast loading happened, energy will released suddenly and this released energy include thermal radiation and wave scattering in air and earth. The waves which scattered in the air are the main factor to structural damage. These waves move faster than sound wave velocity and impact the structure. Due to reflex from structure surface, the pressure of these waves increased and also some air waves penetrate to structural elements from openings such as doors and windows. This process continues until all available parts of the structure affected by pressure waves. In this research, the effects of blast loading on Karun 4 dam are investigated. To this purpose, dynamic analysis of dam-reservoir-foundation system is performed by finite element model using ABAQUS software. Dam-reservoir-foundation modeled three dimensional in which reservoir length is three times greater than dam height. The foundation modeled as a hemi-sphere with a radius of three times greater than dam height. Non-linear material behavior also considered by using concrete damage plasticity method. The CONWEP theory is used to model blast loading. To verify the blast modeling theory and software abilities, a steel plate which investigated under blast loading in references has been modeled and the results shows same responses with the paper. The responses of dam are investigated under two different reservoir conditions include full and empty conditions. Analysis also done for three different explosion points in three different elevations. Explosion points are near base, mid height of dam and near dam crest respectively. All these points have 10 m distance from dam structure. TNT mass used in each noticed conditions, is the minimum amount of TNT which cause damage in dam body. The results indicate that the responses of the dam is very sensitive to mesh dimensions. The results also show, water level has not great effect on explosive mass which is needed for structural damage of the dam. In both full and empty reservoir conditions, when explosion happened near the dam crest, the displacement is more than other cases. It is noteworthy that when the explosion happened near the crest, the maximum displacement of the crest and the point in front of the explosion point, occur in same time but when the explosion point is in middle and also near the base, theses displacements are not in same time.
    Keywords: Explosion in the air, Nonlinear Dynamic Analysis, Interactions of dam, reservoir, foundation
نمایش عناوین بیشتر...
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال