با توجه به اهمیت کنترل نشت در پایداری سدهای سنگریزه ای از نوع سنگی - سیمانی و نقش کلیدی زهکش ها در کاهش فشار پیزومتریک و هدایت جریان زیرزمینی، طراحی بهینه زهکش ها به یکی از مباحث اساسی در تحلیل تراوش تبدیل شده است. در این پژوهش، به بررسی تاثیر موقعیت و طول زهکش افقی بر کاهش دبی نشت، فشار پیزومتریک و تغییرات ارتفاع آب در بدنه سد حفاظتی از نوع سنگی - سیمانی با شیب بدنه پلکانی پرداخته شده است. بدین منظور، مدل فیزیکی با مقیاس 1:10 نسب به مدل واقعی سدهای حفاظتی سنگی- سیمانی در یک جعبه آزمایشگاهی و با ابعاد 40×40×5/47 سانتیمتر، با استفاده از سنگ ریزه هایی به قطر 4 تا 5 سانتیمتر، ملات سیمانی، پیزومترها و لوله های سوراخدار ساخته شد. با بررسی سرعت نشت و بدست آوردن عدد رینولدز در نمونه های واقعی از طریق مطالعات میدانی و هماهنگ سازی آن با مدل آزمایشگاهی، تشابه هندسی و دینامیکی بین مدل فیزیکی و نمونه واقعی برقرار شد. برای برداشت داده ها از مدل فیزیکی دو سری آزمایش در شرایط مختلف اجرا شد. در حالت اول مسیر زهکش با ملات مسدود بوده و در حالت دوم مسیر زهکش باز بود. در هر حالت مقادیر دبی نشت، فشار پیزومتریک ( از طریق پیزومترها)، خط نشت و ارتفاع آب در بدنه سازه ( از طریق لوله های سوراخدار) برداشت شدند. سپس از نرم افزار GeoStudio و ماژول SEEP/W برای مدل سازی عددی استفاده شد. پارامترهای هیدرولیکی مصالح به کار رفته در مدل آزمایشگاهی از جمله هدایت هیدرولیکی ابتدا به صورت تخمینی و بر اساس تجربیات آزمایشگاهی برای نرم افزار تعریف شدند. مدل عددی با اعمال تغییرات تدریجی در این پارامترها تا زمانی واسنجی شد که خط نشت، فشار پیزومتریک، دبی نشت و ارتفاع آب در بدنه سازه در ترازهای 10، 20، 25، 30 و 35 سانتیمتر آب در بالادست سد در مدل عددی با نتایج مدل فیزیکی همخوانی پیدا کنند. پس از اطمینان از همخوانی مدل عددی با مدل آزمایشگاهی، جانمایی بهینه زهکش افقی در مدل عددی انجام شد. موقعیت های مختلفی برای نصب زهکش از نظر ارتفاع( 0، 2، 4، 6 و 8 سانتیمتر از کف پی سد) و طول زهکش( 10% تا 50% طول کف سد) بررسی شد. نتایج نشان داد که افزایش طول زهکش و کاهش ارتفاع نصب آن نسبت به کف پی سد، نقش موثری در کاهش دبی نشت و فشار های پیزومتریک داشته و موجب کنترل موثرتر خط نشت شده است. در نهایت بهترین عملکرد مربوط به حالتی بود که زهکش درکف پی سد (صفر سانتیمتر ارتفاع از کف پی سد) و به طول 50 درصد طول پی سد، نصب شده بود. عملکرد دقیق ماژول SEEP/W در شبیه سازی نتایج تجربی، قابلیت اعتماد بالای این ابزار در تحلیل مسائل تراوش و طراحی سازه های حفاظتی را تایید نمود.
کلمات کلیدی: سد سنگی- سیمانی، شیب بدنه پلکانی، زهکش افقی، فشار پیزومتریک، دبی نشت، تحلیل عددی، مدل نرم افزاری ژئواستودیو