การพัฒนาและประยุกต์ใช้แบบจำลองการคืบตัวสำหรับร่วมวิเคราะห์การทรุดตัวของเขื่อนหินถม

Abstract

การเสียรูปของเขื่อนหินถมภายใต้สภาวะทั้งขณะก่อสร้าง และช่วงของการใช้งาน เป็นประเด็นหลักที่ต้องนำมาประเมินเรื่องความปลอดภัยของเขื่อนหินถมแบบมีดาดหน้าคอนกรีตกระบวนการทางไฟไนต์เอลิเมนต์ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายเพื่อประเมินการเสียรูปของเขื่อนหินถมให้ถูกต้อง องค์ประกอบหนึ่งที่สำคัญอย่างยิ่งของกระบวนการทางไฟไนต์เอลิเมนต์นี้ได้แก่ “แบบจำลองพฤติกรรมของวัสดุ” ที่จะต้องสามารถสะท้อนพฤติกรรมหลักของวัสดุให้ได้ครอบคลุมที่สุด งานวิจัยนี้ได้พัฒนาแบบจำลองที่สามารถสะท้อนพฤติกรรมการเคลื่อนตัวที่ขึ้นอยู่กับเวลาหรือการคืบตัวของเขื่อนหินถม โดยการประยุกต์ใช้ร่วมกับแบบจำลองฮาร์ดเดนนิง ซึ่งเป็นแบบจำลองประเภทอิลาสโตพลาสติกที่มีประสิทธิภาพต่อการวิเคราะห์การเสียรูปของเขื่อนหินถมที่ยังไม่ได้พิจารณาถึงอิทธิพลของเวลาจากนั้นนำไปสร้างเป็นโปรแกรมย่อยทางคอมพิวเตอร์ที่ถูกเรียกว่า UMAT และนำไปทดสอบด้วยการใช้จำลองพฤติกรรมของตัวอย่างเขื่อนหินถมจริงในโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ชื่อว่า ABAQUS เพื่อประเมินประสิทธิผลของแบบจำลองนี้โดยเปรียบเทียบกับค่าการทรุดตัวที่ได้จากผลการตรวจวัดจริงในสนาม ซึ่งปรากฏว่าให้ผลลัพทธ์ที่ใกล้เคียงมากกว่าแบบจำลองที่ไม่พิจารณาถึงพฤติกรรมการคืบตัว การประเมินในการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการนำพฤติกรรมที่ขึ้นอยู่กับเวลามาร่วมในการวิเคราะห์ช่วยปรับปรุงความถูกต้องของการวิเคราะห์การเสียรูปของเขื่อนหินถมได้อย่างมีนัยยะและแบบจำลองที่เลือกใช้มีประสิทธิผลเพียงพอที่จะใช้งานได้

Settlement behavior of rockfill dam under constructing and operating conditions is one of the main issues for dam safety assessment. Nowadays, finite element method (FEM) is broadly popular for analysis of rockfill dam. One of the important components for FEM is a suitable constitutive model for reasonably reproducing stress-strain relationship which should cover all dominant behaviors of the material. This study developed a Creep model, which can describe time-dependent deformation, to cooperate with the Hardening Soil model (HS) for deformation analysis of rock fill dams. The model is written as a subroutine, so called UMAT, for implementation into finite element program ABAQUS. The deformation analysis of a rock fill dam at both end of construction and first impoundment is then carried out. The calculated settlements using the developed model and HS model alone are compared with the monitoring results from dam instrumentations. The compared results show that the developed model (creep model in conjunction to HS model) gives more accuracy than the HS model. This indicates that the deformation analysis of rock fill dam can be improved by taking the creep behavior into account. In addition the developed creep model is sufficiently effective for deformation analysis of rock fill dam.