Details

Internal erosion in embankment dams :fluid flow through and deformation of porous media

by Hellström, J. Gunnar I., PhD

Abstract (Summary)
För en övergripande förståelse av inre erosion i fyllnadsdammar är det viktigt att få en grundläggande förståelse av villkoren för flöde genom porösa material. Därför är det nödvändigt att belysa de detaljerade flödesförhållandena, flödesinducerade krafter som verkar inom porösa material och flödesinducerad deformering av porösa material. För att öka kunskapen om dessa flöden är "Computational Fluid Dynamics" -simuleringar ett lämpligt tillvägagångssätt att använda för att undersöka olika flöden. Dessa villkor ger upphov till olika flödesregimer allt från krypande flöde, där en formulering baserad på Darcy's lag är tillräcklig, via en region dominerad av tröghetseffekter, där en icke-linjär term måste läggas till Darcy's lag såsom är fallet i Ergun's ekvation, till den turbulenta regionen, där de fullständiga Navier - Stokes ekvationer måste lösas. Men när dessa övergångar sker är inte uppenbart, därav användandet utav CFD-simuleringar för att beräkna den skenbara permeabilitet, en friktion faktor av Blake-typ och de normala och skjuvkrafter för olika modellgeometrier. Detta inkluderar kvadratiska och hexagonala packningar av cylindrar samt sfärer. Ett resultat är att Reynoldstalet där tröghetseffekterna blir betydande, varierar med packning och porositet. För en kvadratisk packning av cylindrar inträffar detta runt ett Reynolds tal omkring 10 medan för en hexagonal packning äger den rum mellan 30 och 50 beroende på porositet. Ett annat resultat är att för kvadratisk packning med turbulenta inställningar genereras högre krafter vid höga Reynolds tal än en motsvarande laminär inställning och detta sker oavsett porositet. För hexagonal packning kan en turbulent inställning ge lägre krafter. Dessa flödesregimer har använts för att fastställa ett matematiskt uttryck för de teoretiska gränserna gällande den effektiva diametern och lämplig tryckgradient för design utav nedskalade geotekniska experiment.När det gäller deformering utav ett poröst material finns flera metoder som har potential att modellera den inre erosions processen. Ett sätt är en nätdeformationsmetod där normal och skjuvkrafter som verkar på partiklarna genererar rörelse utav det porösa materialet. Denna metod kräver att beräkningsnätet uppdateras i varje tidssteg vilket genererar ganska beräkningsintensiva simuleringar. Ett annat tillvägagångssätt är att kombinera CFD-simuleringar utav flödet i närheten av enstaka partiklar med Monte Carlosimuleringar på ett större system med partiklar. De beräknade parametrarna kombineras på det större systemet där minimering utav dissipationen ger oss ett linjärt ekvationssystem med avseende på strömfunktionen. Från strömfunktionen beräknas fördelningen av krafter på strukturen som ger upphov till en omfördelning av partiklarna, detta för att kunna förutse förändringar i permeabiliteten hos det stora systemet av partiklar. Huvudresultatet är att ju mer kompakt systemet är desto större är den möjliga relativa förändringen utav permeabilitet genom att tillämpa ett högt flöde. Om man tillämpar denna teknik på ett klassisk geotekniskt experiment, No Erosion Filter test, så indikerar resultaten att metoden beskriver huvuddragen vad gäller transport utav partiklar i ett poröst material bestående utav en zon med fint material som kopplar till en filter zon.
Bibliographical Information:

Advisor:

School:Luleå tekniska universitet

School Location:Sweden

Source Type:Doctoral Dissertation

Keywords:

ISBN:978–91–7439–015–5

Date of Publication:01/01/2009

© 2009 OpenThesis.org. All Rights Reserved.