Experimental Investigation of Propagation of Sediment Due to Earth-fill Dam Break

As a result of the break of an earth-fill dam, the materials carried from the dam body may cause changes and destruction in the ground in the downstream region with the effect of the flood wave. Although there are extensive studies on breach development and flow effects experimental and modeling studies in the literature on dam breaks, sediment movement has generally been ignored. Homogeneous earth-fill dams are dams that use a single type of material in their construction. Sediment and flood wave propagation of a homogeneous earth-fill dam as a result of overtopping and piping dam break types were investigated experimentally in an 18.4 m long, 2.0 m wide, and 0.88 m high concrete rectangular open channel in İzmir Katip Çelebi University Hydraulics Laboratory. The dam body is built of uniform material with d50 = 0.441 mm, homogeneously 60 cm high, 6 layers in 10 cm thick layers, a transverse base

Toprak dolgulu bir barajın yıkılması sonucu baraj gövdesinden taşınan malzemeler
taşkın dalgasının etkisiyle mansap bölgesindeki zeminde değişmelere ve tahribata
sebep olabilir. Baraj yıkılmaları üzerine literatürde gedik gelişimi ve akım etkileri
deneysel ve modelleme çalışmaları üzerine kapsamlı çalışmalar olmasına rağmen
sediment hareketi genellikle göz ardı edilmiştir. Homojen toprak dolgu barajlar
inşasında tek tip materyal kullanılan barajlardır. Homojen toprak dolgu barajın üstten
aşma ve borulanma sonucu barajın mansabında oluşan sediment ve taşkın dalgası
yayılımı İzmir Katip Çelebi Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı'nda 18,4 m
uzunluğunda, 2,0 m genişliğinde ve 0,88 m yüksekliğinde beton dikdörtgen bir açık
kanalda deneysel olarak incelenmiştir. Baraj gövdesi, d50 = 0.441 mm olan üniform
malzeme ile homojen olarak 60 cm yüksekliğinde, 10 cm kalınlığında katmanlar
halinde 6 kat olacak şekilde, enine taban genişliği 200 cm, boyuna taban genişliği 202
cm, kret genişliği 10 cm ve memba-mansap eğimleri 32˚ olarak inşa edilmiştir. Toprak
dolgu baraj gövdesinin her katı standart sıkıştırma yöntemleri kullanılarak
sıkıştırılmıştır. Deneyler, üstten aşma ve borulanma olarak 2 farklı yıkım senaryosu,
pürüzlü ve pürüzsüz olmak üzere 2 farklı mansap koşulunda, 2 tekrarlı olarak toplamda
8 ( 2×2×2) tane baraj yıkılma deneyi gerçekleştirilmiştir. Baraj gövdesinin mansap
eteğinden 1,5 m uzaklıkta, 10×10×10 cm boyutlarında on üç adet beton blok
kullanılarak pürüzlülük elamanları şaşırtmalı olarak yerleştirilmiştir. Baraj membası
vi
kret seviyesine gelene kadar yavaşça doldurulmuştur. Üstten aşma deneylerinde baraj
yıkılmasını tetiklemek için barajın ekseninde üçgen gedik açılmıştır. Borulanma
deneyinde su belirli bir seviyeye geldiğinde durdurulmuş ve borulanmanın
gerçekleşmesi beklenmiştir. Deneylerde su seviyesi kanalın solunda bulunan cetveller
barajın membasında 1, mansabında 3 tane olmak üzere 4 farklı noktada ölçülmüştür.
Ayrıca ULS-40D ultrasonik seviye ölçer sensörleri yardımıyla kanalın ekseninde 3
farklı noktada sediment ve su seviyesi ölçülmüştür. Her deney sonunda x ve y
eksenlerinde 10 cm aralıklarla alınan sediment yükseklikleri ölçülmüştür. Elde edilen
sediment ölçümlerinden Surfer programı yardımıyla yıkılan baraj gövdesinin kanal
boyunca yayılan sedimentin kontur ve 3 boyutlu batimetri haritaları çıkartılmıştır.
Deney sonuçlarına göre pürüzsüz ve pürüzlü mansap koşullundaki deneylerde,
pürüzlü deneylerde sediment yüksekliği daha fazladır. Üstten aşma ve borulama
deneylerinde, Üstten aşma baraj yıkılmasının sediment yüksekliği borulanmaya göre
daha yüksektir. Su derinliği ve suyun yayılmasında, deneylerin arasında belirli bir fark
yoktur