بخشی از مقاله
بررسی نشست در سد های خاکی با نرم افزارهایSeep/w و PLAXIS (مطالعه ی موردی سد کبودوال)
چکیده
تغییر شکلهای افقی و قائم را می توان یکی از نشانه های تغییرات در پارامترهای مؤثر در پایداری سد دانست. در این مقاله با استفاده از نتایج ابزاردقیق نصب شده در بدنه سد کبود وال، تحلیلی از رفتار سد در زمان ساخت و نیز تأثیر عملیات ساختمانی، روی نشست یا جابجایی قایم، صورت گرفته است. مدلسازی سد با نرم افزارهای Seep/w و پلاکسیسٌ انجام گرفته شده است. هر دو نرم افزار مقدار نشست نهایی، یکسانی دارند. بیشترین نشست در نرم افزار پلاکسیس در تراز خاکریزی 182 می باشد،که با نتایج ابزار دقیق تطابق خوبی دارد؛ در صورتی که این مقدار در نرم افزار Seep/w در تراز 571 رخ می دهد. که دلیل آن به خاطر آن است که مدل رفتاری در نرم افزار پلاکسیس موهر کلمب است؛ درصورتی که در نرم افزار Seep/w الاستیک خطی است.
واژههای کلیدی: سد خاکی، سد کبود وال ، پلاکسیس ، نشست ،Seep/w
مقدمه
امروزه سدها تاثیر موثری در توسعه صنعت آب دارند رفتار پیچیده و تا حدی نامشخص سدهای خاکی در مراحل مختلف ساخت و آبگیری به دلیل امکان وارد آمدن خسارات شدید ناشی از آسیب دیدگی و تخریب آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در کشور ما سدهای زیادی ساخته شده که عمده آن ها سدهای خاکی و پاره سنگی هستند. از آنجایی که مشاهده و ثبت رفتار سدهای خاکی طی مراحل ساخت و در دوران بهره برداری اهمیت زیادی دارد،از این رو به منظور دستیابی به این هدف ،ابزارهای لازم در پی،تکیه گاه های جانبی،بدنه سد و سازه های جانبی نصب و داده های حاصله به صورت مستمر مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد .رفتارنگاری مداوم، تشخیص به موقع هر گونه نقص و پدیده های منفی که ممکن است به گسیختگی منجر شود را امکان پذیر می سازد .پیش بینی دقیق رفتار خاک به علت غیر همسان و غیر همگن بودن آن بسیار مشکل است. بنابراین در دوران ساخت و بهره برداری باید همواره رفتار بدنه سدهای خاکی یا سنگریزه ای مورد بررسی قرار گیرد .قسمت عمده ی مشکلات و عوارض احتمالی سد در دوران ساخت و اولین آبگیری رخ می دهد. بطور کلی رفتار نگاری به سه دلیل اصلی انجام می شود که شامل کنترل ایمنی سد، مقایسه عملکرد واقعی با پیشبینی های طراحی ونهایتاً تجربه ای برای طراحی های آینده است. [1]
1
تحقیق حاضر همه بدنه سد به طور کامل در دو نرم افزارSeep/w و پلاکسیس مدل شده و شرایط مرزی بالادست و پایین دست بر روی مرزهای آن اعمال شده است. برای تحلیل نشست در پی و بدنه سدکبودوال با مدلسازی لایه های مختلف سد شامل پوسته ، هسته و فیلتر،در Plaxis و نرم افزار Seep/w حالت جریان پایدار مدل شده و به بررسی نشست تا پایان خاکریزی پرداخته شده است سپس مقادیر این دو نرم افزار با یکدیگر مقایسه شده اند
پیشینه تحقیق
بعد از خرابی سد تتون در سال 1791، که منجر به خسارات فراوان گردید، رفتار نگاری سدهای خاکی به صورت وسیع گسترش پیدا کرد. از جمله سدهای خاکی بزرگ دنیا که به منظور کنترل پایداری هیدرولیکی در دوران ساخت، اولین آبگیری و بهره برداری رفتار نگاری شده در کشور کانادا است. ارتفاع این سد 121 متر و طول تاج آن 0833 متر است، سدخاکی کوبیکٍ واقع در شمال شهر لج فورَ است .
صالحی( 1390) در تحقیقی به بررسی فشارهای حفره ای اضافی اندازه گیری شده ناشی از ساخت در پی سد گتوند با
استفاده از ابزار دقیق پرداخته و به این نتیجه رسید که کلیه ابزارهای نصب شده بخوبی عمل کرده و نتایج حاصل قابل تفسیرو منطقی است و این موضوع بیانگر دقت نصب، قرائت است .میزان فشار حفره ای اضافی پی با افزایش سطح تنش روندافزایشی
داشته و در برخی پیزومترها نسبت فشار حفره ای اضافی، به فشار خاکریز در پایان ساخت به .75نیز می رسد.
نظری افشار و همکاران (1390) در تحقیقی به تحلیل سه بعدی مراحل ساخت سد خاکی سنگریزه ای مارون پرداخته اند
وپس از صحت سنجی پارامترهای مقاومتی مصالح موجود در این پژوهش به تعیین رفتار سد مارون به ترتیب توزیع تنشقائم، فشارهای منفذی، نشست قائم و تغییر مکان افقی در حین مرحله ساخت پرداخته اند همچنین به دلیل محبوس شدن آب در بدنه سد فشار آب حفرهای با کالیبره مناسب مدول بالک تطابق خوبی با قرائت های ابزار دقیق داشته است.
کمان بدست و شاه حسینی ( 2011 ) در تحقیقی به بررسی نشت از سد کرخه به وسیله نرم افزاSeep/w پرداخته و به این
نتیجه رسیده اند که به منظور بررسی و آنالیز دقیق تر مسئله با استفاده از نرم افزارهای سه بعدی که قابلیت شبیه سازی بیشتری دارند و هم چنین با استفاده از نرم افزارهای کامل تر می توان نتایج مطلوب تری به دست آورد. هم چنین به این نتیجه رسیده اند که در مورد نرم افزارSeep/w می توان گفت که یک نرم افزار قابل اعتماد برای مدل کردن یک سد و اندازه گیری میزان تراوش آن می باشد. این نرم افزار به راحتی میزان عددی تراوش از یک مقطع سد را به کاربر نشان می دهد، ضمن آنکه مسلط شدن به با کمی ممارست امکان پذیر می باشد هم چنین با Seep/w می توان مقاطع دارای لایه بندی پیچیده را به راحتی المان بندی و مدل کرد
موادوروش ها
معرفی سدکبودوال موقعیت طرح :
محدوده طرح قره سو زرینگل در اطراف شهر علی آباد و در 40 کیلومتری شرق گرگان واقع در مسیر گرگان - مشهد قرار دارد. این طرح در استان گلستان در شمال شرق ایران و در حد فاصل طول جغرافیایی 54 درجه و 40 دقیقه تا 54 درجه و
2
56 دقیق شرقی و عرضهای جغرافیای36 درجه و 54 دقیقه تا 37 درجه و 60 دقیقه شمالی قرار دارد. رودخانه های زرینگل و کبودال مهم ترین رودخانه های قره سو - زرینگل هستند . این رودخانه خود سرانجام به گرگانرود می ریزد .
شکل -1 موقعیت پروژه وعکس ماهواره ای سد کبودوال و کانال زرینگل
سد کبود وال همگن و دارای فیلتر و زهکش مایل است. مخزن آن خارج از حوضه ی آبریز اصلی است، طول تاج1372 متر و حداکثر ارتفاع از پی33.25متراست. ارتفاع از بستر30.5 متر و هم چنین تراز بستر سد162 متر از سطح دریا و حداقل تراز آب در مخزن171 متر از سطح دریا و نیز حداکثر تراز نرمال آب188.25 متر از سطح دریا است. تراز تاج سرریز189.6 متر از سطح دریا و تراز تاج سد192.25 متر از سطح دریا است. ضخامت در پی10 متر است.
ابزار دقیـق سـد مخزنی کبود وال
- سیستم اندازه گیری تغییر شکل:
بطور کلی به سه سیستم اندازه گیری تقسیم می شود .
0
سیستم اندازه گیری تغییر شکل سطحیُ تعداد 43 عدد
این سیستم بدو گروه اندازه گیری تغییر مکانهای افقی ( ( X, Y و عمودی ( ( Z تقسیم می شود . و برای اندازه گیری از روشهای متداول نقشه برداری (و با استفاده از دستگاههای بسیار دقیق استفاده می شود .
تغییر مکان افقی :
که شامل : نشانه های دیدِ - نقاط ثابت کنترل دارای صفحه مرکزیت دهندهّ جهت نصب تئودولیت – نقاط ثابت جهت یابی
– ایستگاههای مشاهده .
تغییر مکان عمودی
که به آن تراز یابی نیز اتلاق می شود شامل : نشانه های ثابت تراز یابی – نقاط نشانه بدنه – علائم تراز یابی
سیستم اندازه گیری تغییر شکل داخلی ( نشست سنج – انحراف سنج ) 8مجموعه
این سیستم بمنظور اندازه گیری تغییرشکل داخلی بدنه سد می باشد که شامل حلقه مغناطیسی مبنا – صفحات مغناطیسی – لوله و اتصالات پروب یا اژدر دو محورهْ از جنس . –St . St کابل اتصال و دستگاه ثبت قرائت و سیستم ارتباط بی سیم
سیستم اندازه گیری نشست سنج لوله های آب ( گالری تخلیه کننده تحتانی ) 3 مجموعه
جهت اندازه گیری مقدار نشست سنج مطلق سازه های فولادی مدفون در بدنه سد ( لوله های آب بر ) مورد استفاده قرار می گیرد . که شامل رایزرَ به قطر 1" و طول هر کدام سه متر با اتصال مربوطه – لوله محافظ 0" گالوانیزه بطول هر کدام 0 متر
شکل-2 مقاطع مختلف سد کبود وال
مدلسازی معرفی نرم افزار
نرم افزار پلاکسیس برای تحلیل تغییرشکل و پایداری در پروژه های مهندسی که با رفتار خاک ارتباطی تنگاتنگ دارند از قبیل مهندسی ژئوتکنیک،کاربرد دارد. با این نرم افزار می توان خاکبرداری و خاکریزی مرحله ای، شرایط بارگذاری و شرایط مرزی مختلف را با استفاده از المان های مثلثی 1 گرهی و 11 گرهی مدل سازی نمود.
نرم افزار افزار پلاکسیس یک برنامه اجزای محدود است که ازروش غیرصریح برای مدل سازی عددی استفاده می کند. برنامه های اجزای محدود نرم افزاراغلب ماتریس اجزا را ترکیب کرده و یک ماتریس سختی کل می سازند. به عبارتی حوزه ی تعریف تابع ازتعداد متناهی المان با تعدادثابتی گره تشکیل شده است . تغییرمکان های گره ای هرالمان بااستفاده ازتابع شکل که جابجایی های گرهی رابه هم مرتبط می کندتخمین زده می شود. معادلات دیفرانسیل بامشتقات نسبی اولیه بامجموعه معادلات جبری جایگزین می شوندوبه این ترتیب ماتریس سختی کل شکل می گیرد.باحل دستگاه معادلات جابه جایی نقاط تعیین می شود وبه کمک آن هامی توان تنش ها وکرنش های هرالمان آن رابه دست آورد. می توان از مدل های رفتاری مختلفی در نرم افزار استفاده نمود که عبارتند از :
مدل موهر-کولمب (پلاستیک کامل)، مدل سنگ درزه دار (غیر ایزوتوپی)، مدل خاک سخت شونده (سخت شوندگی یزوتروپیک )، مدل خاک نرم شونده خزشی (رفتار تابع زمان)، مدل خاک نرم شونده .
درنرم افزارپلاکسیس برای مدل سازی ازمدل موهرکلمب الاستیک- پلاستیک استفاده شده است این مدل شامل پنج پارامترورودی است. پارامتر های مدول یانگ وضریب پواسون برای الاستیسیته خاک وچسبندگی و زاویه اصکاک داخلی خاک برای پلاستیسیته خاک و زاویه اتساع است. مدل موهرکلمب یک تقریب مرتبه اول ازرفتارسنگ یاخاک را نشان می دهد . پیشنهاد شده است که این مدل برای تحلیل اولیه ازمساله استفاده شود. مدل موهر -کولمب از ساده ترین مدلهای رفتاری خاک می باشد و از آنجایی که در این مدل اکثر پارامترهای اساسی خاک، اعم ازخمیری وکشسان وجود دارد برای مدل کردن اکثر حالات رفتاری خاک مناسب می باشد؛در حالی که در نرم افزار از مدل الاستیک خطی استفاده شده است.
