بخشی از مقاله
بررسی نفوذپذیری پی سد گتوند علیا بر اساس نتایج آزمایشات لوژان
چکیده
بررسی نفوذپذیری پی در سدسازی یکی از ضروریات در راه آب بند نمودن پی است. متداولترین روش تعیین نفوذپذیری در این مورد آزمایش لوژان می باشد. در این مقاله، نفوذپذیری پی سد گتوند علیا مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، منطقه پی سد به سه بخش تکیه گاه چپ، پی مرکزی و تکیه گاه راست تقسیم شده و هر کدام از قسمتها نیز بر اساس لیتولوژی سنگهای در بر گیرنده و وضعیت زمین شنسای به بخشهای مختلفی تقسیم شده اند. اعداد لوژان نیز با توجه به توصیه های بین المللی و نحوه انتخاب دوغاب تزریق در سد مزبور دسته بندی شده اند. سپس مقادیر لوژان و همنین نوع رفتارهای هیدرومکانیکی حاصل از 32 گمانه از گمانه های مراحل مقدماتی و تکمیلی مطالعات و تزریقات آزمایشاتی، محاسبه و تعیین شده اند و فراوانی آنها در هر کدام از بخشهای پی محاسبه شده است و در نهایت قسمتهای مختلف پی از نظر پتانسیل آبگذری و نوع رفتارهای هیدرومکانیکی با هم مقایسه شده اند.
مقدمه: مسأله تراوش از پی سدها هم از نظر مقدار تراوش و به هدر رفتن مقادیر قابل توجهی از آب ذخیره شده در پشت سد به مرور زمان و هم از نظر مشکلات فنی ناشی از تراوشی بر اثر گرادیان هیدرولیکی تشکیل شده و نیروهای بر کنش(Uplift) ایجاد شده، حائز اهمیت است. بنابراین کنترل این مسأله، یکی از ضروریات هر پروژه سدسازی می باشد. بدین منظور، لازم است نفوذپذیری پی تا عمق مطمئن و مورد نظر برآورد گردد. متداولترین و مرسوم ترین روش برای تعیین نفوذپذیری پی های سنگی در صحرا، آزمایش فشار آب می باشد که در سال ۱۹۳۳ توسط لوژان (Lugeon) پیشنهاد و به همین نام معروف شده است. از زمان ارائه این روش تا کنون، تحقیقات و مطالعات فراوانی جهت تفسیر و کاربردی نمودن نتایج
آزمایش انجام شده است که یکی از ارزشمندترین آنها روش هولزبی (Houlsby) می باشد. با استفاده از نتایج این آزمایش که یکی از آزمایشات بر جای مکانیک سنگ می باشد، می توان توده سنگ را از نظر پتانسیل آبگذری مورد ارزیابی قرار داد و رفتار هیدرومکانیکی توده سنگ را بررسه می کرد. سد گتوند علیا به عنوان آخرین پتانسیل یک سد بلند برروی رودخانه کارون در ۲۵ کیلومتری شمال شهرستان شوشتر (۳۸۰ کیلومتر تا مصب رودخانه کارون) در حال احداث است. این سد از نوع سنگریزه ای با هسته رسی به ارتفاع ۱۷۸ متر و طول تساج ۷۱۰ متر می باشد و پس از ساخت در یاچه ای به طول ۹۰ کیلومتر و حجم ۶/۵ میلیارد متر مکعب تا پایاب سد مسجد سلیمان ایجاد خواهد کرد. پلان جانمایی سد در شکل ۱ به نمایش گذاشته شده است. زمین شناسی ساختگاه سد گتوند علیا از نظر تقسیمات زمین شناسی ایران، در منطقه ساختمانی زاگرس چین خورده قرار دارد و شامل دو سازند بختیاری و آغاجاری می باشد. تکیه گاه راست و چپ سد بر روی کنگلومرای بختیاری و پی مرکزی بر روی سازند آغاجاری قرار گرفته است. در تکیه گاه راست سد یک توده نابرجا و یک توده گسل خورده از سازند بختیاری وجود دارد و سازندهای بختیاری برجا و آغاجاری در زیر آنها قرار دارند. سازند آغاجاری قسمت مرکزی پی شامل دو تاقدیس و یک ناودیس نامتقارن و خوابیده می باشد. از ویژگیهای این سازند در بحسث آب بندی، وجود ژیپس در این سازند می باشد که به صورت بلورهای ریز پراکنده در مستن سنگ و پرشدگی در درزه ها و صفحات لایه بندی و به صورت رگه های با ضخامت کم (در حد سانتیمتر)، و بیشتر در لای سنگهای مارنی به چشم می خورد. تکیه گاه چپ نیز شامل یک توده نابرجا و یک دیواره پرشیب و بلند از سازند بختیاری برجا می باشد که سازند آغاجاری در زیر آنها قرار دارد. درهر دو تکیه گاه، بین سازندهای بختیاری و آغاجاری، یک منطقه انتقالی وجود دارد که واحد میانی (Intraformational) نام گذاری شده است (شکل ۲) [۱]. به طور کلی، امکان فرار آب از تکیه گاه راست و چپ سد به دلیل وجود توده های نابرجا و گسل خورده از سازند بختیاری وجود دارد و همچنین امکان انحلال رگه های ژیپس در سازند آغاجاری به مرور زمان و فرار آب وجود دارد.
نفوذپذیری پی سد گتوند علیا با استفاده از نتایج حاصل از آزمایش فشار آب در ۳۲ گمانه از مجموعه گمانه های مربوط به مراحل مقدماتی و تکمیلی مطالعات و تزریقات آزمایشی (شکل ۱)، و بر اساس روش هولز بی ۲ و ۳] مقادیر لوژان و نوع رفتار هیدرومکانیکی توده سنگ یا سطوح ناپیوستگی در هر مقطع آزمایش در این گمانه ها مشخص گردیده است.
با توجه به توصیه های بین المللی و همچنین نحوه انتخاب دوغاب تزریق، اعداد لوژان در پنج گروه دسته بندی شدند (جدول ۱). از این دسته بندی جهت مشخص کردن و ایجاد تمایز بین واحدهای مختلف زمین شناسی و تعیین مشخصسات توده سنگ از نظر میزان آبگذری و خصوصیات هیدرو مکانیکی استفاده شده است. در این مقاله، درصد فراوانی مقادیر لوژان و رفتار هیدرومکانیکی هر دسته، براساس موقعیت قرارگیری مقطع آزمایش از نظر زمین شناسی، تعیین گردیده است. بدین ترتیب می توان حدود نفوذپذیری و نوع رفتار سنگ در برابر فشار آب را در هر یک از واحدهای زمین شناسی مشخص نمود(جدولهای ۲ و ۳). برای این منظور، پی سد گتوند به سه محدوده تکیه گاه راست، پی مرکزی و تکیه گاه چپ تفکیک و هر کدام از این قسمتها
نیز با توجه به زمین شناسی آنها به بخشهای کوچکتری تقسیم شده اند(شکل ۲).
با استفاده از جدولهای ۲ و ۳، درصد فراوانی مقادیر لوژان و رفتار هیدرومکانیکی سنگ در هر یک از واحدهای زمین شناسی و ژئوتکنیکی موجود در کل مناطق پی سد محاسبه و در جدولهای ۴ و ۵ ارائه شده است. ضمناً به منظور مقایسه سریعتر و راحت تر، نتایج مربوط به توزیع و فراوانی اعداد لوژان و همچنین رفتار هیدرومکانیکی سنگ، به صورت نمودارهای ستونی در شکلهای ۳ الی ۶ نشان داده شده است. با توجه به مقادیر حاصل از محاسبه فراوانی لوژان و رفتار هیدرو مکانیکی سنگ، قسمتهای مختلف پی از نظر نفوذپذیری و پتانسیل آب گذری به شرح زیر مورد بررسی و تحلیل قرار گرفتند:
تکیه گاه راست
مطابق جدول ۲ و شکل ۳- الف، در این تکیه گاه و در سازند آغاجاری(.R.Aj.F)، بیشترین مقدار فراوانی مقادیر لوژان به دسته نفوذناپذیر تا نفوذ پذیری بسیار کم مربوط می شود و فراوانی سایر مقادیر، یعنی مقادیر لوژان بیشتر از ۲ خیلی کم است. همچنین «جریان آرام» Laminar) (FIOW رفتار غالب و فراوانی سایر رفتارهای هیدرومکانیکی کم است (جدول ۳ و شکلی ۳- الف). کمترین فراوانی مربوط به «جریان آشفته» (Turbulent Flow) است. به طور کلی ریزدانه بودن سنگ های سازند آغاجاری (که شامل لای سنگ رسی و مارنی و ماسه سنگ های ریزدانه تا در شست دانه است) و همچنین وجود درزه های بسته تا با باز شدگی متوسط می تواند عامل کم بودن نفوذ پذیری و نوع رفتارهیدرومکانیکی بروز کرده باشد. در بخش .R.INF نیز نظیر بخش آغاجاری، فراوانی مقادیر لوژان کمتر از ۲، بسیار زیاد است. در این بخش از تکیه گاه راست، مقادیر لوژان بیشتر از ۱۰ در هیچیک از آزمونها مشاهده نشده است (جدول ۲). در این بخش، فراوانی رفتارهای هیدرومکانیکی نیز تقریباً شبیه سازند آغاجاری است. بیشترین فراوانی رفتار هیدرومکانیکی مربوط به جریان آرام است در حالیکه هیچگونه رفتار مربوط به جریان آشفته و پدیده «شسته شدگی» (Wash-Out)
شکل ۴- نمودار درصد فراوانی مقادیر لوژان و رفتار هیدرومکانیکی در پی سد به تفکیک واحد های مختلف زمین شناسی،
