بخشی از مقاله
بررسی پاسخ دینامیکی سدهای خاکی(سد گیوی)
خلاصه
هدف از تحلیل دینامیکی این سد بررسی رفتار سد مورد نظر، بررسی پاسخ دینامیکی آن (شتاب،سرعت وجابجایی) در ارتفاعات مختلف هسته و تاج سد و بدست آوردن موقعیت مناسب بر اساس نتایج تحلیل ها خواهد بود.در این تحقیق پاسخ غیر خطی سد خاکی گیوی که در استان اردبیل واقع می باشد در برابر زلزله مورد تحلیل و ارزیابی قرار می گیرد. تحلیل تراوش در زلزله پایداری سد در زلزله تحلیل جابجایی ها در زلزله وضعیت تنش ها در زلزله مورد مطالعه قرار گرفته است با اعمال زلزله میزان فشار آب حفره ای و هد کل در قسمت های ریزدانه ی بدنه ی سد افزایش قابل توجهی نشان می دهد با وقوع زلزله میزان فشار آب حفره ای به میزان زیادی افزایش یافته است. در نتیجه میزان تنش مؤثر نیز کاهش خواهد یافت. حداکثر جابجایی ها در لحظه ی وقوع حداکثر شتاب زلزله در تاج سد و هسته ی رسی ایجاد شده اند ضریب اطمینان پایداری سد را با لحاظ همه ی ضرایب اطمینان های در حین زلزله در نظر می گیرند.
کلمات کلیدی : فشارآب حفره ای ، پاسخ دینامیکی، تراوش ، ضریب اطمینان
-1 مقدمه
با توجه به اینکه سدهای بسیاری در مناطق زلزله خیزاحداث شده و یا در دست ساخت قرار دارند، طراحی ایمن آنها در برابر زلزله از اهمیت و جایگاه ویژه ایبرخورداراست.بررسی دقیق پایداری لرزه ای سدهای خاکی از مسائل پیچیده در حوزه سازه های خاکی است.تنوع خواص دینامیکی بدنه سد و گوناگونی جنس و ضخامت شالوده که می توانند در انتقال، تضعیف و تقویتامواج زلزله نقش اساسی داشته باشند، وجود یا عدم وجود گسل فعال در محدوده محور سد، ویژگی های زلزله مانند فاصله مرکز زلزله تا سد، شدت و طول زمان وقوع زلزله، نوع و امتداد امواج رسیده به سد و محتوی فرکانسی امواج، همه از عواملی هستند که درپاسخ دینامیکی سد نقش به سزایی دارند.در این تحقیق تلاش شده است تا با لحاظ پارامتر های اثر گذار لرزه ای، سد گیوی را به عنوان نمونه موردی مورد تحلیل و بررسی قرار دهیم،اهداف تحقیق حاضر طراحی بهینه مقاطع سدها از نظر فنی و اجرایی و اقتصادی،جلوگیری از شکست سدها و مخاطرات و پیامدهای بعدی آن است.در این تحقیق پاسخ غیر خطی سد خاکی گیوی که در استان اردبیل واقع می باشد در برابر زلزله مورد تحلیل و ارزیابی قرار می گیرد. همچنین با استفاده از این روش پاسخ دو بعدی سد در برابر زلزله محاسبه می شود. برای انجام تحلیل ها از روش اجزاء محدود (FEM) و با استفاده از نرم افزار GeoStudio استفاده خواهد شد.برای انجام مطالعات موردی از اطلاعات موجود سد گیوی برای هندسه سد و نوع و مشخصات مصالح آن استفادهمیشود.
-2 مشخصات سد مورد مطالعه
سد گیوی از نوع خاکی با ارتفاع 89 متر از بستر و 102 متر از پی سنگی بوده ، طول تاج 304 متر و عرض آن 12 متر می باشد که شامل دو رشته تونل در جناح راست و سرریز از نوع اوجی به ظرفیت تخلیه سیلاب 1033 متر مکعب بر ثانیه میباشد.که در 85 کیلومتری شهرستان اردبیل واقع شده از نوع خاکی با هسته رسی است .سد مورد نظر دارای هسته ای ناتراوا بوده و این عامل باعث جلوگیری از تراوش جریان خواهد شد. بصورت کلی زمین شناسی محل سد مشتمل بر سنگهای آتشفشانی آندزیتی و تراکی بازالتی است.مشخصات مکانیکی مصالح مصرفی در بدنه ی سد بر اساس جدول 1 ارائه می گردد؟
در تحلیل دینامیکی انجام شده، از شتاب نگاشت زیر با PGA=0.6g و مدت زمان 14 ثانیه استفاده شده است.شتاب نگاشت مورد نظر مربوط به زلزله ی San Fernando با بزرگای 6/6 می باشد.
شکل -2 شتاب نگاشت san fernando
-3پایداری سد قبل از اعمال زلزله
اولین کنفرانسملّی مکانیک خاک و مهندسی پی
دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی تهران 12 و 13آذرماه1393
در این قسمت تلاش شده با استفاده از تحلیل های انجام گرفته، ضریب اطمینان سد برای پایین دست و بالا دست سد محاسبه گردد. همانطور که در شکل3 مشاهده می کنید، سطح گسیختگی بحرانی و مجموعه ای از سطوح گسیختگی با ضرایب اطمینان نزدیک به هم نیز با رنگ قرمز برای بالا دست سد نشان داده شده اند:
شکل-3سطح گسیختگی بحرانی در بالادست سد
این تحلیل ها برای پایین دست سد نیز انجام شده ی نتایج مورد نظر بصورت شکل4 ارائه شده اند:
شکل-4سطح گسیختگی بحرانی در پایین دست سد
سطح گسیختگی بحرانی و مجموعه ای از سطوح گسیختگی با ضرایب اطمینان نزدیک به هم بارنگ قرمز برای پایین سد در شکل4 نشان داده شده است
ضرایب اطمینان تعیین شده برای دو طرف سد گیوی قبل از وقوع زلزله در جدول زیر ازائه شده اند:
جدول-2ضرایب اطمینان سد گیوی قبل از وقوع زلزله
پایین دست سد بالا دست سد
2/411 2/494 ضریب اطمینان (FS)
-4تحلیل دینامیکی
تحلیل های دینامیکی بهترین روش برای اعمال زلزله و تحلیل همزمان پاسخ های سازه ی مورد نظر است. در سازه های خاکی که حرکت رفت و برگشتی زلزله باعث از بین رفتن انسجام خاک و در نتیجه باعث ناپایداری هر چه بیشتر می شود، استفاده از تحلیل های دینامیکی از بهترین گزینه ها برای تحلیل لرزه ای است.در این قسمت تلاش شده تحلیل های لرزه ای برای سد خاکی گیوی بر اساس شتاب نگاشت زلزله یSan Fernando انجام گیرد. همانطور که در قسمت های قبل نیز اشاره شد، زلزله ی مورد نظر 14 ثانیه بطول انجامید که بیشترین شتاب اعمال شده بر اساس آن 0/6 شتاب ثقل زمین است و این حداکثر شتاب در زمان 8/22 ثانیه پس از شروع زلزله اتفاق افتاده است. وضعیت فشار آب حفره ای، هد کل و تنش های موجود قبل از اعمال زلزله در قسمت های قبل بطور کامل شرح داده شد و در این قسمت این مسائل برای زمان 8/22 ثانیه و 14 ثانیه نیز ارائه می گردد. بر این اساس می توان وضعیت سد مورد مطالعه در ابتدا، در لحظه ی وقوع حداکثر شتاب و در انتهای زلزله را با هم مقایسه کرد.
-5تحلیل تراوش در زلزله
در شکل های 5و6 توزیع فشار آب حفره ای برای لحظه ی وقوع حداکثر شتاب و در انتهای زلزله نشان داده شده اند:
شکل -5توزیع فشار آب حفره ای در لحظه حداکثر شتاب شکل -6توزیع فشار آب حفره ای در لحظه انتهای شتاب
با مقایسه ی شکل های فوق با توزیع فشار آب حفره ای قبل از وقوع زلزله می توان شیوه ی افزایش فشار آب حفره ای در بدنه ی سد را مشاهده کرد. با توجه به اینکه یکی از مهمترین مسائل در سد های خاکی با هسته ی رسی، افزایش لحظه ای و زیاد فشار آب در هسته ی رسی در حین زلزله است. در نمودار زیرشکل7 تغییرات فشار آب حفره ای در حین زلزله و بر اساس زمان ترسیم شده است:
شکل -7تغییرات فشار آب حفره ای در حین زلزله در مرکز هسته
همانطور که در نمودار شکل7 نشان داده شده است، در پایان زلزله میزان فشار آب حفره ای در مرکز هسته ی رسی به اندازه ی220kp افزایش یافته است.تغییرات هد کل آب و توزیع آن در بد نه ی سد را می توان برای لحظه ی وقوع حداکثر شتاب و در انتهای زلزله بصورت زیر ارائه کرد:
شکل-8 تغییرات هد کل در لحظه حداکثر شتاب شکل-9 تغییرات هد کل در لحظه انتهای شتاب
همانطور که در شکل های8و9 مشاهده می کنید، با اعمال زلزله میزان فشار آب حفره ای و هد کل در قسمت های ریزدانه ی بدنه ی سد افزایش قابل توجهی نشان می دهد.این پدیده در ابتدا باعث کاهش تنش مؤثر و در نتیجه کاهش مقاومت برشی خاک خواهد شد. تغییرات هد کل در مرکز هسته ی رسی در حین زلزله بصورت زیر در شکل10ارائه شده است:
شکل-10 تغییرات هد کل در مرکز هسته ی رسی حین زلزله
همانطور که در نمودار شکل10نشان داده شده است، در پایان زلزله میزان تغییرات هد در مرکز هسته ی رسی به اندازه ی 300kp افزایش یافته است.
-6وضعیت تنش ها در زلزله
در شکل های 11و12توزیع تنش کل در بدنه ی سد برای لحظه ی وقوع حداکثر شتاب و در انتهای زلزله ارائه شده اند:
