بخشی از مقاله
چکیده
به طور کلی سدهای بتنی وزنی به دو صورت لغزش و واژگونی گسیخته میشوند. ضرایب اطمینان لغزش و واژگونی بایستی از مقادیر مجاز بیشتر بوده تا ایمنی سد تامین گردد. در این نوع سدها پارامترهای مختلفی بر مقادیر ضریب اطمینان تاثیر گذار هستند.
بنابراین بررسی در مورد چگونگی و میزان تاثیر هر یک از این پارامترها بر پایداری سدها ضرورت پیدا میکند. یکی از این پارامترها، محل قرارگیری زهکش و بازدهی آن میباشد. در این تحقیق، سد بتنی وزنی فرضی به صورت عددی در نرمافزار CADAM شبیهسازی شده است و با تغییر جانمایی زهکش و همچنین بازدهی آن مقادیر ضریب اطمینان لغزش و واژگونی بدست آمد. نتایج بدست آمده نشان دادند که وجود زهکش در محل مناسب میتواند ضریب اطمینان لغزش وواژگونی را به ترتیب حدوداً 50 و 150 درصد افزایش دهد. همچنین محل مناسب قرارگیری زهکش در این نوع سدها بدست آمد.
مقدمه
تامین آب همواره نیاز اساسی بشر برای استفادههای کشاورزی، صنعتی و آب شرب بوده است، لذا مهار سیلابها و آبهای جاری از طریق احداث سد از کارهای اساسی و زیربنایی محسوب میشود. سدها سازههای عظیمی هستند که تحت اثر زلزله خطرات بالقوهای را برای جامعه پاییندست میتوانند به همراه آورند .
یکی از کارهای زیربنایی جهت نیل به این مقصود، احداث سد میباشد. در میان سدهای ساخته شده، سدهای بتنی وزنی به دلیل عملکرد قابل قبول در مقابل بارهای لرزهای در مناطق زلزلهخیز مورد اقبال طراحان و سازندگان سد قرار گرفتهاند. خرابی این سازههای عظیم تحت اثر بار زلزله میتواند خسارت مالی و جانی فراوانی به بار آورد. از این رو، آنالیز دقیق پایداری این سدها در شرایط مختلف ضروری میباشد .
الزامات اصلی پایداری برای سدهای بتنی وزنی در همه شرایط بارگذاری عبارتند از:
· ایمن بودن در برابر واژگونی نسبت به هر نقطه و هر سطح درون سازه، کف سازه و درون فونداسیون
· ایمن بودن در برابر لغزش روی هر سطح افقی یا نزدیک به افق درون سازه، کف سازه و درون فونداسیون
· عدم تجاوز تنش در بتن یا مصالح فونداسیون از مقدار مجاز آن
تاکنون محققین مختلفی پایداری سدهای بتنی وزنی را مورد بررسی قرار دادهاند. رهبری - 1390 - در تحقیق خود، پایداری سد بتنی وزنی با استفاده از آنالیز دینامیکی غیرخطی در مقایسه با روش بلوک صلب را مورد بررسی قرار داد .[1] وی نتیجه گرفت که مقادیر و تاریخچه زمانی ضرایب اطمینان بدست آمده از آنالیزهای بلوک صلب میتواند دید مناسبی از مقدار لغزش احتمالی فراهم آورد.
سبزواری - 1387 - در تحقیق خود به تحلیل پایداری سدهای بتنی وزنی با استفاده از نرمافزار CADAM پرداخت و نتیجه گرفت که پاسخ سازه سد با مخزن پر و شالودهی انعطافپذیر بیشتر از پاسخ سد با مخزن خالی و شالوده صلب میباشد. همچنین نرمافزار CADAM در شبیهسازی طول ترک در شرایط زلزله کامل، جوابهای مناسبی دارد .[2] لسلرک و همکاران - 2012 - نیز در مقاله خود اظهار داشتند که نرمافزار CADAM به خوبی میتواند به بررسی مسائل مربوط به سدهای بتنی وزنی از جمله فشار برکنش، ترکها، تنش و ... بپردازد و نتایج بدست آمده از این نرمافزار با واقعیت، همخوانی قابل قبولی دارد
در سدهای بتنی وزنی، بررسی پایداری در برابر لغزش و واژگونی یکی از ارکان اساسی جهت طراحی و اجرای این نوع سدها میباشد. ضرایب اطمینان لغزش و واژگونی بایستی از مقادیر مجاز بیشتر بوده تا ایمنی سد تامین گردد.
علت اصلی و اولیه لغزش، وجود نیروهای افقی بزرگتر از نیروی مقاوم برشی درز یا کف، ناشی از چسبندگی به علاوه اصطکاک ناشی از نیروهای عمودی است. در شکل 1 نیروهای موثر برای محاسبه ضریب اطمینان لغزش نشان داده شده است.
شکل -1 نیروهای موثر برای محاسبه ضریب اطمینان لغزش
که در آن FS ضریب اطمینان لغزش، W وزن سد، U فشار برکنش1، H برآیند نیروهای افقی وارد بر سد، L طول پایه سد، ضریب اصطکاک داخلی، C ضریب چسبندگی، N نیروی نرمال عمود بر پایه، T نیروی اصطکاک و زاویه پایه سد نسبت افق میباشد.
علت اصلی واژگونی، بیشتر بودن ممانهای محرک نسبت به ممانهای مقاوم میباشد. این مسئله باعث میشود برآیند تمامی نیروهای وارد بر بالای هر سطح افقی - از جمله برکنش - در سد، به خارج از محدوده سد سوق داده شود. در شکل 2 نیروهای موثر برای محاسبه ضریب اطمینان واژگونی نشان داده شده است.
شکل :2 نیروهای موثر برای محاسبه ضریب اطمینان واژگونی که در آن OSF ضریب اطمینان واژگونی، MS مجموع ممانهای مقاوم و MO مجموع ممانهای محرک میباشند.
در این نوع سدها پارامترهای مختلفی بر مقادیر ضریب اطمینان تاثیر گذار هستند. بررسی این موضوع از آنجا اهمیت پیدا میکند که شناخت این پارامترها میتواند به ایمنی هرچه بیشتر سدهای بتنی وزنی کمک نماید. بنابراین بررسی در مورد چگونگی و میزان تاثیر هر یک از این پارامترها بر پایداری سدها ضرورت پیدا میکند. یکی از پارامترها و نیروهای اصلی موثر بر پایداری سدهای بتنی وزنی، نیروی برکنش میباشد.
تعبیه مناسب زهکش یعنی فاصله افقی و قائم مناسب زهکش نسبت به پاشنه - X , h - در سد به دلیل رهایی مقداری از فشار وارده به کف سد میتواند مقدار این نیرو را تا حدودی کاهش دهد که در نتیجه آن ضریب اطمینان لغزش و واژگونی افزایش پیدا خواهد کرد. یک عامل مرتبط با زهکش، مقدار بازدهی زهکش - E - 1 میباشد. به مرور زمان و به دلیل مسدود شدن تدریجی منافذ، بازدهی زهکش کاهش پیدا میکند و در نتیجه به خوبی نمیتواند فشار وارده بر کف را به گالری زهکش انتقال دهد، بنابراین ضرایب اطمینان لغزش و واژگونی افزایش پیدا میکنند.
روش تحقیق
برای رسیدن به اهداف این تحقیق، سد بتنی فرضی به ابعاد نشان داده شده در شکل 3 در نرمافزار CADAM شبیه سازی شد.
شکل - 3 سذ بتنی وزنی فرضی شبیهسازی شده در نرمافزار CADAM
نرم افزار CADAM یکی از نرمافزارهای مفید برای بررسی پایداری سدهای بتنی وزنی از لحاظ لغزش، واژگونی وتحلیل تنشها در سدهای بتنی وزنی میباشد. یکی از مهمترین قسمتهای این نرمافزار، تعریف گالری زهکش ومشخصات آن می-باشد. به طور کلی گالریهای زهکش توزیع فشار به کف سد را عوض کرده و نیروی آن را کاهش میدهند. این نرمافزار قابلیت مدلسازی زهکشها بر اساس استانداردهای مختلف را داراست. خصوصیات گالری زهکش از جمله ارتفاع گالری از کف، فاصله گالری تا پاشنه سد و بازدهی زهکش از مشخصات زهکش هستند.
