بخشی از مقاله
چکیده:
اگر سرعت تخلیه مخزن سد خاکی از سرعت زهکشی آب درون بدنه سد بیشتر باشد، عملا حالت تخلیه سریع اتفاق می افتد که این عامل موجب به خطر افتادن پایداری شیروانیها بخصوص شیروانی بالادست میشود. در این مقاله به منظور بررسی اثر زمان تخلیه بر پایداری شیروانیها در یک سد خاکی فرضی، با اندازههای مشخص و مصالح تعریف شده ، فرآیند تخلیه سریع در دو زمان متفاوت تخلیه آنی و تخلیه در مدت پنج روز در نظر گرفته شد و همچنین از نرمافزارهای Seep/w و Slope/w از مجموعه بسته نرمافزاری Geo-Studio که کاربرد وسیعی در زمینه سد و سدسازی دارد ، استفاده گردید و نتایج حاصل از بررسی خروجیهای نرمافزار نشان داد که در حالت تخلیه سریع مخزن سد خاکی، هر چقدر سرعت تخلیه کمتر، یا مدت زمان تخلیه بیشتر باشد، ضریب اطمینان پایداری شیروانیها بیشتر بوده و خطر لغزش مصالح به سمت مخزن کاهش مییابد.
مقدمه:
هنگامیکه سطح آب در مخزن سد پایین میآید جهت نیروهای تراوش معکوس میشود و جریان از داخل بدنه سد به سمت مخزن سد جریان پیدا میکند. در این حالت اگر مصالح استفاده شده در بدنه سد درشتدانه باشند، سطح آب درون بدنه سد، همزمان با پایین آمدن سطح آب مخزن کاهش مییابد ولی اگر مصالح موجود در بدنه سد از جنس مصالح ریزدانه باشند، خطوط جریان مربوط به تراوش دائمی در بدنه سد در حالت اولیه خود باقی مانده و همزمان با سطح آب مخزن پایین نمی آیند. بطوریکه زمان تخلیه سریع به طور مستقیم بر روی مدت زمان پایین آمدن سطح خطوط تراوش، تاثیر میگذارد. آب باقیمانده در بدنه سد باعث بوجود آمدن فشاری در بدنه سد میشود که به فشار آب حفرهای معروف است و هر چقدر که فشار آب حفرهای بیشتر باشد میزان تنش موثر بین ذرات موجود در بدنه کاهش مییابد که این عامل موجب ناپایداری شیروانیها، بخصوص شیروانی بالادست میشود که میتواند موجب لغزش مصالح به سمت مخزن شود. به همین دلیل ضرورت دارد که تاثیر مدت زمان تخلیه سریع روی پایداری شیروانیها بررسی شود تا خسارات ناشی ازعواملی مانند جدایش و لغزش شیروانیها به حداقل برسد.
پیشینه تحقیق :
در مورد سابقه تحقیق انجام شده در سالهای اخیر، میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
فرزاد و برادران گمیچی - 1394 - بر روی پارامترهای موثر در تخلیه سریع سد خاکی حسنلو در مورد پایداری شیروانیها ، به این نتیجه رسیدند که با وجود تخلیه سد با سرعت بسیار زیاد ضریب اطمینان بسیار بالا بوده و سد اصلا در حالت بحرانی قرار نمیگیرد، که این خود نشاندهنده طراحی غیراصولی و غیراقتصادی سد میباشد
یوسف پریش - 1394 - به بررسی پایداری سدهای خاکی در هنگام تخلیه سریع پرداخت و به این نتیجه رسید که استفاده از سکو، پایداری شیروانیها را در هنگام تخلیه سریع بطور محسوسی افزایش میدهد، و همچنین به ازای هر 0/5 متر افزایش ضخامت زهکش، حدود %2 بر ضریب اطمینان افزوده میشود
بهروزینیا، احمدی و عباسی - 1394 - به بررسی تاثیر ویژگیهای هیدرودینامیکی غیراشباع بر میزان تراوش و پایداری شیب بالادست سد خاکی همگن در اثر تخلیه سریع پرداخته و دریافتند که به طور کلی در بررسی پایداری شیب در اثر تخلیه سریع، در نظر گرفتن تخلیه کامل به عنوان یک حالت بحرانی فرض درستی نیست، در نتیجه بدست آوردن بحرانیترین حالت نیازمند تحلیل دقیق در سرعتهای تخلیه متفاوت میباشد
آلونسو و پینیولٌ - 2015 - به بررسی روشهای مختلف موجود برای محاسبه فشار آب حفرهای در حالت تخلیه سریع بر روی سد" گلن شیرا " پرداخته و به این نتیجه رسیدند که استفاده از فرضیات سادهکننده در این حالت باعث نتایج غیرواقعی شده و همچنین برای محاسبه میزان پایداری شیروانی و فشار آب حفره ای بایستی آنالیزی از تغییر شکل جریان در حالت اشباع و غیراشباع انجام گیرد
چن و هانگٍ - 2011 - پایداری شیروانیهای سد خاکی را در حالت آبگیری مخزن و تخلیه سریع، با استفاده از مدلسازی مرکزگریز بررسی کرده و به این نتیجه رسیدند که با توجه به تمرکز تنش در پنجه شیروانی، میتوان با مسلح کردن این ناحیه تا حدود زیادی از لغزش آن جلوگیری نمود
تقی زاده و وفائیان - 1393 - پایداری شیروانیهای خاکی را با تغییر پارامترهای برشی خاک، با فرض شیروانی خاکی با استفاده از نرمافزار Flac بررسی کرده و به این نتیجه رسیدند که تغییر پارامترهای چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی خاک، تاثیر بسزایی در پایداری شیروانیهای خاکی دارد
معرفی نرمافزار:
در این تحقیق از نرمافزارهای Seep/w و Slope/w استفاده میشود که به ترتیب برای آنالیز جریان و تراوش و شیب و پایداری شیروانیها مورد استفاده قرار میگیرند. نرمافزار Seep/w بر اساس روش المان محدود و نرمافزار Slope/w بر اساس مدل ترسیمی طراحی شدهاند. این دو به همراه سایر نرمافزارهای مجموعه Geo-Studio کاربرد وسیعی در آنالیزها و تحلیلهای هیدرولیکی دارند.
معرفی مدل :
برای انجام مدلسازی، سد فرضی با مشخصات زیر در نظر گرفته شده است:
عرض تاج 4 متر، عرض کف سد 44 متر، شیب شیروانیها در بالادست و پایین دست 1/2 و ارتفاع آب در مخزن 8 متر میباشد. جنس مصالح پوسته و هسته یکسان و سد به طور همگن در نظر گرفته شده است که مصالح آن از جنس خاک رس لایدار میباشد که دارای ضریب تراکمپذیری حجمی 0/0001 - Mv - کیلوپاسکال و مقدار نفوذپذیری - 8/64 - K متر در روز، در حالت اشباع است.
مدلسازی عددی :
برای رسیدن به اهداف طرح شده در این تحقیق، ابتدا هندسه سد مورد نظر در محیط نرمافزار Seep/w وارد گردید، سپس با تعریف مشخصات مصالح و معرفی شرایط مرزی مدلسازی تکمیل شده، در دو حالت تخلیه سریع آنی و تخلیه سریع پنج روزه نتایج نرمافزار Seep/w حاصل شد و سپس مدل به نرمافزار Slope/w معرفی شده و دراین نرمافزار، هدف اصلی که همان ارزیابی پایداری شیروانیها و حصول مقدار ضرایب اطمینان آنها در دو حالت است، انجام گردید. در شکلهای زیر تصاویری از نحوه مدلسازی سد در نرمافزار دیده میشوند.
