بخشی از مقاله
چکیده:
به طور کلی پردههاي عایق GCL مصالح مرکب از یک لایه رس از جنس بنتونیت محصور شده بین حصیرهاي پلیمري ممی باششد. در حال حاضر این پرده ها در سیستم هاي عایق بندي وزهکشی سازه هاي مرتبط با آب یا سسایر سسیالات ککاربرد وسسیعی دارنند ککه مهمترین عامل جهت عایق شدن مصالح فوق توسط بنتونیت می باشدکه در این صورت بنتونیت به صورت خمییر محصصور ششده ببین حصیر هاي پلیمري بوجود می اید .
در بیش از دو دهه اخیرکاربرد پرده هاي GCL به دلیل امتیازات فراوان شامل ضخامت کم ، نصب سریع وآسان،نفوذ پذیري کم وترمیم پذیري در کلیه پروژه هاي عمرانی به خصوص سیستم هاي آب بندي زهکشی سازه هاي مرتبط با سایر سیالات به صورت وسیعی افزایش یافته است. میزان بارندگی در ایران بسیار کمتر از میانگین بارندگی جهان است، خشکی و کم آبی باعث شد ایرانیان از زمانهاي قدیم شروع به بهرهبرداري صحیح از منابع آب زیرزمینی نمایند.
سدهاي زیرزمینی یک روش ساده و کاربردي براي جمع آوري و ذخیره سازي آب در مناطق خشک و نیمه خشک می باشد هدف از این تحقیق مدلسازي عددي سدزیرزمینی، واقع درجنوب شهرستان دامغان - روستاي توچاهی - و بررسی تراوش سد زیر زمینی پیشنهادي با استفاده ازلایه آب بند GCL است. که در مقطع عرضی رودخانه به کف بستر غیر قابل نفوذ متصل گشته و به صورت قائم تا سطح زمین به ارتفاع 15متر ادامه می یابد، این مدلسازي عددي با استفاده از نرم افزار PLAXIS انجام شده است.
با توجه به این که فاصله ي سطح زمین تا سنگ بستر در محل احداث آب بند متغیر است؛ محور آب بند به بخش هاي مختلفی تقسیم شده است به طوري که ابعاد مقطع عرضی هر قسمت به جهت جلوگیري از مصرف بیش از اندازه ي مصالح، به طور جداگانه طراحی و ارائه می شود و در انتهاي هر بخش پیوستگی آب بند با بخش دیگر حفظ می شود.
مقدمه :
سدهاي زیرزمینی یک روش ساده و کاربردي براي جمع آوري و ذخیره سازي آب در مناطق خشک و نیمه خشک می باشند. در بعضی از مناطق ممکن است آب هاي سطحی محدود و یا به راحتی در دسترس انسان قرار نگیرند در این قبیل مناطق می توان نیاز انسان ها به آب را از طریق آب هاي زیرزمینی که در همه جا به طور وسیع و گسترده پخش شده اند، برطرف نمود. با احداث سد زیرزمینی و ذخیره آب در آبرفت پشت سد، می توان از هدر رفتن جریان هاي آب زیرزمینی در طول فصل سرد سال وتداخل باآب شور جلوگیري نمود.
آب یکی از منابع اساسی مورد نیاز بشر است. که نه تنها براي گسترش شهرها و صنایع لازم است بلکه یکی از عوامل توسعه کشاورزي نیز به شمار می آید با توجه به کمبود آب هاي سطحی محدود در برخی مناطق کشور، از انجا که جمعیت ایران مانند سایر نقاط دنیا رو به افزایش است باید از منایع موجود آب ازجمله آب هاي زیرزمینی بهره برداري بیشتري شود.
هم اکنون سدهاي زیر زمینی با توجه به مزایایی که نسبت به سدهاي سطحی دارد استفاده از آن در بعضی از مناطق دنیا از جمله در ایران در حال گسترش است،فرایند اکتشاف سفره هاي آب زیرزمینی یک برنامه چند مرحله اي است که شامل مطالعه دفتري، تهیه نقشه هاي زمین شناسی، بررسی جزئیات کامل سفره مورد مطالعه، برداشت هاي ژئوفیزیکی - همانند مقاومت الکتریکی - ، حفاري، مطالعات هیدرولوژیکی، مطالعات چاه پیمایی، مطالعات دورسنجی و آزمایش هاي نفوذپذیري است.
با توجه به وضعییت خشکسالی در ایران ونقش تعیین کننده سدها در تامین آب لذا سدهاي زیر زمینی باتوجه به سه مزایاي بسیارمهم آن یعنی -1 عدم تبخیر– 2 عدم آلودگی - 3 عدم نیاز به نگهداري می تواند چه به لحاظ اقتصادي وچه به لحاظ فنی نقش موثري در تامین آب داشته باشد. درپیشینه تحقیقات و موضوعات مرتبط و نتایج آن می توان به مواردي چون :
- حاجی عزیزي و همکاران - - 1393 تحقیقاتی راجع به تحلیل اجزاي محدود سدهاي زیرزمینی و نکات مهم در طراحی و اجراي آن ها انجام دادند که دراین تحقیق به تحلیل عددي سدزیر زمینی آبخوري استان سمنان با در نظر گرفتن دو المان خاك با مشخصاتی چون ضریب پواسون ، وزن مخصوص اشباع وخشک خاك ، مدول الاستیسیته ، زاویه داخلی والمان سد باجنس دیواره آب بندپرداختند که این تحلیل به صورت کرنش مسطح ودوبعدي با جنس دیواره آب بند بتن پلاستیک انجام شده است. مدل این سد، الاستیک وبراي خاك اطراف آن موهر- کلمب در نظر گرفته شده که با بررسی تغییر مکان افقی وقائم سد وتنش در اطراف سد ووضعییت تراوش وفشار افقی به سد در ترازهاي مختلف به نتایج قابل قبولی دست یافتندکه مختصرا به موارد زیر اشاره می شود:
• تحلیل تنش- کرنش انجام ونکات مهم طراحی واجرایی مد نظر قرارگرفت.
• سد مورد نظر از سمت بالادست - سراب - تحت فشارجانبی خاك اشباع واز سمت پایین دست - پایاب - تحت فشار جانبی خاك خشک قرار می گیرد.
• تغییر مکان جانبی سد ناچیز وفشار جانبی وارد برآن قابل توجه نیست.
• یکی ازراه کارهاي مهم براي تامین کمبود آب دراستان احداث این گونه سدها به دلیل عدم آلودگی آب مخزن- هزینه کم اجرا-عدم مشکلات زیست محیطی، عدم تبخیر آب پشت سد و....... می باشد.
- ندا انجم شعاع و فضل االله سلطانی - - 1393 آنالیز عددي تراوش آب در سد خاکی را با درنظرگرفتن شرایط مختلف آب بندي - مطالعه موردي سد سبلان - باتئوري تحقیق مطالعه نمودند. یکی از تئوري هاي معتبري که در رابطه با پدیده نشت می باشد، تئوري دارسی است. قانون دارسی هم براي خاك هاي اشباع وهم براي خاك هاي غیر اشباع کاربرد دارد. با این تفاوت که درخاك هاي اشباع ضریب نفوذپذیري به کاررفته دررابطه داراي مقدار ثابت می باشد اما در خاك غیر اشباع ضریب نفوذپذیري تابعی از مکش می باشد.
مواد و روش ها:
نرم افزار پلکسیس - PLAXIS - دو بعدي بوده که با مدلسازي عددي تراوش سد زیر زمینی در حالت معمولی و با لایه آب بند GCL و هسته رسی مورد بررسی قرار گرفته است.
نرم افزارPlaxis دو بعدي که نسخه آن با ورژن 8,5 در بازار موجود می باشد به ویژگی ها وقابلییت هاي آن ذیلا اشاره می گردد.
• شرایط مرزي به صورت استاندارد اعمال شده و کاربر قادر به تغییر آن نیست.
• امکان تحلیل تراوش وجود دارد.
• امکان شبیه سازي ژئوتکستایل، ژئوگرید و تونل در آن مقدور است.
• امکان تحلیل پایداري - و محاسبه ضرایب اطمینان به روش - - c-phi reduction وجود دارد
• از نظر امکانات بسیارقوي ترPlaxis 3D می باشد
به طور کلی این نرم افزار به چهار بخش مدلسازي، تحلیل ، خروجی و نمودار تقسیم بندي شده است.
باتوجه به مدل وهدف انجام تحقیق تعداد مورد نیازفازهاي محاسبات تعریف شده که با Select آخرین فاز و با کلیک بر گزینه Calculation محاسبات انجام شده است
ضمنا مدل الاستوپلاستیک کامل موهر-کولمب که جزئی از محاسبات روش تحقیق بوده با پنج پارامتر ورودي سرو کار داشته که عبارتند از : نسبت پواسون ومدول الاستیسیته براي الاستیسیته خاك، چسبندگی و زاویه اصطکاك براي پلاستیسیته خاك و اتساع براي زاویه اتساع . این مدل موهر- کولمب تخمین مرتبه اول رفتارخاك یا سنگ را ارائه می دهد . براي ارزیابی و تحلیل اولیه مسئله مفروض استفاده از این مدل رفتاري توصیه شده است. براي هر لایه یک سختی متوسط تخمین زده میشود. به علت چنین تخمین ساده و ثابت، محاسباتنسبتاً سریع انجام شده و شمایی هر چند کلی از تغییر شکل ها به دست می آید. در کنار پنج پارامتر ذکر شده در فوق، شرایط اولیه تنش در خاك نیز در مسئله تغییر شکل خاك نقش عمدهاي بازي می کند. با اتخاذ و گزینش مقادیر مناسب و صحیح، تنش هاي اولیه افقی در خاك به درستی محاسبه و تولید می شوند.
پلاستیسیته معمولاً با توسعه کرنش هاي برگشت ناپذیر همراه می باششد. به منظور ارزیابی که تابعی بین تنش و کرنش f اینکه آیا در محاسبات پلاستیسیته رخ داده یا نه، تابع تسلیم می باشد، تعریف می گردد. یک تابع تسلیممعمولاً به صورت یک سطح در فضاي تنشهاي اصلی تعریف میگردد. یک مدل الاستوپلاستیک کامل در واقع یک مدل رفتاري با سطح تسلیم ثابت می باشد، یعنی سطح تسلیم با پارامترهاي مدل تعریف می شود و از کرنش هاي پلاستیک تاثیرنمی پذیرند. براي حالات تنشی که به وسیله نقاط واقع در داخل سطح تسلیم بیان می شوند، رفتارکاملاً الاستیک است و همه کرنش ها برگشت پذیر می باشد.
مدل موهر – کلمب نیاز به پنج پارامتر دارد کهمعمولاً براي مهندسین ژئوتکنیککاملاً آشنامی باشد و به راحتی از آزمایشات معمول روي نمونه هاي خاك به دست می آیند.
از آنجایی که نحوه گود برداري در سدهاي زیر زمینی شبیه گودبرداري پی سدهاي خاکی انجام می شود لذا شکل هندس مدل به صورت ذوذنقه اي با مشخصات عرض پایین 2 متر وعرض بالا 14 متر وعمق آن در گود ترین نقطه - باتوجه به پرفیل سنگ بستر - متر15 وشیب ان حدودایک به یک می باشد وباتوجه به مطالعات انجام شده در عمق 12,5 متري از کف سنگ بستر فرار اب از محل تکیه گاها جدي است لذا Phreatic level - سطح تراز اب - در کد 12,5 متر لحاظ می گردد چون عملا در بهترین حالت ذخیره اب در مخزن زیر زمینی در این کد انجام می گردد.
با بررسی نتایج در این مرحله به این جمع بندي رسیدیم که نتایج حاصل از نرم افزارPlaxis در مقایسه با نتایج ثبت شده در سه پیزومتر ومشاهدات عینی نتیجه مطلوب وقابل قبولی را داشته است.
نتایج و بحث :
با وجود بستر غیر قابل نفوذ و مقاوم موجود در عمق تا حدود 15 متري از سطح زمین در رسوبات رودخانه و از طرفی شیبدار بودن سنگ بستر امکان استفاده از سپري عملی نمی باشد. سپري ها قابلیت نفوذ در بستر مقاوم و سنگ را ندارند بنابراین با توجه به شیب دار بودن سنگ بستر همواره امکان عدم کامل پوشش خاك توسط سپري وجود دارد. در نتیجه فرار آب اجتناب ناپذیر است هر چند که حجم عملیات خاکی در استفاده از سپري نسبت به سایر دیوارها به حداقل می رسد اما به دلیل عدم نفوذ پذیري در سنگ بستر شیبدار،و وجود سنگ امکان استفاده از آن عملی نیست. در صورتی که با خاك بستر مناسب مانند مصالح ریز دانه قابلیت نفوذ سپري در خاك وجود دارد.
