بخشی از مقاله
چکیده
سدهای خاکی از جمله مهمترین و پیچیده ترین سازه های مهندسی میباشند که هزینه های هنگفتی صرف مطالعه و اجرای این نوع پروژهها میشود لذا پرداختن به مسائل مربوط به ایمنی آنها ضمن ساخت و نیز در دوران بهرهبرداری از اهمیت خاصی برخوردار است. براساس آمار کمیته بین المللی سدهای بزرگ، طی صد سال گذشته، تنها در اثر خرابی سدهای بزرگ حدود هیجده هزار نفر تلفات جانی و خسارات سنگین اقتصادی وارد آمده است. جهت پیشگیری از گسیختگی سد در اثر عوامل مختلف، رفتارسنجی مستمر سد ضروری میباشد. به این منظور با استفاده از ابزار دقیق و نصب آنها در محل های مناسب و قرائت دورهای دادهها به همراه تحلیل برگشتی آنها، میتوان قریب به یقینترین عامل ناپایداری را پیشبینی کرده و اقدامات لازم در جهت مقابل با آن را معمول داشت. از طرفی مسئله نشست یک امر مهم و ضروری در سدهای خاکی به شمار می رود که در صورت تجاوز از مقدار معینی امکان شکست و خرابی در سد وجود دارد. علیرغم مطالعاتی که قبل از ساخت سد توسط مهندسین مشاور صورت می گیرد، نمی توان رفتار هیدرولیکی بدنه و پی را پیش بینی کرد. لذا با استفاده از روش های عددی می توان مدل سد را در محیط نرم افزاری ایجاد نموده و تراوش و همچنین پایداری سد در مقابل عوامل مختلف را برای حالات مختلف سد چه از نظر هندسی و چه از نظر خصوصیات مصالح بکار رفته در هسته و... برای سدهای اجرا شده و سدهای در حال طراحی بررسی نمود و به حالت بهینه ای دست یافت. منظور از پایداری استاتیکی سد خاکی، حفظ تعادل و جلوگیری از حرکت اجزای سد در مقابل نیروهای استاتیکی وارد شده است. ایجاد فشارهای حفرهای در دوره های زمانی مختلف مربوط به ساخت سد عامل مهمی در کنترل پایداری سد میباشد. در این تحقیق تحلیل تراوش و پایداری در حالت بارگذاری استاتیکی سد خاکی قلعه چای به وسیله ی نرم افراز seep/w از جمله نرم افزارهای Geo slope 2007 و مقایسه این نتایج با نتایج ابزار دقیق مستقر در سد بررسی شده است.
-1 مقدمه
بیشترین عامل پیشرفت در ارتباط با سد مسئله تراوش و تاثیر آن در پایداری سد می باشد که این موضوع برای اولین بار به عنوان یکی از علل خرابی سد مورد توجه قرار گرفت و بعدها منجر به تدوین مسئله تراوش جریان آب در سد گشت. طی سالیان اخیر، متخصصین همواره در پی دستیابی به روشهای مناسبتر تحلیل و طراحی سدهای خاکی بودهاند. نتیجه این تلاشها، توسعه روشهای متعددی از قبیل تحلیلهای شبه استاتیکی، تغییر مکان ماندگار و دینامیکی است که امکان پیشبینی رفتار سدهای خاکی تحت شرایط بارگذاری گوناگون را فراهم مینماید داوری و رزم آرا به مطالعه بر روی آنالیز نشت پی و بدنه سد باغکل و با استفاده از نرم افزارseep/w ، پرداخت وی مشاهده کرد بدون در نظر گرفتن راه حل های مناسب آب بندی، میزان خروج آب از پی در طول سال بالغ بر % 50 حجم مخزن است اما با قرار دادن دیوار آب بند در این محدوده از میزان تراوش به مقدار زیادی کاسته میشود از طرفی بر اساس نتایج به دست آمده، با کوچکتر شدن المانها دبی جریان کاهش یافته و به مقدار واقعی نزدیکتر میشود - داوری و رزم آرا. - 1390 صباح و ولیزاده با مطالعه عددی میزان نشت سد خاکی حسنلو و مقایسه آن با مقادیر نشت واقعی، نتیجه گرفتند که خروجی های نرم افزار seep/w نسبت به به واقعیت نزدیکتر بوده و برای محاسبه نشت در سدهای خاکی مطمئن است - صباح و ولیزاده. - 1392 صباغ یزدی و بیات با ارائه نرم افزار دو بعدی NASIR که در آن از روش عددی گالرکین -حجم محدود برای مدل سازی تراوش در پی سدهای بتنی وزنی دارای پرده آب بند استفاده شده بود همچنین آنها از این مدل برای ارزیابی دقت رابطه های ارائه شده توسط لین و بلای برای برآورد تقریبی زیر فشار سدهای بتنی وزنی روی پی همگن و همسان استفاده کردند - صباغ یزدی و بیات. - 1388 قبادیان و خدایی به مطالعه تأثیر دیواره آب بند و زهکش بر نیروی زیر فشار و گرادیان خروجی زیرسازه های آبی را با حل عددی معادله عمومی جریان آب در خاک به روش حجم های محدود پرداختند آن ها برای صحت سنجی نتایج مدل عددی از نتایج آزمایشگاهی و مدل WinMseep استفاده کردند.
نتایج این پژوهش نشان داد که با احداث یک دیواره آب بند در هر وضعیت مکانی، مقدار گرادیان خروجی نسبت به گرادیان خروجی مبنا - بدون دیوار آب بند - کاهش می یابد همچنین توزیع فشار بالابرنده و گرادیان خروجی محاسبه شده برای شرایط خاک همسان و غیرهمسان در زیرسازه هماهنگی نزدیکی با نتایج مدل WinMSeep داشت - قبادیان و خدایی. - 1388 رگدوانی و همکاران به مطالعه تراوش در یک سد خاکی با استفاده از مدل شبکه عصبی، پرداختند و نتایج را با روش المان های محدود مقایسه کردند - گردوانی و همکاران. - 1393 محمد منافپور و همکاران به مطالعه و بررسی عملکرد هسته ی مرکزی سد شهر چای ارومیه در مقابله با نشت با استفاده از شبیه سازی عددی و نتایج ابزار دقیق پرداختند و نتیجه گرفتند که رفتار هسته مرکزی سد در مقابله با نشت آب در تطابق قابل قبولی با معیارهای تراوشی لحاظ شده در طراحی اولیه سد شهر چای ارومیه دارد - محمد منافپور و همکاران . - 1390 حمیدرضا صبا و همکاران به مطالعه عددی میزان نشت سد خاکی و مقادیر آن با مقادیر نشت واقعی پرداخته اند که در این تحلیل نرم افزار Seep/w با دو نوع مش بندی مثلثی و مربعی انجام و در نرم افزار Plaxis با مش بندی مثلثی صورت گرفت - حمیدرضا صبا و همکاران . - 1390 مصطفی سواری و همکاران به بررسی ارزیابی روش های کنترل و کاهش نشت از بدنه سد خاکی گدارلنده به وسیله نرم افزار Seep/w پرداخته اند و نتیجه این بود که با مقایسه نتایج به دست آمده از آن با داده های واقعی گزینه های کاهش نشت از بدنه سد به مدل اضافه شد را بررسی کرد - مصطفی سواری و همکاران . - 1388 نصرالهی و همکاران به بررسی نشت سد سورچکی توسط نرم افزار Seep/w به روش عددی اجزای محدود پرداخته اند.باتوجه به نتایج به دست آمده از مقادیر زه آب عبوری وگرادیان هیدرولیکی بیشینه دربخش های مختلف سیستم،طراحی ضخامت هسته وناحیه بندی داخلی بدنه سد از نظر مهار تراوش از بدنه وپی سد قابل قبول عطرچیان و همکاران به ارزیابی موردی تخریب سدهای خاکی براثر نشت در بدنه سد پرداختند و به تشریح عوامل مؤثر در تخریب هیدرولیکی سدهای خاکی به دلیل نشت از بدنه ی سد پرداختند - عطرچیان و همکاران. - 1388 سالمی و سپاسخوا مقادیر تلفات آب در تعدادی از کانال های خاکی منطقه رودشت اصفهان را اندازه گیری و با مقایسه با مقادیر به دست آمده از معادلات تجربی ، معادلات را برای منطقه مورد مطالعه اصلاح کردند .
آن ها پس از اصلاح گزارش کردند که معادلات اینگهام و مورتیز بالاترین ضریب تشخیص را برای منطقه داشته اند - سالمی و سپاسخوا . - 1385 .جعفر بلوری بزاز وهمکارن در تحقیقی بر اساس داده های ابزار دقیق سد خاکی نهرین طبس، تنشهای ایجاد شده و نیز نشست سد در دوران ساخت با مقادیر حاصل از تحلیل عددی پرداخته اند. به این منظور دوران ساخت سد با استفاده از دو مدل رفتاری مور-کلمب و سختشونده، تحلیل گشته و تنشهای ایجاد شده در هسته و نشست آن با دادههای ابزار دقیق مقایسه شده است .با توجه به همخوانی داده های ابزار دقیق و نتایج حاصل از تحلیل، میتوان گفت پارامترهای مقاومتی خاک که از آزمایشات به دست آمده، به واقعیت نزدیک بوده و نیز مدلهای رفتاری انتخاب شده قادر به پیشبینی مناسب رفتار سد در این مرحله هستند - جعفر بلوری بزاز وهمکارن . - 1389 علی نورزاد و همکاران با تحلیل داده های بدست آمده از اندازه گیری ماهانه دما در سد خاکی شمیل واقع در استان هرمزگان، فرسایش داخلی مورد بررسی قرار گرفته است - علی نورزاد و همکاران . - 1388علی اصغر میرقاسمی و همکاران در مقاله ای به بررسی سیستمهای رفتارسنجی سد خاکی لار و پانزده خرداد پرداختند و در ادامه این سیستمهارا از نظر عملکرد مورد ارزیابی قرار دادند . در جمع بندی مقاله نیز کارایی هریک از ابزار متداول در دو پروژه یاد شده با در نظر گرفتن شرایط حاکم برآنها ارائه شده است علی اصغر میرقاسمی و همکاران . - 1383کنیزلی و همکاران با استفاده از داده های دستگاه ADCP با تخمین میزان نشت از کانال های آبیاری پرداختند و رابطه ای براساس سرعت جریان و مشخصات هندسی کانال برای تخمین میزان نشت از کانال ارائه کردند - کنیزلی و همکاران - 2010 .چاهر از یک روش تحلیلی دقیق برای ارزیابی میزان نشت از یک کانال ذوزنقه ای استفاده کردند و او نتیجه گرفت که این روش برای تعیین میزان نشت و یا تغذیه مصنوعی آب های زیرزمینی از کانال های چندضلعی مؤثر است - چاهر . - 2007 تیفور و همکاران - 2005 - با مدل شبکه عصبی، تراوش در یک سد خاکی را پیش بینی کرده و نتایج را با روش المان های محدود مقایسه کردند. یافنگ و همکاران - - 2008 با استفاده از روش المان محدود، یک مدل عددی را برای رفع مشکل نشت با سیستم های زهکش سدها ارائه دادند. با توجه به مقدمات بالا مسئله نشت و تراوش و همچنین پایداری در سدهای خاکی یکی از معضلات فرا روی طراحان و مجریان سدهای خاکی می باشد. مطالعه موردی - سد قلعه چای - نیز به عنوان یکی از سدهای خاکی مطرح از این معضلات و مشکلات در همه مراحل خود مستثنی نیست و لذا تحلیل پایداری و تراوش آن در حالت استاتیکی از اولویتهای مطالعاتی دانشگاهی و از جمله این تحقیق می باشد.
-2 معرفی سد قلعه چای
سد قلعه چای با هدف استحصال 55 میلیون مترمکعب آب از آب رودخانه قلعهچای و آبیاری 11 هزار و 900 هکتار از اراضی پایاب به بهرهبرداری رسیده است. سد قلعه چای از نوع خاکی با هسته ناتراوای رسی است که طول تاج آن 336 متر، عرض تاج 10 متر و ارتفاع آن از پی 85 متر، طول دریاچه سد 5/3 کیلومتر در رقوم نرمال است. حجم مفید سد قلعه چای 40 میلیون مترمکعب است که قابلیت تنظیم 55 میلیون مترمکعب را دارد و سرریز سد از نوع آزاد و خارج از بدنه سد که طول آن
