بخشی از مقاله
چکیده :
سد مخزنی گابریک واقع در استان هرمزگان به ارتفاع ٤١ متر برروی بستر آبرفتی به ضخامت ١٣ متر قراردارد. یکی از گزینه های مطرح در مطالعات مرحله اول این طرح، سدخاکی با هسته آسفالتی می باشد. در این طرح بنابر ملاحظات طراحی، هسته آسفالتی برروی پی آبرفتی قرار گرفته و در زیر آن دیواره آب بند جهت کنترل تراوش در پی منظور شده است.
با توجه به قرارگرفتن هسته آسفالتی برروی دیواره آب بند و پوسته سد برروی پی آبرفتی، احتمال ایجاد نشستهای نامتقارن در مراحل ساخت و آبگیری سد وجود دارد که می تواند در رفتار بدنه سد و بالاخص هسته آسفالتی مؤثر باشد. به منظور بررسی این موضوع، تنشها و تغییر شکلهای بدنه و پی سد درمراحل ساخت و آبگیری به کمک تحلیل دوبعدی به روش اجزاﺀ محدود محاسبه گردیده است. مقاله حاضر به ارائه و بحث در خصوص نتایج این تحلیلها اختصاص دارد.
١- مقدمه
سدهای با هسته بتن آسفالتی یکی از گزینه های مطرح در طراحی سدهای خاکی و سنگریزه ای بویژه در مناطقی که از نقطه نظر وجود مصالح ریزدانه با کیفیت و کمیت مناسب جهت اجرای هسته رسی کمبود وجود داشته باشد می باشند. از مزایای این نوع سد میتوان به عدم وجود درز و آب بندی بسیار مناسب، عدم حساسیت اجرا به شرایط آب و هوایی، امکان آبگیری حین ساخت، قابلیت خود ترمیمی مصالح هسته، تغییر شکل پذیری و انعطاف پذیربودن، دوام و مقاومت در مقابل نشت مداوم، مقاومت نسبی در مقابل زلزله و ایمنی در مقابل حملات جنگی اشاره کرد. موارد متعددی از این نوع سدها در کشورهای مختلف دنیا ساخته شده است.
دو کشور آلمان و نروﮊ در این زمینه در دنیا پیشرو هستند. در کشور ما نیز با توجه به بحران آب و توجه به امر سدسازی بررسی نحوه طراحی و اجرای این نوع سدها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
٢- کلیات
سد مخزنی گابریک به ارتفاع ٤١ متر برروی بستر آبرفتی به ضخامت ١٣ متر قراردارد. محل سد در استان هرمزگان به فاصله ١٠٨ کیلومتری شمال شرقی بندرجاسک در حوزه آبریز رودخانه گابریک واقع شده است. یکی از گزینه های مطرح در مطالعات مرحله اول این طرح، سد خاکی با هسته آسفالتی می باشد.
در این، طرح، هسته آسفالتی برروی پی آبرفتی قرارگرفتن است و در زیر آن دیواره آب بند جهت کنترل تراوش در پی منظور شده است. با توجه به قرارگرفته هسته آسفالتی برروی دیواره آب بند و همچنین قرارگیری پوسته سد برروی پی آبرفتی، احتمال ایجاد نشستهای نامتقارن در مراحل ساخت و آبگیری سد وجود دارد که میتواند در رفتار بدنه سد و بالاخص هسته آسفالتی مؤثر باشد.
جهت بررسی این موضوع یک سری تحلیل اجزاﺀ محدود نرم افزار خنFEADAM - خنکذ - Duncan et. al. در مراحل ساخت و آبگیری انجام شده است. پی سد از دو لایه تشکیل شده که لایه رویی از مصالح ماسه لای دار بوده و بالاتر از تراز رودخانه قراردارد. لایه زیرین از شن و ماسه لای دار بوده که در زیر تراز رودخانه قراردارد. در طراحی، لایه بالایی در بالادست کلاﹰ برداشت شده در حالیکه در پائین دست بطور جزئی برداشت شده است.
در این بررسی اثر مدول تغییر شکل هسته، سختی مصالح پی آبرفتی درشت دانه و میزان برداشت آبرفت ریزدانه برروی نتایج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
٣- روش تحلیل
تحلیل اجزاﺀ محدود با فرض رفتار خطی برای مصالح هسته و دیواره آب بند و رفتار غیرخطی برای سایر مصالح صورت گرفته است. در این روش بارگذاری ناشی از ساخت سد وآبگیری مخزن بصورت مرحله ای در نظر گرفته شده است.تحلیل های استاتیکی سد گابریک به روش اجزاﺀ محدود و با فرض کرنش مسطح - Plane Strain - برای مقطع عرضی حداکثر سد با استفاده از نرم افزار خنFEADAM انجام شده است.
٤- شبیه سازی هندسی
با توجه به مشخصات هندسی ساختگاه سد، شرایط کرنش مسطح در مقطع عرضی حداکثر سد با تقریب قابل قبول برقرار می باشد. این مقطع دارای بیشترین ارتفاع هسته آسفالتی و بیشترین ضخامت آبرفت می باشد. سنگ بستر در کلیه تحلیل ها بعنوان شرایط مرزی تغییر مکان صفر منظور گردیده و بدین لحاظ در مدل هندسی بکارنرفته است. مقطع عرضی حداکثر سد که در تحلیل های استاتیکی سد گابریک مدل گردیده در شکل - ١ - ملاحظه می شود. شکل - ٢ - شبکه اجزاﺀ محدود بکاررفته در تحلیهای استاتیکی سد گابریک را نشان می دهد.
شکل ١- مقطع عرضی حداکثر سد گابریک
شکل ٢ – شبکه اجزاﺀ محدود بکار رفته در تحلیهای استاتیکی سدگابر
٥- رفتار مصالح
با توجه به محدود بودن مقادیر کرنش در هسته آسفالتی می توان با تقریب قابل قبول رفتار مصالح هسته را الاستیک خطی فرض نمود.
جهت تخمین پارامترهای رفتاری مصالح هسته از مقادیر توصیه شده توسط محققان قبلی در موارد مشابه استفاده شده است
در ضمن جهت بررسی اثر تغییرات مدول تغییر شکل هسته برروی نتایج ، تحلیل ها دو مقدار مدول تغییر شکل ١٠٠ و ٢٥٠ مگاپاسکال انجام شده است. در هر دو حالت نسبت پواسون برابر با ٤٩/٠ در نظر گرفته شده است. دیواره آب بند نیز بصورت الاستیک خطی مدل شده است و پارامترهای الاستیک آن براساس توصیه از روی خصوصیات مصالح پی آبرفتی انتخاب شده است. رفتار سایر مصالح شامل پوسته های تراسی و سنگریزه ای، نواحی انتقالی در بالادست و پائین دست هسته، پی آبرفتی ریزدانه و درشت دانه با مدل غیرخطی هذلولی شبیه سازی شده است.
جهت بررسی اثر سختی مصالح پی آبرفتی برروی تنش ها و کرنشهای هسته آسفالتی سه مقدار مختلف برای پارامترمدول الاستیک هسته در مدل هذلولی - ٦٠٠ ، ٤٠٠ ، ٢٠٠ - K = در نظر گرفته شده است.
٦- نتایج تحلیلها
توزیع تنشها و نحوه انتقال بار در بخشهای مختلف بدنه سد، مقادیر کرنش جانبی در هسته آسفالتی و بروز یا عدم بروز گسیختگی برشی و کششی در هسته آسفالتی از موارد مهمی هستند که در هر تحلیل مورد توجه قرار گرفته اند. در بررسی این موارد تأثیر پارامترهایی نظیر مدول تغییر شکل هسته آسفالتی سختی پی آبرفتی درشت دانه و میزان برداشت آبرفت ریزدانه مورد توجه می باشد.
