بخشی از مقاله
چکیده
موضوع بررسی پایداری سدهای خاکی در برابر زلزله از پیچیده ترین مسائل در زمینه ژئوتکنیک است. پیچیدگی های این موضوع به علت گوناگونی و تفاوت ویژگی های زلزله - به لحاظ شدت، ستاب، فرکانس و زمان عملکرد مؤثر آن - ، گوناگونی خواص مصالح خاکریز - عوامل مقاومت خاک، وجود فشار منفذی و تغییرات آن - و نیز به علت تغییر خواص ذکر شده در اثر عملکرد بارهای ارتعاشی حاصل از زلزله است. با استفاده از تحلیل اجزاء محدود سدهای خاکی توزیع تنشهای داخلی و تغییر مکانها بدست می آیند.
برای این منظور حالت کرنش صفحه ای و تنش صفحه ای مقبولیت عامه یافته است .استفاده از روش اجزاء محدود امکان تحلیل تنشها و نیز انتقال آنها به قسمتهای گوناگون مقطع سد و یافتن مناطق بالقوه خطرناک از نظر ایجاد ترک را، بوجود می آورد .تحلیل تغییرشکلهای بوجود آمده در سد با این روش می تواند برای پیش بینی منحنی لغزش بالقوه شیب خاکریز از طریق مشخص نمودن تغییر شکلهای حداکثر و جهت آنها بکار رود .یک سد خاکی به غیر از حالتی که دارای طول بسیار زیاد و پی یکنواخت باشد، جسمی منشوری و گسترده در عرض دره است.
-1 مقدمه
به علت زیرسازی ویژه، فرایند طولانی و عملیات ویژه برای احداث، معمولا ریسک لرزهای در سدهای ساحلی مانند سایر سازهها در نظر گرفته نمیشود. بنابراین روشهای زیادی برای طراحی این سازهها در بسیاری از آییننامهها و کدها آورده شده است.
برای تعریف رابطه بین سدهای خاکی و زلزله باید به تحقیقات قابل توجهی که در زمینه سدهای خاکی انجام گرفته است مراجعه شود. این مطالعات را میتوان به دو بخش تقسیم کرد: مطالعات تئوری و مطالعات آزمایشگاهی. مطالعات تئوری شامل مطالعات مبتنی بر روشهای عددی و روشهای تحلیلی است. آزمایش میز ارتعاشی با شتاب جاذبه، آزمایش سانتریفیوژ لرزشی و هر آزمایش نادر میدانی در زمره مطالعات آزمایشگاهی قرار میگیرند. عملکرد دو سد ساحلی واقعدر بندراکیتا ٌ ژاپن، درطول زلزلهنیوهانکی ٍ - 1983 - قابل توجه است.
یکی از سدها خسارات شدیدی در اثر روانگرایی مصالح متحمل شد در حالی که سدمجاوردراثر زلزله سالم مانده است . بهوضوح دیده میشود که اعداد SPT - آزمایش مخصوص خاک - سد سالم تا عمق 10 متری خیلی بیشتر از اعداد SPT سدخسارت دیده میباشد. همچنین این سد ها با استفاده از روشهای عددی و آنالیز تنش موثر شبیه سازی شده اند. نتایج حاصله از آنالیزها برای سد خسارت دیده نشان میدهد که تغییر شکل در قسمت بالایی سد سپری فلزی به ترتیب 1/2 و ./78 متر بودهکه با تغییر واقعی به وجود آمده در اثر حرکت زلزله سازگاری خوبی دارند.و همچنین مقادیر لنگر خمشی نشان میدهد که تنش خمشی در سد افزایش یافته است
موتا - 1994 - روی نظریه فشار فعال خاک کولمب، برای سربار با فاصله از سد، مطالعاتی انجام داد. وی یک روش حل نزدیک - فرم بسته َ - برای برآورد ضریب فعالیت که تاثیر وزن خاک و سربار را در یک فاصله مشخص از سد بحساب میآورد[3] با استفاده از این روش تاثیر لرزش بوسیله ضرایب افقی و عمودی زلزله با یک روش غیر مستقیم بحساب میآید. اصول اساسی تئوری مونونوبه- اوکابه در کتاب مهندسی زلزله ژئوتکنیکی کرامر - 1996 - بطور خلاصه شرح داده شده است.[
فنگ و همکارانُ - 1997 - اشاره کردند که حرکت سد نیازمند این است که خاکریز پشت سد به حالت فعال برسد که این حالت با افزایش شیب خاکریز رخ خواهدداد. ضریب تجربی فعالیت زمین - KA - با مقداری که ترزاقی و کولمب بصورت تئوری ارائه کردهاند، سازگاری مناسبی نشان میدهد. روش رانکین بویژه در شیبهای منفی، به تخمین دست بالا منجر میشود.
کاتابیانو و همکاران - 2000 - با استفاده از تحلیل شبه استاتیک، فشار خاک بر سد حائل در شرایط لرزشی را محاسبه کردند. تاثیر شدت سربار و فاصله آن از سد تحت بررسی قرار گرفت و نتایج با سیستم خاک- سد بدون سربار مقایسه شد. تجربیات بهدست آمده از زلزلههای مختلف نشان داده است که سپرهای مهارشده درطول روانگرایی خاک - خاکپشت و یاخاکپی - عملکرد ضعیفی دارند واین به علت طبیعت انعطافپذیر این سازهها میباشد. خرابیهای حاصل از روانگرایی در این سازهها شامل افزایش فشار محرک، کاهش مقاومت خاک در طرف مقاوم، در زیر تراز لایروبی، زیر سد و در جلوی مهار میباشد. از طرف دیگر شکست مهار، شکست میان قفل و بستهای سپرها و چرخش عمیق سد در پیهای روانگرا ازدیگر خرابیها به شمار میآیند.
چن و هانگ - 2001 - از روش تفاضل محدود برای محاسبه ضریب القایی زلزله ناشی از فشار هیدرودینامیکی آب دریا و فشار آب حفرهای بستر رسوبی استفاده کردند.آنها با استفاده از مدلهای مختلف عمق رسوب و تخلخل، پاسخ دینامیکی سد ساحلی صلب را تحت بررسی قرار دادند. در پایان این مطالعه برای طراحی سازههای ساحلی در مناطق زلزله خیز اثبات شده است که تاثیرات هیدرودینامیکی و لرزهای باید مورد ملاحظه قرار گیرد.
اسی دیِ - - 2002 بصورت خلاصه نیروهای وارد بر سد ساحلی را شرح داده است.[8] گرین و همکاران - 2003 - از تحلیل مونونوبه-اوکابه جهت تعیین نیروی جانبی سد در معرض زلزله استفاده نمودند.[9] برای یافتن یک دیدگاه طراحی رایولّ و همکاران - 2004 - ادعا کردند که بزرگی نیروهایی که در هنگام زلزله بر سد ساحلی عمل میکنند و رابطه فازی بین اجزا باید بصورت مناسبی تعیین شود.
نتایج به دستآمده ازآنالیزها برای سدخسارت ندیده نیز نشان میدهد که تغییر شکل افقی و قائم بالای سد به ترتیب ./3 و ./6 متر بوده که این نتیجه با غییر شکل افقی ناشی از زلزله که حدود ./5 متر است سازگاری خوبی دارد. همچنین لنگر خمشی به دست آمده برای این سد کوچکتر از سطح تنش گسیختگی پرده سپر میباشد که با رفتار واقعی سپر فلزی حین زلزله سازگاری دارد. از نمونههای دیگر خسارات وارده به سدهای سپری میتوان به اسکلههای سپری واقع در بندرکوشیرْ طی زلزله کوشیرو 1993 در ژاپن اشاره نمود.[10] این سد در منطقهای با پتانسیل روانگرایی قرار گرفته است.
این سدها با استفاده از روشهای عددی، تحلیل وشبیهسازی شدهاند که نتایج حاصل از تحلیلها نشان میدهد که تغییر شکل افقی و عمودی بالای سد به ترتیب حدود ./45 و./25 متر بودهکه با نتایج اندازهگیری شده درحین زلزله سازگاری خوبی دارند. نتایج به دست آمده از شبیه سازیهای عددی مختلف و اندازهگیریها، نشانگر تاثیر مخرب روانگرایی بر روی عملکرد این نوع سدها در حین زلزله میباشد.
اخلاقچی - - 1383 درمطالعهای به بررسی رفتارهای سدحائل تحت اثرباردینامیکی به روش اجزاءمحدودپرداخت. وی باکمک روش المان محدودوبااستفاده ازنرم افزار پلاکسیس رفتارسدحائل وخاک اطراف آنرا تحت بارهارمونیک موردمطالعه قرارداد. وی برای سدحائل رفتار را بصورت الاستیک وبرای خاک الاستوپلاستیک-موهرکولمب درنظرگرفت . وی باتوجه به اینکه اندرکنش خاک و سد اثر مهمی بر رفتار سد بویژه یک سدانعطاف پذیردارد، جهت اعمال این اثر، جداشدگی و لغزش خاک نسبت به سد راتوسط المانهای اینترفیسَ مدلسازی نمود وبرای رفتارخمشی سدازالمانهای تیرُ استفاده نمود. او ازمرزهای جاذب نیزدرطرفین توده خاک به منظور ارضاء شرایط جذب انرژی ناشی ازامواج فشاری وبرشی درمدل استفاده نمود. درنهایت وی توانست تاثیرپارامترهای هندسی، سختی سد، سختی خاک اطراف، میرائی خاک ونیزپارامترهای بارگذاری نظیردامنه هاوفرکانسهای مختلف برپاسخ سدراموردارزیابی قراردهد.
عباس قلندرزاده درسال1386 به بررسی نحوه تغییرپارامترهای مختلف درسدهای ساحلی سپری مهارشده باتوجه به لایه بندی خاک بااستفاده از آزمایشهای مختلف بر روی مدل پرداخت. وی نحوه گسیختگی این نوع سدها باتراکم ولایه بندی مختلف خاک پشت سدرا توسط میزلرزه دانشگاه تهران موردمطالعه قرارداد. مدلها با الهام ازیکسری آزمایش مدل فیزیکی درمحیط سدساحلی بندرشهیدرجایی طراحی شد. توسط سنسورهای موجوددرمدل، پارامترهای مختلف درطول اعمال بار لرزهای اندازهگیری گردید. وی به این نتیجه رسیدکه لایه بندی خاک تاثیربسزایی درچگونگی تغییرات فشارآب حفرهای اضافی درپشت سد، لنگرخمشی سد، نیروی کابلهای مهاری، نحوه تغییر شکلهای سد وبه طورکلی رفتار سد دارد.
-2 مدلسازی سد خاکی
در این مرحله طرح هندسی سد شاه قاسم تعیین میشود. طراحی از نوع سه بعدی میباشد. طرح هسته و بدنه خاکی می باشد که مشخصات ان در این قسمت مورد بررسی قرار می گیرد. طرحهای مختلف مورد نیاز در شکل زیر نمایش داده شدهاند. در این تحلیل یک نوع جنس به کار رفته است. خواص مورد نیاز خاک شامل چگالی، خواص الاستیک و خواص پلاستیک میباشدجدول زیر خواص مورد نیاز خاک که در این تحلیل به کار رفتهاند را نشان میدهد. در این تحلیل برای قسمتهای مختلف سد استفاده شده است.
جدول :1 مشخصات استفاده شده برای تحلیل دینامیکی سد شاه قاسم زمان تحلیل 4.245 ثانیه
جدول :2 مشخصات پیشنهادی برای تحلیل دینامیکی سد شاه قاسم
