بخشی از مقاله
چکیده :
سد خاکی ماملو به ارتفاع ۷۸ متر از بستر رودخانه و ۰۱۱ متر از پی در نزدیکی شهر تهران احداث می گردد. در طراحی سد از تحلیل دینامیکی برای اندازه دهی نهایی شیب شیروانیهای سد استفاده گردیده است. این تحلیل در دو مرحله به انجام رسیده است. در مرحله اول پاسخ دینامیکی سد به تاریخچه زمانی شتابهای افقی و قائم وارده به پی سد تعیین گردیده است. در این مرحله از تحلیل از روش اجزاﺀ محدود دو بعدی استفاده گردیده و از روش خطی معادل برای منظور نمودن وابستگی رفتار دینامیکی مصالح به سطح کرنش استفاده شده است. در مرحله بعدی تغییر مکانهای سطوح لغزش مختلف در بدنه سد با در نظر گرفتن توزیع شتاب متوسط در توده خاک داخل هر یک از سطوح و پارامترهای مقاومت برشی دینامیکی مصالح محاسبه شده و در نهایت با توجه به پاسخ دینامیکی و تغییر مکانهای دائمی بدنه سد، ارزیابی نهایی از طرح بدنه سد و شیب شیروانیها انجام گرفته است.
۱- مقدمه
در گذشته تحلیل سدها در بارگذاری زلزله عموماﹰ بروش سنتی تحلیل شبه استاتیکی انجام می گردید. با گسترش امکانات رایانه ای و توسعه نرم افزارهای قوی در زمینه تحلیل دینامیکی سدها، طراحان سد گرایش و یژه ای به کاربرد هرچه بیشتر ابزارهای جدید محاسباتی پیدا نموده اند. با این وجود بدلیل معضلاتی که در انتخاب پارامترهای ورودی تحلیل، رفتار مصالح و ارزیابی نتایج خروجی وجود دارد هنوز روشهای سنتی جهت اندازه دهی سازه سد دارای جذابیت و کارآیی لازم می باشند. از طرف دیگر کاستیهای تحلیل شبه استاتیک بعضاﹰ کاربرد این روش را با محدودیت روبرو می نماید. عدم ارائه تصویری از تغییر مکانهای ایجاد شده حین زمین لرزه و نامشخص بودن اثرات رفتار مصالح مختلف تشکیل دهنده بدنه سد در پاسخ دینامیکی سازه، از جمله محدودیتهای روش شبه استاتیک می باشد. با توجه به این امر، در طرحهای پر اهمیت سدسازی استفاده از روش نسبتاﹰ پیچیده تحلیل دینامیکی بعنوان مکمل و حتی جایگزین روش شبه استاتیکی مطرح می گردد. مقاله حاضر مثالی از کاربرد تحلیل دینامیکی در مرحله طراحی یک سد خاکی می باشد.
۲- کلیات
سد مخزنی ماملو در ۵۳ کیلومتری جنوب شرقی شهر تهران با هدف کنترل و تنظیم جریان رودخانه جاجرود در محلی پس از تلاقی آن با رودخانه دماوند احداث می گردد. سد از نوع خاکی با هسته رسی بوده که پوسته های آن از مصالح رودخانه ای برروی آبرفتی به ضخامت حداکثر ۳۲ متر قراردارد - شکل ا - .
شکل ۱– مقطع حداکثر سد ماملو
طبق توصیه مراجع فنی و استانداردهای رایج، تحلیل دینامیکی سدهای خاکی در شرایط وقوع زمین لرزه حداکثر قابل انتظار در ساختگاه سد - MCL - و به منظور ارزیابی ایمنی سد در این شرایط انجام می پذیرد . - USBR, 1987 - برای سدهایی که موضوع روانگرایی در پی و بدنه سد تعیین کننده نباشد، کنترل پایداری سد در شرایط وقوع زمین لرزه با محاسبه و برآورد تغییر مکانهای دائمی صورت می پذیرد. بنابراین در مورد سد ماملو با توجه به نوع مصالح پی و بدنه سد هدف اصلی از انجام تحلیلهای دینامیکی برآورد تغییر مکانهای دائمی سد در اثر زمین لرزه بوده است. مقطع مورد تحلیل مقطع حداکثر بوده که دارای بیشترین ارتفاع سد و بیشترین ضخامت آبرفت می باشد.
۴- تعیین تنشهای استاتیکی قبل از وقوع زلزله
شرایط بحرانی پایداری سد در سطح MCL زمانی فراهم می باشد که مخزن در بالاترین رقوم نرمال در حالت بهره برداری باشد. از اینرو در تحلیلهای پاسخ وتغییر مکان دینامیکی سد ماملو سطح آب در مخزن در حداکثر رقوم نرمال فرض شده است. به عبارت دیگر حالت بارگذاری استاتیکی قبل از وقوع زلزله تراوش پایدار از رقوم نرمال مخزن فرض گردیده است. جهت تعیین نسبتاﹰ دقیق تنشهای استاتیکی قبل از زلزله سعی گردیده است که مراحل بارگذاری تقریباﹰ با واقعیت تطابق داشته باشد، لذا ساخت سد بصورت لایه لایه انجام شده و نیروهای تراوشی در چند مرحله اعمال گردیده تا رفتار غیرخطی مصالح بطور دقیق تری در تحلیل وارد گردد.ساخت سد در ۵۱ لایه انجام شده است. پس از تحلیل مرحله ساخت نیروهای تراوش - حاصل از تحلیل تراوش مقطع سد - در ۳ مرحله اعمال گریده است.
۵- تحلیل پاسخ دینامیکی
۵-۱- کلیات
همانطور که گفته شد تحلیلهای پاسخ دینامیکی سد ماملو با استفاده از نرم افزار نرم افزار که در این تحلیل از آن استفاده شده عبارتند از :
الف - استفاده از روش خطی معادل برای منظور نمودن وابستگی مدول برشی و میرائی مصالح به سطح کرنش ب - استفاده از مرزهای انتقالی جهت حذف خطای ناشی از محدود بودن ابعاد مدل ﭖ - تحلیل دینامیکی در محیط دو بعدی ت - حل مسئله در فضای فرکانس با استفاده از تبدیل سریع فوریه با توجه به عرض سد در پی و سرعت امواج برشی در سنگ بستر، در مدل اجزاﺀ محدود تنها بدنه سد و پی آبرفتی منظور گردیده که در قالب سه نوع مصالح مختلف یعنی هسته رسی، پوسته و پی آبرفتی تعریف شده است . مرزهای کناری پی آبرفتی با استفاده از مرزهای انتقالی در حداقل ممکن در نظر گرفته شده و گسترش مدل در طرفین تنها به خاطر اخذ پاسخ سیستم برای گوه های لغزشی است که در بیرون از محدوده بدنه سد از پی آبرفتی خارج می شوند. شبکه اجزاﺀ محدود برای تحلیل با برنامه FLUSH دارای ۵۰۴۳ المان و ۲۷۴۳ گره بوده و عمدتاﹰ از المانهای چهارگرهی وندرتاﹰ مثلثی تشکیل شده است. برای انجام تحلیلهای دینامیکی ۹ شتاب نگاشت مربوط به ۳ زمین لرزه مختلف برای ساختگاه سد ماملو به مقیاس درآمده است. این سه زمین لرزه عبارتند از زمین لرزه آب بر و زمین لرزه سان فرناندو در دو ایستگاه مختلف که برای هر زمین لرزه دو مؤلفه افقی و یک مؤلفه قائم از شتاب نگاشت تهیه گردیده است. برای تعیین حداکثر تغییر مکان دائمی سد در اثر زمین لرزه، تحلیل پاسخ دینامیکی با استفاده از ۶ مؤلفه افقی زمین لرزه های یاد شده و همچنین سه مؤلفه قائم آنها انجام شده و برای تحلیل تغییر مکان دینامیکی ۶ حالت مختلف که هر حالت ترکیب یک مؤلفه افقی با مؤلفه قائم نظیر آن است در نظر گرفته شده تا بدین طریق بحرانی ترین حالت و بیشترین تغییر مکانها تعیین گردد.
