بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق تحلیل دینامیکی سد گلستان در حالت انتهای ساخت و پس از اولین آبگیری مخزن سد، با استفاده از نرم افزار پلکسیس انجام شده است. برای مدل سازی زلزله بر روی مدل سد گلستان از تاریخچه شتاب نگاشت زلزله فریولی و ایرپینیا استفاده شده است. مقدار بیشینهی نشست سد در تحلیل دینامیکی پس از مدل سازی زلزله فریولی، در حالت انتهای ساخت و مخزن پر به ترتیب؛ 8/5 و 16/5 سانتیمتر به دست آمده است. تغییر مکانهای افقی بیشینه در تحلیل دینامیکی سد مربوط به زمان مدل سازی زلزلهی فریولی در حالت مخزن پر سد است.
جهت این تغییر مکانها از بالا دست سد به سمت پایین دست است که بیشترین مقدار آن 38 سانتی متر محاسبه شده است.. مقادیر بالای ضریب اطمینان به دست آمده در تحلیل دینامیکی سد گلستان، نسبت به حداقل ارقام ضریب اطمینان توصیه شده توسط سازمان مهندسی ارتش ایالات متحده آمریکا برای پایداری سدهای خاکی، گویای پایداری سد در حالت دینامیکی است.
مقدمه
پایداری سدها در دهه های اخیر مورد توجه ویژه مهندسین طراح سد های خاکی بوده است. طبیعت متفاوت سازند های طبیعی در محل احداث سد های خاکی از یک طرف و رفتار پیچیدهی مصالح خاکی سد از طرف دیگر، ارزیابی کمی و کیفی پارامترهای رفتاری خاک را ضروری مینماید. تحقیقات نشان میدهد که ارزیابی غلط این گونه پارامترها اغلب موجب به مخاطره افتادن پایداری سد های خاکی خواهد شد.
بررسی دقیق پایداری سدهای خاکی در برابر زلزله از پیچیدهترین مسایل در حوزه سازه های خاکی است. علت این امر این است که مجموعهی معلومات و روابط بین آنها در تحلیل این مساله بسیار متنوع و متفاوت است.>2@ سد گلستان در 12 کیلومتری شمال شرقی شهرستان گنبد کاووس در طول جغرافیایی 55 16 30 و عرض جغرافیایی 37 19 30 بر روی رودخانه گرگان رود قرار گرفته است.
در شکل - - 1 موقعیت جغرافیایی سد گلستان روی نقشه ایران مشخص شده است. سد گلستان در منطقهای از ایران قرار دارد که از نظر زلزله خیزی پتانسیل بالایی دارد. در قرن جاری بیش از 550 زلزله مهم در منطقه رخ داده است که بیش از 400 مورد آن مربوط به 30 سال اخیر است. با توجه به اهمیت سازه، جنس خاک و زمین زیر سازه برای عمر مفید 100 سال، بزرگترین زلزله احتمالی در محدودهی سد گلستان، با احتمال وقوع 64 درصد دارای شتاب 0/13 و شدت 7/5 درجهی مرکالی است و برای زلزله با احتمال وقوع 10 درصد دارای شتاب افقی 0/28 و شدت 9 مرکالی است
استفاده از روش اجزای محدود برای تحلیل پارامتر های؛ تنش، تغییر مکانها، فشار و شتاب در سد های خاکی دقت بالایی دارد.[4] نرم افزار پلکسیس یک برنامه اجزای محدود است که از روش غیر صریح برای مدل سازی عددی استفاده می-کند. این نرمافزار اغلب ماتریس اجزا را ترکیب کرده و یک ماتریس سختی کل میسازد. به عبارتی دامنهی تعریف تابع از تعداد متناهی المان با تعداد ثابتی گره تشکیل شده است. تغییر مکانهای داخل هر المان با استفاده از تابع شکل که جابهجاییهای گرهی را به هم مرتبط میکند، تخمین زده می-شود. معادلات دیفرانسیل با مشتقات نسبی اولیه با مجموع معادلات جبری جایگزین میشوند و به این ترتیب ماتریس سختی کل شکل میگیرد. با حل دستگاه معادلات، جابهجایی نقاط تعیین میشود و به کمک آنها میتوان تنشها و کرنشهای هر المان را به دست آورد.
شکل -1 موقعیت جغرافیایی سد گلستان بر روی نقشه ایران.
2. مواد و روش ها
برای مدل سازی زلزله با احتمال وقوع 10 در صد در محدودهی سد گلستان برای عمر مفید 100 سال از تاریخچه فرکانسی شتاب نگاشت زلزله فریولی1 با شتاب 0/25 شتاب ثقل زمین ریشتر و برای مدل سازی زلزله با احتمال وقوع 64 در صد و عمر مفید 100 سال، زلزله ایرپینیا2 با شتاب 0/13 ثقل زمین در نظر گرفته شده است. در این سطح بار گذاری لرزه ای، تحلیلها در دو حالت پایان ساخت و اتمام آبگیری سد انجام شده است.
انعکاس امواج در مرزهای مدل به وسیله تعریف کردن شرایط مرزی موسوم به مرزهای آرامکننده3، مرزهای آزاد4 و شرط مرزی میرایی سه بعدی5، به حداقل میرسد. با توجه به شرایط و ویژگیهای مدل استفاده شده در این تحقیق، مرزهای آزاد به عنوان شرایط مرزی مناسب انتخاب شد. به طور خلاصه درباره عملکرد این نوع مرزها میتوان گفت که شرایطی را مهیا میکند که امواج رسیده به مرزها، به طور کامل و دقیق از مدل خارج میشوند و در واقع اثر بینهایت بودن جانبی مدل در حالت دینامیکی برای عبور ارتعاشات دینامیکی و عدم بازتاب و برگشت به داخل مدل را شبیه سازی میکند.
لازم به ذکر است که زلزلهی فریولی در مورخهی 6 مه 1976 در منطقه فریولی ایتالیا و زلزله ایرپینیا در تاریخ 23 نوامبر 1980 در منطقه ایرپینیا کشور ایتالیا به وقوع پیوسته است. مدل سازی با استفاده از مدل رفتاری موهر- کلمب انجام شده است.
زمان دینامیکی جهت مدل سازی زلزله فریولی 20 ثانیه و برای زلزله ایرپینیا 10 ثانیه لحاظ شده است. جهت تصحیح خطوط پایه طیفهای شتاب نگاشت زلزله طرح، از نرم افزار سایزموسیگنال6 استفاده شده است. در شکل 2و 3 این تحقیق تصویری از شتاب نگاشت ورودی به نرم افزار پلکسیس که به ترتیب مربوط به زلزله فریولی و ایرپینیا است، ارائه شده است. با توجه به عدم وجود ابزار شتاب نگار و داده های آن در زمان ساخت و اولین آبگیری سد گلستان، امکان مقایسه نتایج حاصل از مدل سازی دینامیکی سد گلستان با نتایج مشاهداتی وجود ندارد و در این تحقیق تنها به ارائهی نتایج مدل سازی اکتفا میشود.
شکل-2 نمودار شتاب ورودی زلزله فریولی در نرم افزار پلکسیس.
شکل -3نمودار شتاب ورودی زلزله ایرپینیا در نرم افزار پلکسیس.
3. بحث و نتایج
نحوهی تغییر شکل المان بندی مدل سد گلستان پس از اعمال بار دینامیکی در حالت انتهای ساخت، به واسطه اعمال نیروی زلزله فریولی و ایرپینیا، به ترتیب در شکل های 4 و 5 با مقیاس 100 برابر بزرگ نمایی ارائه شده است.
شکل -4 نحوهی تغییر شکل شبکه المان بندی مدل سد گلستان پس از اعمال زلزله فریولی، با 100 برابر بزرگ نمایی.
شکل -5 نحوهی تغییر شکل شبکه المان بندی مدل سد گلستان پس از اعمال زلزله ایرپینیا، با 100 برابر بزرگ نمایی.
شکل 6 و 7 به ترتیب تصویری از تغییر مکان عمودی سد گلستان را پس از اعمال نیروی زلزلهی فریولی و زلزلهی ایرپینیا در حالت انتهای ساخت سد نشان میدهد. همان طور که مشاهده میشود بیشترین مقدار نشست پس از اعمال هر دو زلزله در قسمت تاج سد رخ داده است
