بخشی از مقاله
چکیده
افزایش طراحی و ساخت سدهای خاکی و سنگریزه ای در ایران از یک سو و لرزه خیزی بالای بیشتر نقاط کشور از سوی دیگر، ایجاب میکند تا راهکارهای مختلف جهت اطمینان از پایداری لرزه ای این سازه ها از خلال تحقیقات متعدد مورد بررسی قرار گیرد. یکی از فرضیات معمول و اصلی در طراحی دینامیکی سدهای خاکی فرض وجود شرایط کرنش مسطح و در نظر گرفتن مقطع نمونه دو بعدی جهت آنالیزهای دینامیکی است که مقاله حاضر نیز از این فرضیات مستثنی نیست. از آن جا که تغییر شکل در تمام سازه ها نمادی از پایداری یا عدم پایداری میباشد. نتایج این مطالعه نشان میدهد که هستههای مایل سبب بهبود عملکرد سد خاکی خواهند شد.
.1 مقدمه
بررسی دقیق تأثیر زلزله بر رفتار سدهای خاکی از جمله مسائل بسیار پیچیده مهندسی است. هم زمان پارامترهای مؤثر زیادی عملکرد سدهای خاکی را در برخورد با زلزله تحت تأثیر خود قرار می دهند. یکی از پارامترهای مؤثر بر رفتار لرزه ای سدهای خاکی آثار ناشی از ارتفاع آب مخزن است. گاهی از هر گونه تغییر در شرایط سد و محیط اطراف آن محتاج نصب دستگاههای متنوع رفتار سنجی دایمی است. آب جمع شده در مخزن ممکن است از محل پی سد یا تکیه گاههای جانبی آن یا از جسم سد تراوش نماید. فرار آب از جسم سد ، بویژه در سدهای خاکی اهمیت خاصی در پایداری سد دارد.
یکی از کشورهایی که در میان کشورهای خاورمیانه با بحران کمبود آب مواجه است کشور ایران می باشد. مقابله با این بحران، و توسعه منابع آبی و استفاده بهینه از آب از مهم ترین ضرورت های حال حاضر ایران و سایر کشورهایی می باشد که با بحران آب مواجهند. در این راستا نقش سدها با هدف ذخیره سازی آب و تأمین آب شرب مورد نیاز و همچنین جلوگیری از وقوع سیلاب ها و کنترل آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. سدها راعمدتاً از نظر مصالح مصرفی در آن ها می توان به دو دسته سدهای بتنی و سدهای خاکی و سنگریزه ای طبقه بندی نمود
در این میان سدهای خاکی به جهت سهولت در اجرا، مصالح طبیعی موجود و هزینه ساخت کمتر، همواره مورد توجه بسیار قرار گرفته اند. معمول ترین نوع سدهای خاکی سدهای با هسته رسی آب بند می باشند. امروزه بدلیل بروز برخی مشکلات از جمله کمبود منابع طبیعی رسی و یا عدم امکان اجرای هسته رسی شامل ریختن و کوبیدن مصالح رسی - در رطوبتی نزدیک به اپتیمم - در مناطق مرطوب و یا نواحی سرد کوهستانی، سبب شدند، که انواع دیگری از عناصر آب بند در هسته سدهای خاکی مورد استفاده قرار گیرد که از این میان می توان به مصالح مخلوط چسبنده اشاره کرد، که بطور وسیعی در اجرای هسته سدهای خاکی مورد استفاده قرار می گیرند.در هسته این سدها، از مصالح رس با چسبندگی بالا بصورت مخلوط با مصالح درشت دانه مورد استفاده قرار گرفته است. افزایش مشخصات مکانیکی مصالح هسته سد در جهت تضعیف پدیده قوسی شدن در هسته از یکطرف و کاهش نشست درازمدت و پس از ساخت آن از طرف دیگر، از اهداف این اختلاط بشمار می رود.
یکی از مسائلی که ذهن محققین را در ارتباط با این نوع مصالح به خود مشغول کرده است، بحث تولید فشار آب منفذی اضافی می باشد، که می تواند در مسئله پایداری سد اختلال ایجاد کند. بحث پایداری سدها همواره از مسائلی بوده است که بسیار به آن پرداخته شده است. ضرورت پایداری دینامیکی سدها در مناطق لرزه خیزی چون کشور ایران نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
کشور ایران به عنوان یکی از مناطق زلزله خیز جهان همواره در طی سالیان گذشته در معرض زلزله های ویران کننده ای قرار داشته است. شرایط طبیعی و زمین شناسی ایران از نقطه نظر وقوع زلزله به طورجدی در دستورکار مهندسین و برنامه ریزان قرار گرفته است. با توجه به اینکه سدهای بسیاری در مناطق زلزله خیز احداث شده و یا در دست ساخت قرار دارند، طراحی ایمن آنها در برابر زلزله از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخورداراست. بررسی دقیق پایداری لرزه ای سدهای خاکی از مسائل پیچیده در حوزه سازه های خاکی است.
تنوع خواص دینامیکی بدنه سد و گوناگونی جنس و ضخامت شالوده که می توانند در انتقال، تضعیف و تقویت امواج زلزله نقش اساسی داشته باشند، وجود یا عدم وجود گسل فعال در محدوده محور سد، ویژگی های زلزله مانند فاصله مرکز زلزله تا سد، شدت و طول زمان وقوع زلزله، نوع و امتداد امواج رسیده به سد و محتوی فرکانسی امواج، همه از عواملی هستند که درپاسخ دینامیکی سد نقش به سزایی دارند
راهکارهای متعددی جهت تحلیل های استاتیکی شیروانی های سدهای خاکی، برای مراحل مختلف ساخت، آبگیری و بهره برداری تبیین شده اند، که به آسانی در اختیار مهندسین قرار می گیرند و مورد استفاده آنها قرار می گیرد. با این وجود در ارتباط با بارگذاری لرزه ای، در تحلیل های ارزیابی پایداری سد، کار همراه با پیچیدگی های متعددی است،که شامل انجام تحلیل های دینامیکی و بطور خاص تحلیل های دینامیکی محیط های آبی-خاکی می باشد، تا چند سال اخیر روش آسان و فراگیری در اختیار طراحان نبوده است و در نتیجه از روش های متداولی نظیر تحلیل شبه استاتیکی به عنوان معیار طراحی استفاده می شده است.
تحلیل های شبه استاتیکی از قدیمی ترین روش های تحلیل پایداری سدهای خاکی در برابر زلزله و در عین حال ساده ترین روش، بشمار می روند. در معمول ترین شکل آن، اثر ارتعاش های زلزله بصورت شتاب های شبه استاتیکی که بصورت نیروهای اینرسی در دو راستای افقی و عمودی مؤثر بر مرکز توده لغزشی اعمال می گردید، لحاظ می شد.
روش المان محدود یکی از روشهای کاربردی برای تحلیل لرزه ای سدهای خاکی به شمار می رود. انتخاب ضریب لرزه ای مناسب، اولین گام موثر برای رسیدن به نتایج مطلوب در این روش است. در گذشته نظرات زیادی بدون توجه به مشخصات هندسی، دینامیکی و همچنین اثرات ساختگاه، برای تخمین ضریب ارائه شده است. بنابراین به منظور ارائه روشی دقیقتر، سد خاکی اربطان در شهرستان هریس به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده و با بهره گیری از نتایج تحلیل های پایداری با روش اجزاء محدود، به تحلیل لرزه ای این سد پرداخته خواهد شد.
.2مدلسازی با نرم افزار المان محدود
سد مدلسازی شده و مش بندی انجام شده در شکل - 1 - نشان داده شده است.
شکل :1 هندسه سد و مش بندی انجام شده در نرم افزار
با مقایسه خروجی های نرمافزار با اطلاعات ابزار دقیق تفاوت زیادی بین مدل عددی و ابزار دقیق مشاهده گردید که برای ایجاد یک مدل واقعی، از روش تحلیل برگشتی استفاده شد و مدل عددی توسط اطلاعات ابزار دقیق کالیبره گردید که برای این کار از اطلاعات ابزار دقیق نصب شده استفاده گردید. در شکل شماره 2 این مقطع نشان داده شده است.
شکل :2 ابزار دقیق نصب شده
پس از کالیبره کردن نرم افزار با ایجاد تغییراتی در هندسه سد هسته آن به صورت مایل به سمت بالادست مدلسازی و با همان مشخصات مصالح اصلاح شده توسط آنالیز برگشتی در حالت هسته قائم، مورد تحلیل قرار گرفت. برای ایجاد شرایط یکسان، ترانشه خاکبرداری شده در پی آبرفتی در حالت هسته قائم به همان صورت در زیر هسته مایل مدلسازی گردید که در شکل 3 این تغییرات اعمال شده در هندسه سد نشان داده شده است.
