بخشی از مقاله
چکیده
انتقال تنش از هسته سدهای خاکی باعث میشود که تنش موجود در آن کمتر از فشار سربار باشد و این موضوع میتواند عواقبی نظیر ترک هیدرولیکی - Hydraulic Fracture - را در بر داشته باشد. انتقال تنش ناشی از دو عامل است. عامل اول که همیشه در سدهای غیرهمگن وجود دارد اثر پوسته بر هسته میباشد، چون پوسته سختتر از هسته است میتواند برای هسته نقش یک تکیهگاه را ایفا کند و با توجه به اینکه در سطح وسیعی در دو طرف هسته با آن تماس دارد مقداری از فشار سربار هسته را به خود جذب مینماید.
عامل دوم دو تکیهگاه سد است که نسبت به هسته میتوان آن ها را صلب فرض نمود. هندسه تکیهگاههای سد با دو پارامتر شیب و فاصله از یکدیگر مشخص میشوند. درصورتی که دارای شیب زیاد و فاصله کم باشند خاکریز سد به دو تکیهگاه آویزان شده و فشار سربار خود را به آنها منتقل مینماید.
با جمعبندی دو عامل فوق برای یک سد غیرهمگن که در یک دره تنگ احداث میشود باید اثر هر دو عامل به طور همزمان مورد بررسی قرار گیرد. در این مورد ناگزیر از مدل کردن سد در حالت سد بعدی خواهیم بود. در این مقاله دو عامل به طور مجزا مورد بررسی قرار گرفته و نهایتا در یک مدل سد بعدی اثر همزمان آنها ارائه میشود.
١- مقدمه
با توجه به نیاز کشور به مهار و ذخیره آبهای سطحی جهت تولید برق، مصارف کشاورزی، جلوگیری از خسارت سیل و …، قدم اول در توسعه و بهرهبردرای از منابع آب کشور احداث سدهای بلند میباشد. ملاحظات فنی و اقتصادی طراحی سدهای بلند در ایران و جهان نشان داده است که در بسیاری از موارد سدهای خاکی و سنگریزهای با هسته رسی گزینه برتر شناخته میشوند. همانطور که بیشتر سدهای در حال مطالعه و ساخت در ایران از نوع خاکی و سنگریزهای میباشند.
این مسئله خود گویای اهمیت بررسی موشکافانه مسائل سدهای خاکی و سنگریزهای است. از این رو توسعه روشهای تحلیل نوین برای طراحی این نوع سدها امری ضروری است. یکی از مشکلات ساخت سدهای خاکی و سنگریزهای احداث آن در درههای تنگ V - شکل - میباشد که وقوع پدیده انتقال نقش یا قوسزدگی را همراه دارد. در این مقاله ابتدا به اهمیت این موضوع اشاره میشود و سپس سابقهای از مطالعات انجامشده بیان میگردد و در نهایت بررسی تکمیلی انجام شده توسط مؤلفین ارائه میگردد.
٢-اهمیت پدیده قوسی زدگی ش
تحقیقات - International Committee on Large Dams - ICOLD در سال ١٩٨٤ نشان داده است که مشکل اصلی سدهای خاکی پدیده رگاب - Piping - میباشد و مسائل دیگر با پیشرفت علم و تکنولوﮊی تقریبا رفع شده است. ترک هیدرولیکی یکی از دلایل شروع فرآیند پیش رونده رگاب میباشد.زمانی که فشار خاک هسته از فشار هیدرواستاتیک آن کمتر شود، ترک هیدرولیکی به وجود میآید و باعث ایجاد درز در هسته میشود. ترک هیدرولیکی یکی از مهمترین علل ترک خوردگی و شدت نشت در سدهای همگن و زوندار - Zoned Embankment - میباشد. از عوامل مهمی که باعث ایجاد ترک هیدرولیکی میشوند میتوان دو مورد زیر را بیان کرد:
۱- وجود مناطق با تنش کم ناشی از پدیده قوسزدگی در درههای تنگ و فرورفتگیهای محلی در پروفیل و موارد مشابه
۲- انتقال تنش از هسته به پوسته
٣- سابقه و انگیزه تحقیق
اثر پدیده قوسی زدگی ناشی از دره تنگ در مقطع عرضی سد در سال ١٩٧٣ - Lefebvre, etal, 1973 - بررسی شده است. در این بررسیها سد همگن و عملا پدیده به صورت دو بعدی - در مقطع طولی سد - تحلیل شده است.
اثر پدپده انتقال تنش ناشی از تفاوت مدولهای پوسته و هسته در سال ١٩٧٦ - Kulhawy, Gurtowski, 1976 - به صورت دوبعدی و در مقطع عرضی سد تحلیل شده است.
بررسی اثر همزمان دو عامل برای یک سد غیر همگن احداث شده در دره تنگ یک تحلیل سه بعدی است و به طور دقیق از بررسیهای گذشته قابل دستیابی نیست.
با توجه به اینکه حالت مذکور محتمل است - مانند سد مارون - ، بررسی سه بعدی این پدیده در مسائل سدسازی کشور میتواند مفید واقع گردد که این موضوع انگیزهای برای تحقیق را فراهم آورد.
در ادامه ابتدا شرح مختصری از تحلیلها و نتایج مطالعات گذشته ارائه میگردد و سپس نتایج تحلیل سه بعدی این پدیده گزارش میشود.
٤- تحلیل انتقال نقش سدها در دره های تنگ - Vشکل -
این تحلیل در سال ١٩٧٣ توسط لفبرو همکاران - Lefebvre, etal, 1973 - با استفاده از المان محدود به صورت سه بعدی برای سدهای همگن انجام پذیرفت و امکان تحلیل دوبعدی سدها را در درههای V شکل با توجه به دقت آنها بررسی نمود. برای اینکار نتایج تحلیل کرنش مسطح مقطع عرضی و نتایج تحلیلهای کرنش و تنش مسطح مقطع طولی با نتایج تحلیل سهبعدی مقایسه شدند.
قابل ذکر است تحلیل فوق تنها اثر دره را در نظر گرفته است چون سدهایی که تحلیل شدهاند همگن بوده و بالطبع اثر پوسته بر هسته وجود ندارد. اما نکته بسیار مهم این تحلیل بدست آوردن ماکزیمم زاویه دره است که میتوان اثر دره را نادیده گرفت و تحلیل را دوبعدی و در مقطع عرضی - قوسزدگی هسته به پوسته - انجام داد.
٤-١- فرضیات تحلیل: تحلیلهای انجامشده برای سد در درههای V شکل با شیبهای متفاوت میباشد. شیبها به صورت افقی به قائم عبارتند از ١ به ١ - ٤٥ درجه - ، ٣ به ١ - ٤/١٨ درجه - و ٦ به ١ - ٥/٩ درجه - . شیب شیروانی سد در مقطع عرضی در هر سه حالت ٥/٢ به ١ و ارتفاع سد ٤٩ متر - ١٦٠ فوت - در نظر گرفته شده است. در تحلیل دوبعدی کرنش مسطح المانهای چهاروجهی با هندسه اختیاری و در تحلیل سه بعدی المانهای ٨ گرهای ایزوپارامتریک استفاده شدهاند. تغییر مکانها به صورت خطی، خواص مصالح به صورت الاستیک خطی با مدول یانگ - E=100 tons/ft2 - 9580 kpa، ضریب پوواسون ν =0.4 و وزن مخصوص - 125 PCF - 19.6 KN/m3 در نظر گرفته شده است.
٤-٢- نتایج تحلیل سه بعدی: مقادیر تنشها - τ max ,σ 3 ,σ1 - و تغییر مکانها - قائم و افقی - در مقطع عرضی تحلیل سه بعدی برای هر سه حالت شیب دره محاسبه شده و به صورت زیر جمع بندی میشوند.
۱- اگرچه مقادیر σ 1 در قسمت بالایی سد در هر سه حالت خیلی به هم نزدیک است ولی مقادیر مذکور در نزدیکی کف سد برای دره تنگتر کمتر میباشد که نشانگر اهمیت زاویه پروفیل دره برای پدیده قوسزدگی است.
۲- مقادیر σ3و τ max نیز بیانگر حالات مشابه ردیف یک است یعنی در پایین سد کاهش تنش با افزایش شیب دیواره همراه است.
۳- نشست یا تغییر مکان قائم با افزایش شیب کاهش مییابد که این نشانگر پتانسیل قوی برای تکیه کردن سد به دیواره با شیب تند دره میباشد.
۴- شیب تند دیواره عامل محدودکننده جابجایی افقی میباشد.
۵- نتایج مقطع طولی نیز نشانگر قوسزدگی ناشی از زاویه دیواره دره بودند. بدین صورت که کمترین مقادیر σ1 در حالت تندترین شیب بدست میآید
٤-٣- نتایج تحلیل دوبعدی و مقایسه آن با تحلیل سه بعدی: علاوه بر تحلیل سه بعدی، تحلیل دوبعدی نیز انجام گردید.
تحلیل کرنش مسطح برای مقطع عرضی و تحلیل کرنش مسطح و تنش مسطح برای مقاطع طولی انجام گرفته است. هندسه و مشخصات فنی سد در این تحلیلها همانند تحلیل سهبعدی اختیار شده است.
مقایسه نتایج، پایهای برای تشخیص دقت تحلیل دوبعدی در درههای V شکل را تشکیل میدهد که بصورت زیر جمع بندی میشوند.
۱- برای سدهای واقع در درههای با شیب دیواره ٣ به ١ یا ملایمتر تحلیل کرنش مسطح مقطع عرضی ماکزیمم با دقت قابل قبولی نتایج را ارائه میدهد ولی برای سد واقع در دره با شیب دیواره تند، مانند شیب ١ به ١ نتایج بدلیل مسئله قوسزدگی دقت کمی خواهند داشت.
۲- تحلیل تنش مسطح مقطع طولی ماکزیمم نتایج دقیقی را به دست نمیدهد. تفاوت مابین مقادیر بدست آمده از این تحلیل و تحلیل سهبعدی برای هر سه حالت شیب دیواره دره کاملا زیاد است.
۳- تحلیل کرنش مسطح مقطع طولی ماکزیمم نتایج نسبتا دقیقی برای هر سه حالت شیب دیواره بدست میدهد.
