بخشی از مقاله
چکیده:
سد تهم یک سد خاکی با هسته رسی به ارتفاع ۳۲۱ متر و طول تاج ۸۵۴ متر است. در این تحقیق با استفاده از نرمافزار FLAC V4 و با انتخاب یک مدل رفتاری الاستیک‐پلاستیک کامل، کالیبراسیون مصالح سد با ایجاد یک مدل آزمایش سه محوری انجام و سپس شرایط ساخت و آبگیری این سد مدلسازی شده است. با بهره گیری از امکانات این نرمافزار کانتورهای تنش، فشار آب منفذی و نشست رسم شده و در نهایت برای کنترل صحت مراحل مذکور و اعتباربخشی به روند تحلیل، نتایج تحلیل عددی با نتایج ابزاردقیق مقایسه شده است. نتیجه این مقایسه تطبیق خوبی بین نتایج تحلیل عددی با واقعیت را در اکثر نقاط نشان میدهد.
۱‐مقدمه
مهمترین استفادهای که از تحلیلهای عددی در مرحله طراحی میشود، ارزیابی مقدار فشار آب منفذی در پایان ساخت سد، بررسی شکست هیدرولیکی در هسته رسی، بررسی پدیده قوس زدگی و پیشبینی مقدار نشست برای تعیین حجم مصالح مورد نیاز و ارتفاع گرده است.
پارامترهای ﮊئوتکنیکی در مرحله طراحی عمدتا از آزمایش بر روی منابع قرضه حاصل میشوند. در مدلسازی عددی انجام شده در این تحقیق از پارامترهای مربوط به کنترل کیفیت استفاه شده و پارامترهای مدل رفتاری انتخاب شده برای مصالح ریزدانه به وسیله کالیبراسیون مدل سهمحوری عددی با نتایج آزمایش سهمحوری تدقیق شده است. پس از تعیین پارامترهای ﮊئوتکنیکی مصالح، شبکه المانهای بدنه و پی سد تهم ایجاد شده و مصالح به لایههای مختلف شبکه اختصاص یافته است. سپس با توجه به برنامه زمانی واقعی ساخت وآبگیری اقدام به مدلسازی و تحلیل سد شده است. در نهایت برای اعتبار بخشی به تحلیل انجام شده، نتایج تحلیل با نتایج حاصل از ابزاردقیق مقایسه شده است.
۲‐ روش حل عددی و نرمافزار مورد استفاده
تحلیل عددی به کمک نرمافزار ﮊئوتکنیکی FLAC V4 انجام شده است. نرمافزار FLAC قادر به تحلیل توام جریان آب و تغییرشکل خاک با استفاده از مدلهای رفتاری خطی و غیرخطی برای خاک و سنگ است.
روش حل عددی در این نرمافزار روش تفاضل محدود صریح است که سازگاری مناسبی با رفتارهای غیرخطی و تحلیلهای تابع زمان دارد. ایجاد شبکه، اعمال شرایط مرزی و شرایط اولیه، انتخاب مدل رفتاری مصالح و تعیین پارامترهای مصالح، تخصیص مصالح به قسمتهای مختلف شبکه، تعیین خصوصیات سیال و حل شبکه مراحل اصلی کار با نرمافزار مذکور است. واحدهای اندازهگیری در این نرمافزار پاسکال، متر و ثانیه میباشد.
۳‐ مدل رفتاری مورد استفاده در تحلیل عددی
برای تخصیص مصالح به شبکه المانها لازم است ابتدا خصوصیات مصالح بر اساس مدل رفتاری انتخاب شده تعیین و اعمال شود. مدل رفتاری مورد استفاده در این تحقیق، مدل Mohr-Coulomb است که یک مدل الاستیک‐پلاستیک کامل به شمار میآید.
در مدل رفتاری مذکور، پوش گسیختگی - failure envelope - توسط معیار معروف Mohr-Coulomb که تابع گسیختگی برشی - fs - است، با در نظر گرفتن معیار گسیختگی کششی - ft - حاصل میشود. سطح گسیختگی توسط توابع fs - خط AB در شکل ۱ - و ft - خط BC در شکل ۱ - تعریف و از روابط زیر به دست میآید. سطح گسیختگی در این مدل مستقل از تنش اصلی میانی - σ2 - است.
در این مدل پس از رسیدن سطح تنش به حد تسلیم - σy - وضعیت تنش تغییر نکرده و تغییرشکلهای پلاستیک آغاز میشود. دانسیته، مدول حجمی، مدول برشی، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی پارامترهای اصلی مدل میباشند. همچنین به جای مدولهای حجمی و برشی، میتوان از مدول الاستیسیته و ضریب پواسون استفاده کرد.
شکل ۱‐ سطوح گسیختگی fs و ft در مدل رفتاری Mohr-Coulomb
۴‐ تعیین و تدقیق پارامترهای مدل رفتاری
برای ارزیابی دقیق نتایج تحلیل عددی باید از دقت قابل قبول پارامترهای مدل رفتاری اطمینان حاصل کرد.
در این راستا آزمایشهای سهمحوری انجام شده بر روی مصالح بدنه سد تهم، با نرمافزار FLAC مدلسازی و تحلیل شده است. این آزمایشها تنها محدود به مصالح ریزدانه بوده و برای مصالح درشتدانه انجام نشده است.
با استفاده از این تحلیل پارامترهای مصالح به گونهای انتخاب شد که نتایج تنش‐کرنش حاصل از تحلیل عددی بهترین تطابق را با نتایج متناظر از آزمایشهای سهمحوری داشته باشد. در تدقیق نتیجه مدلسازی با نتیجه آزمایشها، پارامترهای وزنی‐ حجمی از آزمایشهای کنترل کیفیت، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی از آزمایش سهمحوری و پارامترهای تغییرشکلپذیری با سعی و خطا در تطبیق منحنیها به مدل اعمال شده است.
نمونه ساخته شده در نرمافزار FLAC برای انجام این آزمایش دوبعدی بوده و دارای تقارن محوری است.
در تطبیق منحنیهای حاصل از تحلیل عددی بر منحنیهای حاصل از آزمایش، سعی شده است با تغییر در مقادیر مدول حجمی - B - و مدول برشی - S - ، قسمت الاستیک منحنی عددی کاملا بر بخش متناظر آن در منحنی آزمایشگاهی منطبق شود. از آنجا که مقدار چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی در مدل عددی همان مقداری است که از آزمایش به دست آمده است، مقدار تنش تسلیم - σy - در روند سعی و خطا تغییری نکرده و تنها شیب قسمت الاستیک و به تبع آن میزان کرنش در حد تسلیم دچار تغییر میشود. در شکل ۲ منحنیهای آزمایشگاهی و منحنیهای تطبیق شده عددی بر آنها برای مصالح ریزدانه نشان داده شده است.
با توجه به این که در تحلیل استاتیکی سد آنالیز تنش موثر با در نظر گرفتن فشار آب حفرهای انجام شده است، پارامترهای موثر مصالح که از آزمایش CU بر روی نمونه اشباع به دست آمده، در مدلسازی به کار گرفته شد. مشخصات تدقیق شده مصالح رسی در جدول ۱ ارائه شده است.
شکل۲‐ کالیبراسیون منحنیهای تنش‐کرنش حاصل از تحلیل عددی با منحنیهای آزمایشگاهی
جدول ۱‐ مشخصات مصالح رسی در مدلسازی عددی
