بخشی از مقاله
خلاصه
سدهاي سنگریزهاي با رویه بتنی - CFRD - 3 با توجه به توجیهات فنی و اقتصادي و تکنولوژي ساخت سادهتر و اجراي سریعتر، در دهههاي اخیر مورد توجه قرارگرفته است. با توسعه روشهاي نوین محاسباتی، سدها بر اساس آنالیزهاي دقیق، تحلیل و با ضرایب اطمینان مناسبی طراحی میشوند. در این مقاله، با ساخت یک مدل اجزاي محدودي سه بعدي در نرم افزار ABAQUS، به تحلیل استاتیکی سد سنگریزهاي با رویه بتنی سیاهبیشه با طول تاج 440 متر و ارتفاع 86/5 متر، در دو مرحله ساخت و آبگیري پرداخته شده است. سعی شده است که مدل سه بعدي ساخته شده تا آنجایی که ممکن است به هندسه واقعی سد نزدیک باشد و با استفاده از این مدل، نشستهاي بدنه در پایان ساخت، تغییرشکل رویه بتنی پس از ساخت و آبگیري و همچنین میزان بازشدگی درزهاي عمودي دالهاي بتنی تحلیل شده است.
.1 مقدمه
در ایران به دلیل مواجهه با شرایط خشکسالی فصلی، صنعت سدسازي همواره مورد توجه بوده است. نگاهی به تعداد سدهاي ساخته شده در ایران نشان میدهد انتخاب سد خاکی و سنگریزهاي در ساختگاههاي مختلف همواره به عنوان اصلی ترین گزینه هاي انتخابی بوده است. در این میان سدهاي سنگریزهاي با رویه بتنی به دلایل متعددي از جمله در دسترس بودن مصالح سنگی، انعطافپذیري نسبت به شرایط آب و هوایی، سرعت بالاي اجرا و عدم نفوذ آب به بدنه سد، همواره مورد توجه بوده است.
از جمله مطالعات اخیر انجام شده در رابطه با CFRD میتوان به پژوهش Giudici و همکارانش در سال 2000 اشاره کرد. آنها رفتار رویه بتنی سد را با استفاده از روش مشاهدهاي و از طریق پایش ابزار دقیق نصب شده بر سدي در استرالیا انجام دادندZhou et al., - 2012 - .[1] به تحلیل نشست بدنه سد سنگریزهاي با رویه بتنی Shuibuya در چین پرداختند که با 233 متر ارتفاع، مرتفعترین CFRD در جهان است.
این پژوهشگران از طریق تحلیل تغییرشکلهاي اندازهگیري شده توسط ابزاردقیق و با استفاده از الگوریتم ژنتیک به منظور تحلیل برگشتی نتایج، میزان تغییرشکلهاي درازمدت سد را پیشبینی نمودند Mahabadi et al., - 2012 - .[2] از طریق مدلسازي عددي سهبعدي سد گلورد واقع در نکا، به مقایسه رفتار CFRD اجرا شده با دو نوع رویه، یکی با رویه بتن یکپارچه و دیگري با دالهاي بتنی مجاور هم پرداختند .[3] سالمی - 1392 - با مدلسازي سهبعدي المان محدودي از یک CFRD متداول، حساسیت نتایج تحلیلهاي استاتیکی و دینامیکی رفتار سد نسبت به تغییر در مصالح پی، تکیهگاه، بدنه سنگریزه- اي، رویه بتنی و شرایط مختلف تماس بین رویه و بدنه پرداخت .[4] نظري - 1392 - با تحلیل عددي اجزاي محدودي سد گلورد نکا به بررسی رفتار سدهاي سنگریزهاي با رویه بتنی تحت بارهاي استاتیکی و دینامیکی پرداخت .[5]
یکی از دغدغههاي اصلی در رابطه با سدهاي سنگریزهاي با رویه بتنی میزان نشست سنگدانهها تحت بارهاي استاتیکی ناشی از وزن بدنه سد، دال بتنی رویه و نیروي ناشی از آبگیري است. در صورتیکه این نشستها بیش از اندازه زیاد شود، امکان جداشدگی دال بتنی از بدنه سد وجود دارد که نتیجه آن، احتمال ترك برداشتن دال بتنی و افزایش میزان تراوش از بدنه سد است .[6] در این پژوهش به تحلیل عددي نشست سنگدانهها و رفتار رویه بتنی سد سیاهبیشه در استان مازندران که از جمله تجربههاي موفق ساخت سدهاي سنگریزهاي با رویه بتنی در ایران است، پرداخته شده است.
.2 معرفی سد سیاه بیشه
طرح سیاهبیشه داراي دو سد شامل سد بالا و پایین و یک نیروگاه تلمبه ذخیرهاي است که بر روي رودخانه چالوس واقع در 125 کیلومتري شمال تهران و 10 کیلومتري شمال تونل کندوان در مسیر رودخانه چالوس در استان مازندران قرار گرفته است. عملیات اجرایی این طرح در سال 1382 آغاز شد و در سال 1392 به بهرهبرداري رسید. در این پژوهش به بررسی رفتار سد بالایی پرداخته شده است. در شکل 1، نماي کلی سد بالایی سیاهبیشه نشان داده شده است و مشخصات فنی این سد در جدول 1 ارائه شده است.
.3 مدلسازي سد
از آنجاییکه تحلیل هر پروژه سد و بررسی رفتار آن تقریبا فرآیندي منحصر به آن پروژه خاص است، در نتیجه به صورت کاملا قطعی نمیتوان نتایج یک پروژه را به پروژهاي دیگر نسبت داد. لذا مدلسازي عددي هر سد به منظور تحلیل رفتار آن، از اهمیت ویژهاي برخوردار خواهد بود، تا علاوه بر شناسایی مشکلات سدها و ارائهي طرحهاي مرمتی براي جلوگیري از وقوع خرابیهاي غیرقابل جبران، از نتایج آن به عنوان تجربهاي براي طراحیهاي مناسب در آینده استفاده شود. در این پژوهش، از نرمافزار اجزاي محدود ABAQUS به منظور مدلسازي عددي سد سنگریزهاي با رویه بتنی سیاهبیشه استفاده شده است.
در این مدل سه بعدي، پی و تکیهگاه، بدنه سنگریزهاي و رویه بتنی مدل شده است و اتصال رویه بتنی به تکیهگاه و پی از نوع مقید میباشد. مدل سازي هندسه سد مطابق با مشخصات جدول شماره 1 بوده وسعی شده است تا حد ممکن به هندسه واقعی سد نزدیک باشد. ساخت بدنه سد بهصورت مرحلهاي و در 26 لایه مدلسازي شده است. رویه بتنی در یک مرحله جداگانه بر روي بدنه سنگریزهاي قرار گرفته است و سپس آبگیري سد در یک مرحله تا ارتفاع 82/5 متري صورت گرفته است.
استفاده از مدل رفتاري مناسب براي مصالح، قابلیت اطمینان به نتایج مدل را افزایش میدهد. استفاده از مدلهاي رفتاري دانکن چانگ یا موهر-کولمب براي سنگدانهها در CFRD توصیه شده است .[8, 7, 2] در این پژوهش از مدل رفتاري الاستوپلاستیک موهر-کولمب براي مدلسازي رفتار مصالح سنگریزهاي بدنه استفاده شده است. رفتار پی و بتن رویه الاستیک فرض شده است. براي مدل سد در بدنه سنگریزهاي، پی و تکیهگاه از المانهاي چهاروجهی - تتراهدرال - و براي رویه بتنی از المانهاي آجري شکل شش وجهی استفاده شده است.
تعداد کل المانهاي مدل 184716 میباشد. در شکل - -2الف - المانبندي کل سد و - -2ب - هندسه مدل شده براي سد نشان داده شده است. در شکل 3، ناحیه بندي و لایههاي بدنه سد نشان داده شده است. همچنین در جدول 2، مشخصات مصالح سد و پی ارائه شده است. در مدل حاضر، تماس بین رویه بتنی و بدنه سنگریزهاي و نیز تماس بین دالهاي بتنی مجاور از نوع گره به صفحه در نظرگرقته شده است. ضریب اصطکاك تعریف شده براي تماس بتن با سنگریزه، 0/7 و براي تماس بتن با بتن، 0/5 فرض شده است .[8]
