بخشی از مقاله
خلاصه
بررسی دقیق پایداری سدهای خاکی در برابر زلزله از پیچیدهترین مسایل در حوزه سازههای خاکی میباشد. لذا این مقوله مورد توجه محققین و متخصصین سد سازی میباشد. بدین منظور در این تحقیق، به عنوان مطالعه موردی، پایداری استاتیکی سد ساروق واقع در شهرستان تکاب استان آذربایجان غربی مورد بررسی قرار گرفت. از نرم افزار PLAXIS 8.5 برای بررسی و تحلیل نتایج استفاده گردید. نتایج حاصل از تحلیل شامل مقدار فشار آب منفذی و افزایش ارتفاع سد با نتایج ثبت شده از ابزار دقیق مقایسه و اعتبارسنجی شد. نشان داده شد که درپایان مدت 23 ماه، فشار آب حفرهای حدود 460 کیلونیوتن بر مترمربع بوده است که صحت محاسبات را تایید مینماید. و نیز نتایج تحلیل مشخص ساخت که اگر شیب دامنههای طرفین سد را به 1: 1/5 تغییر دهیم، ضریب اطمینان پایداری دامنهها حدود 0/85 به دست میآید که کمتر از واحد بوده و غیر قابل قبول خواهد بود.
کلمات کلیدی: سد ساروق، آنالیز دینامیکی، فشار آب منفذی، .PLAXIS 8.5
1. مقدمه
بحران جهانی کمبود آب طی دهههای اخیر نیاز به شناخت، مدیریت و برنامهریزی صحیح منابع آب را به امری کاملا حیاتی مبدل ساخته است .[1] یکی از سازههای مهم و پر کاربرد برای مدیریت منابع آبی، سدها میباشند. سدها به انواع مختلفی تقسیم میشوند که انتخاب هر یک از آنها برای اجرا در یک منطقه خاص با توجه به ساختار زمین، شرایط آب و هوایی، شرایط هیدرولیکی و هیدرولوژیکی و... آن منطقه صورت میگیرد. پایداری سدها در طول مدت عمر مفیدشان تحت عوامل مختلفی تهدید میشود. یکی از این عوامل، خطر وقوع زلزله میباشد که سدهای خاکی و پاره سنگی نسبت به سایر انواع سدها در برابر زلزله بیشتر مستعد تخریب میباشند.
بنابراین بررسی میزان جابجاییها در اثر زمین لرزهها و یا لغزشهای یک سد یا دریاچه پر و حتی در زمان آبگیری و تخلیه سریع از اهمیت خاصی برخوردار است. طراحی و اجرای نامناسب و همچنین نگهداری نا مناسب سدها باعث کاهش عمر مفید سد میشود. ارزیابی پایداری سد بر اساس میزان جابجاییهای افقی و قائم سد در اثر شتاب وارد به پی و بدنه سد، ارزیابی امکان گسیختگی دامنهها در اثر جنبش زمین، بررسی احتمال وقوع روانگرایی ویا از بین رفتن مقاومت رسهای اشباع در اثر ارتعاش زلزله جهت ارزیابی رفتار سد ضروری میباشد. جهت پیشگیری از شکست سد در اثر عوامل مختلف، نیاز به رفتار سنجی مداوم سد میباشد که این امر با استفاده از ابزار دقیق که حین ساخت سد در محلهای مناسب جایگذاری شده است صورت میگیرد.[2]
بدین منظور با استفاده از اطلاعات دریافتی و گزارشات ناشی از قرائت ابزار دقیق سد، میتوان میزان جابجاییهای افقی و قائم سد، میزان افزایش فشار آب حفرهای، میزان تراوش از سد و سایر اطلاعات برای بررسی رفتارسد و پایداری آن در حالت استاتیک با تراوش دائمی را به دست آورد و اقدامات لازم را در این خصوص انجام داد.در این تحقیق نتایج بررسی سد مخزنی ساروق واقع در شهرستان تکاب در برابر شرایط زلزله مورد بررسی قرار گرفت. از آنجایی که سد ساروق از نوع سد خاکی- سنگریزهای بوده و ساختگاه آن بر روی پی سنگی میباشد، احتمال وقوع روانگرایی در پی وجود ندارد. بررسی رفتار سد ساروق تحت شرایط زلزله بر اساس خواص مصالح بدنه سد و هندسه آن با مدلسازی در نرم افزار Plaxis 8.5 برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفت. اطلاعات مورد نیاز برای استفاده در برنامه شامل مشخصات مصالح استفاده شده در بدنه، پی و هندسه سد از شرکت آب منطقهای استان دریافت شد.
2. مواد و روشها
1-2 منطقه مورد مطالعه
سد خاکی مخزنی ساروق در استان آذربایجان غربی در فاصله حدود 17/5 کیلومتری شمال شهرستان تکاب و 2 کیلومتری جنوب غربی روستای گوگردچی قرار دارد. این سد در طول جغرافیایی 47 درجه و 2 دقیقه و 3 ثانیه شرقی و عرض جغرافیایی 36 درجه و 31 دقیقه و 28 ثانیه شمالی قرار گرفته است - شکل . - 1 دسترسی به سد از طریق جاده آسفالته تکاب- قره قیه و شیرمرد ممکن است. هدف از اجرای سد مخزنی ساروق تکاب، بهره-برداری از آب رودخانه قره قیه برای تامین آب شرب حدود 10/3 میلیون مترمکعب در سال و استفاده برای کشاورزی اراضی حدود 5500 هکتار از شمالغرب و جنوبغربی شهرستان تکاب میباشد.
2-2 کارهای انجام یافته
تا سال 1970 ارزیابی دقیقی از این موضوع که چگونه بتوان یک سد خاکی را در برابر زلزله مقاوم ساخت وجود نداشت. از سال حدود1970 به بعد راه حلهای متعددی مطرح شده ولی هنوز یک راه حل ساده و فراگیر به دست نیامده است. به منظور روشن شدن عمق ابهامها و ضرورت انجام تحقیقات بیشتر در این زمینه، میتوان به اظهار نظر »سید« در مقاله وی در سال 1970 اشاره کرد که به طور خلاصه میگوید: درطراحی سد در برابر زلزله، سعی بر تعیین خواص دینامیکی خاک سدها و تعیین میزان فشار آب منفذی، تغییر شکلهای منتج از تحلیل دینامیکی و تستهای آزمایشگاهی میشود که نیاز به یک قضاوت خوب داشته و این نیاز همیشه ادامه خواهد داشت.[3] به طور کلی نمونههایی از نتایج بررسیهای به عمل آمده به شرح ذیل میباشد:
-سدهای ساخته شده به روش هیدرولیکی مستعد شکست میباشند.
-سدهای با تراکم خوب و محکم تا 0/2g - تا بزرگی حدود 7 ریشتر - را تحمل می کنند.
-سدهای ساخته شده رسی بر روی شالوده سنگی بسیار مقاوم هستند.
-سدهای پارهسنگی با پوشش بتنی در برابر زلزله مقاوم میباشند.
-سدهای ساخته شده از خاکهای غیر چسبنده و اشباع، عامل اولیه تخریب و افزایش فشار آب حفرهای میباشند.
-با توجه به اینکه تعدادی سدها بعد از گذشت زمانی بعد از وقوع زلزله تخریب شدهاند جهت جلوگیری از پدیده پایپینگ بایستی فیلترهای مناسب در سد پیشبینی شده باشد.
فهیمه [4]، مطالعه عددی از رفتار ارتعاشی سدهای خاکی با استفاده از برنامه تفاضلات محدود Flac 3D و بررسی واکنش سد قبل از آبگیری وآنالیز پارامتری برای تحقیق نقش مکانیکی هسته و پوسته و اثر آنها در بارهای دینامیکی را انجام داد. در بررسی مذکور هسته و پوسته به وسیله معیار موهر-کولمب و شالوده با رفتار الاستیک مدل شد. هادیانی و همکاران [5]، آنالیز دینامیکی سد خاکی مارون در برابر زلزلههای حوزه نزدیک و حوزه دور را شامل بررسی پریود طبیعی سد، تشدید، تغییر مکانهای افقی، کرنش برشی حداکثر و ضرایب اطمینان، انجام دادند. داوودی [6] ارزیابی رفتار دینامیکی سد مخزنی مارون در برابر زلزله های حوزه دور و نزدیک را بررسی نمود. [7]
Ebrahimian، بر روی سد لانگ ولی1 به روش آنالیز دینامیکی با استفاده از نرم افزارFlac ، تاثیر ارتفاع سد، رفتار و مقاومت مصالح پوسته در برابر زلزله، میزان جابجاییها، میزان شتاب ماکزیمم در تاج سد را بررسی کرد و نیز آنالیز دینامیکی سد گوشینن1 به صورت دو بعدی که نسبت به محور سد متقارن میباشد، انجام گرفت؛ در این آنالیز پایداری بخشهایی از سد در نتیجه انرژی جنبشی حاصل از نیروهای زلزله که در برابر نیروهای مقاوم سد است مقایسه شد.[8] Samir آنالیز دینامیکی سد کاسواتی2 را در منطقه بیوج3با استفاده از نرم افزار Geo-Studio 2007 مورد بررسی قرار داد. نشان داده شد که نتایج این بررسی با در نظر گرفتن شتاب افقی زمین به میزان 0/2g منطقی بودهاست.
به علت وجود خاک غیر چسبنده در پی سد، روانگرایی در بالادست و پایین دست پی سد ایجاد گردید. جهت ارزیابی روانگرایی، به طور عمده از نسبت تنشهای دورهای - CSR - استفاده شد. فاکتور ایمنی از تقسیم نسبت تنش دورهای به تنش بحرانی به دست میآید. برای جلوگیری از روانگرایی خاک روانگرا در پی سد، با خاک خوب دانه بندی شده جایگزین شد تا فاکتور ایمنی بیشتر از یک به دست آید. در تحقیق دیگری احمدی و همکاران [9] به بررسی دریچههای اطمینان یا فیوزگیت سرریز سد ساروق - همان سد مورد مطالعه در این تحقیق - از نظر اقتصادی و مقایسه عملکرد آن با دریچه های قطاعی نصب شده پرداختند و توجیهپذیری اقتصادی دریچههای اطمینان سد را با استفاده از نرمافزار COMFAR بررسی کردند.
3-2 چگونگی جمعآوری دادهها و روش اجرای کار
اطلاعات مورد نیاز برای استفاده در برنامه PLAXIS بایستی مبتنی بر مشخصات مصالح استفاده شده در بدنه، پی و هندسه سد بوده و نیز مدل رفتاری در نرمافزار بر اساس مدل الاستوپلاستیک موهر-کولمب میباشد.[10] در این راستا مشخصات اولیه مصالح مورد استفاده در سد ساروق از مهندسین مشاور طرح، که منتج از مطالعات مرحله دوم میباشد، به دست آمد.[11] این مشخصات به شرح جدول - 1 - آورده شده است.
که در آن: وزن مخصوص مرطوب مصالح، وزن مخصوص اشباع مصالح، Kx نفوذ پذیری خاک در جهت x، Ky نفوذ پذیری خاک در جهت y، زاویه اصطکاک داخلی خاک، C چسبندگی، E مدول الاستیسیته و زاویه اتساعپذیری میباشد. پس از وارد کردن اطلاعات مذکور در ورودی نرمافزار، با توجه به شرایط مرزی و شرایط اولیه سد، نسبت به محاسبات از برنامه محاسباتی نرمافزار اقدام شد. خروجی حاصل از برنامه شامل کلیه اطلاعات نظیر تنشها، جابجاییها، فشار آب منفذی در نقاط مربوط به محل نصب ابزار دقیق سد، با دادههای ابزار دقیق تا پایان ساخت مقایسه میگردد و در صورت نزدیک بودن نتایج به یکدیگر از صحت روش، یقین حاصل میشود در غیر این صورت بایستی نسبت به اطلاعات وارده به برنامه
