بخشی از مقاله
خلاصه
محاسبه و تخمین سطح ایمنی یک سد، در طول دوره بهره برداری، وظیفه حیاتی و مهمی بوده و این اصل در سدهای بلند که حجم زیادی از آب را در مخزن خود ذخیره می کنند به مراتب کلیدیتر است. در این مقاله ابتدا روش های محاسبه فاکتورهای ایمنی و قابلیت اطمینان سدها بررسی می شود سپس با استفاده از دو نرم افزار 3DSTAB و SCU-SLIDE و استفاده از روش FORM و روش اصلاح شده بیشاپ که برمبنای روش اجزای محدود و تفاضل محدود توسعه یافته اند، به بررسی دو نوع کلی سد سنگریزهای با رویه بتنی و سد سنگریزهای با هسته خاکی پرداخته خواهد شد و سرانجام با استفاده از اطلاعات مربوط به یک سد خاکی تحلیل شده و نتایج حاصل با یکدیگر مقایسه می شوند.
.1 مقدمه
یکی از بخشهای مهم طراحی سد سنگریزهای، تحلیل پایداری است که با محاسبه فاکتورهای ایمنی انجام می شود. فاکتور ایمنی، عبارت است از نسبت نیروهای پایدار کننده به نیروهای راننده، اگر این نسبت کمتر از یک باشد بیانگر عدم پایداری شیب است. برای محاسبه فاکتور ایمنی به صورت سنتی از یک روش قطعی استفاده می شود.
علیرغم بازه گسترده تغییرات که در مشخصات فیزیکی پارامترهای مرتبط با مقاومت برشی، چگالی توده خشک و دیگر مشخصات مهم عناصر طبیعی سازنده سد، مانند سنگریزه با هسته خاکی، وجود دارد ولی عاملی جهت اثرگذاری این متغییرها در روش قطعی سنتی درنظر گرفته نمی شد . بنابراین در دو دهه اخیر کاربرد مفهوم قابلیت اطمینان احتمالی در تحلیل پایداری سدها، توجهات را به خود جلب کرد. بر همین اساس دانکن - 2000 - اشاره می کند که تحلیل قابلیت اطمینان یک مکمل کارآمد برای تحلیل های پایداری فراهم می کند و برآیند قابلیت اطمینان به دست آمده شامل اطلاعات بیشتری نسبت به فاکتور ایمنی قطعی است.
.2 تحلیل قابلیت اطمینان
روش تعادل حدی - LEM - و روش کاهش استحکام - SRM - براساس روشهای اجزا محدود - FEM - و تفاضل محدود - FDM - در حال حاضر پرطرفدارترین روش ها برای تحلیل پایداری شیب در بین مهندسان است. در روش LEM و یا SRM، تحلیل پایداری سد سنگریزهای فرآیندی وابسته به زمان بوده و فاکتور ایمنی محاسبه شده تابعی از متغیرهای پایه، نظیر مقاومت برشی مواد و چگالی توده خشک است. در تحلیل قابلیت اطمینان می بایست به دفعات محاسبات تکرار شود تا جواب ها همگرا گردند.
روش سطح پاسخ - RSM - روشی توسعه یافته است که در ترکیب با روش اجزا محدود جهت محاسبه قابلیت اطمینان شیبها استفاده می شود. البته تابع عملکرد جایگزین از RSM ممکن است باعث ایجاد انحراف از یک مدل دقیق شود. در گذشته، پیش از آن که استفاده از تابع جایگزین رواج یابد، در مقالات از روش دومین ممان از مرتبه اول - FOSM - و یا مشتقات آن نظیر روش تخمین نقطهای، جهت محاسبه تقریبی قابلیت اطمینان پایداری شیب استفاده می گردیده است.
برای تحلیل پایداری سد ابتدا می بایست تابع عملکرد یا تابع حالت حدی g - x - را جهت شناخت حالت ریزش - g - x - <0 - و حالت ایمنی - g - x - >0 - بدست آورد. رابطه کلی - 1 - که توسط فون - 2008 - ارائه گشته جهت محاسبه این تابع به کار گرفته شده است
که در رابطه - 1 - فاکتور ایمنی است و مقدار قابل قبول آن یک است.
احتمال ریزش یا خرابی به صورت زیر تعریف می شود
که در رابطه f - x - - 2 - تابع چگالی احتمال x است. به دلیل این که محاسبه انتگرال چند بعدی بالا سخت و تقریبا غیرممکن است، در مهندسی به صورت کلی پارامتر مورد محاسبه قرار می گیرد و احتمال خرابی نیز به صورت زیر تخمین زده می شود
در صورت استفاده از روش FOSM مقادیر قابلیت اطمینان بدست آمده با صورت های محاسباتی گوناگون، به ازای شرایط حدی واحد، تفاوت هایی دارند. به همین سبب روش FORM توسعه یافته و قبول واقع شده است. در این روش عامل متغیر x تبدیل به u می شود، به صورتی که x=T - u - و تابع عملکرد g - x - نیز به صورت g - x - =g - T - u - - =G - u - می گردد. در این صورت به صورت حداقل فاصله مختصات اصلی تا مختصات در صفحه u بیان می شود
نقطه طراحی در صفحه حالت حدی در فضای u است. این نقطه توسط الگوریتم این الگوریتم قابلیت اطمینان را به صورت رابطه - 5 - و با روش تکرار محاسبه می
در این محاسبات تکرار تا جایی انجام می شود که تغییر مطلق بین دو نقطه طراحی مقداری ناچیز گردد.
