بخشی از مقاله
چکیده
امروزه سدهای خاکی در سراسر دنیا با توجه به ابعاد بزرگ این نوع سازه ها و تعداد آنها و مسئله خشکسالی و نیاز مبرم به ذخیرهسازی آب، بحث بسیار مهم و حائز اهمیتی میباشد که کشور ما هم با توجه به وضعیت کمآبی شدید از این قضیه مستثنی نیست. ساخت سدهای خاکی عوامل پیچیده بسیاری را در بر دارد که سبب می شود طراحی و اجرای این سازههای عظیم در رده مهمترین پروژههای مهندسی آب قرار گیرد. پایداری سدهای خاکی به دو روش استاتیکی و دینامیکی بررسی میشود.
منظور از پایداری استاتیکی سدهای خاکی، تعادل و جلوگیری از حرکت اجزای یک سد خاکی در مقابل نیروهای استاتیکی وارده است. به عبارت دیگر یک سد خاکی وقتی در حالت تعادل و پایداری است که در هر قسمت سد برایند تنشهای اعمال شده کوچکتر از مقامت بسیج شده در آن قسمت میباشد و از آنجا که این کنش و واکنش در هر قسمت از سد متفاوت و نسبی است از این رو در طراحی سدهای خاکی میزان نسبی پایداری با معیاری به نام ضریب اطمینان سنجیده میشود که هر چه بالاتر باشد پایداری بیشتری مورد انتظار است.
در این مقاله به کمک نرمافزار Geo Studio به بررسی تحلیل لرزهای سد نساء بم پرداخته شد. در این مقاله نتیجه گرفته شد که در حالت مخزن خالی از آب، تحت رکورد زلزله میزان کشش ایجاد شده در رویه بتنی بیش از 4 مگا پاسکال می باشد. همچنین تحت رکورد زلزله بیشترین شتاب در حالت خالی مخزن در حدود 0/6 متر بر مجذور ثانیه بوده است.
مقدمه
کشور ایران به عنوان یکی از مناطق زلزلهخیز جهان همواره در طی سالیان گذشته در معرض زلزلههای ویرانکنندهای قرار داشته است. شرایط طبیعی و زمینشناسی ایران از نقطه نظر وقوع زلزله به طورجدی در دستورکار مهندسین و برنامهریزان قرار گرفته است. با توجه به اینکه سدهای بسیاری در مناطق زلزله خیز احداث شده و یا در دست ساخت قرار دارند، طراحی ایمن آنها در برابر زلزله از اهمیت و جایگاه ویژهای برخورداراست. بررسی دقیق پایداری لرزهای سدهای خاکی از مسائل پیچیده در حوزه سازههای خاکی است.
تنوع خواص دینامیکی بدنه سد و گوناگونی جنس و ضخامت شالوده که میتوانند در انتقال، تضعیف و تقویت امواج زلزله نقش اساسی داشته باشند، وجود یا عدم وجود گسل فعال در محدوده محور سد، ویژگیهای زلزله مانند فاصله مرکز زلزله تا سد، شدت و طول زمان وقوع زلزله، نوع و امتداد امواج رسیده به سد و محتوی فرکانسی امواج، همه از عواملی هستند که درپاسخ دینامیکی سد نقش به سزایی دارند.
رسول قبادیانی در تحقیقی در همین مورد به بررسی تأثیرات پرده آببند در دبی نشت پرداخت. در تحقیق ایشان مدلی کامپیوتری تهیه شده است که در آن معادله عمومی جریان آب در خاک در شرایط اشباع غیرهمگن غیرهمسان به روش احجام محدود منفصل و دستگاه معادلات به روش گوس- سایدل حل میشود. در این مدل موقعیت خط نشت به روش تکراری و شبکه تغییر شکل یافته تعیین می گردد.
صحت سنجی مدل با استفاده از دادههای اندازهگیری از مدل فیزیکی سد خاکی در یک تانک تراوش در آزمایشگاه انجام شد. موقعیت خط نشت و دبی تراوش اندازهگیری شده و محاسبه شده به ازای شرایط مختلف هد آبی بالادست نشان از دقت بالای مدل مذکور دارد. پس از صحتسنجی مدل، تاثیر موقعیتهای مختلف و طول پرده آببند بر روی دبی تراوش و خط نشت آزاد مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج این تحقیق نشان داد تحت هر شرایطی وجود دیوار آببند دبی نشت را کاهش میدهد. زمانی که دیوار آببند در زیر وسط قاعده سد قرار دارد بیشترین دبی تراوش مشاهد میشود. با جابجا کردن موقعیت دیوار آببند میتوان دبی نشت را در مقایسه با دیوار آب بند در مرکز تا 20 درصد کاهش دهد. هر چه دیواره آب بند از پاشنه به طرف پنجه جابجا شود خط تراوش آزاد در موقعیت بالاتری قرار میگیرد. با تغییر موقعیت پرده آببند از مرکز قاعده تا پنجه سد حجم توده اشباع سد 49 درصد افزایش مییابد. درصورتیکه اگر دیوار آببند در پاشنه احداث گردد حجم توده اشباع تنها 17/9 درصد کاهش می یابد
سیدی و همکاران به وسیله نرمافزار Seep-3D نشت آب در حالت سهبعدی از پی و بدنه سد اعلی دولت - استان فارس - را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. نتایج این محققین نشان داد که استفاده از دیوار آببند مقدار نشت را کاهش میدهد
داوودینژاد - 1386 - با استفاده از نرمافزار SEEP/W به بررسی تأثیر استفاده از پرده آببند بر روی کاهش نشت از سدهای خاکی پرداخت. عفیفی - 1385 - اثر دیوار آببند بر نشت از زیر سدهای خاکی در محیط ناهمگن را به کمک نرمافزار SEEP/W مورد بررسی قرار داد و نشان داد که با افزایش ضخامت دیوار آببند از 0/5 به 2/5 متر تنها 2 درصد تفاوت در دبی نشت مشاهده میشود
پاکباز و همکاران - 2009 - با مدل SEEP 3-D به ارزیابی ساخت دیوار آببند بتن پلاستیک در تکیهگاه راست و چپ سد خاکی کرخه در کاهش مقدار تراوش پرداختند. نتایج آن ها نشان داد که با ساخت دیوار آببند چپ و راست مقدار تراوش به ترتیب 60 و 20 درصد کاهش مییابد.
صدقی اصل - 1384 - به بررسی اثر موقعیت بهینه پرده آببند قائم در کاهش نشت و سرعت جریان در زیرسازه های آبی با استفاده از مدل عددی پرداخت و نشان داد که بهترین مکان برای کنترل نشت و زیرشویی، پاشنه و پنجه سد میباشد
بررسی منابع مختلف نشان می دهد بیشتر نرمافزارهای شبیهساز نشت در سدهای خاکی بر اساس روش اجزاء محدود نوشته شدهاند و محققین با کمک این نرمافزارها به بررسی اثرات پرده آب بند بر مقدار نشت از سد خاکی پرداخته اند. همچنین مطالعات محدودی در رابطه با موقعیت خط تراوش آزاد و حجم توده اشباع سد که در بررسی پایداری بسیار مهم است، شده است. از این رو در این تحقیق به منظور کسب دانش و آگاهی از بهترین سیستم کنترل نشت مدلی ریاضی- کامپیوتری بر مبنای روش احجام محدود نوشته شده است. امروزه به دلیل پیشرفت کامپیوتر، روشهای عددی بیش از پیش برای حل معادله حرکت آب در خاک مورد استفاده قرار میگیرند.
در این روشها، هدف به دست آوردن مقدار تابع - جواب معادله - در نقاط مشخصی از شبکه میباشد. یکی از محاسن روشهای عددی این است که مسئله مورد نظر را میتوان با هر نوع شرط اولیه و شرائط مرزی حل کرد. معروفترین روشها عبارتند از روش تفاضلهای محدود و روش اجزاء محدود می باشد که روش اجزا محدود در حل مسائل مربوط به حرکت آب در خاک کاربرد وسیعی دارد و خود به چندین روش تقسیم می شود. در این قسمت، حل معادله حرکت آب در خاکهای اشباع - معادله لاپلاس - ، با تفاضلهای محدود، شرح داده میشود. استفاده از روش صریح معادله عمومی حرکت آب در خاکهای اشباع و همگن در دو بعد را می توان به صورت زیر نوشت:
در روش تفاضلهای محدود سطح مورد نظر - سطح - X-Z به شبکههای متشکل از گره ها تقسیم می شود. هرگاه با مختصات X و Z اش که در اینجا با زیرنویس i و j نشان داده می شود، مشخص میگردد. به طور مثال جواب معادله - 1 - در نقطه A به صورت و در نقطه B به صورت مشخص می شود. H بار پتانسیل کل می باشد، بنابراین بار پتانسیل کل در نقطهای به طول i و عرض j می باشد.
شکل : - 1 - شبکه بندی برای حل با روش های تفاضل محدود
