بخشی از مقاله
چکیده
بررسی دقیق رفتار لرزه ایی سدهای خاکی در زلزله از پیچیده ترین مسائل در حوزه سازه های خاکی است. در حال حاضر علت این پیچیدگی و عدم قطعیت در نتیجه گیری این است که مجموعه معلومات و روابط بین آنها در تحلیل این مساله بسیار متنوع و متفاوت است. بنابراین روشهای موجود و رایج بررسی رفتار لرزه ای سدهای خاکی شامل فرض های ساده کننده بسیاری می باشند.
از خصوصیات متفاوت نگاشت های حوزه نزدیک می توان به محتوای فرکانسی بالا، پالس پریود بلند در تاریخچه زمانی سرعت، نسبت بزرگ تر حداکثر سرعت به حداکثر شتاب اشاره کرد .درمقاله حاضر، رفتار دینامیکی سد خاکی شاه قاسم همانند بزرگنمایی شتاب، تغییر مکان ماندگار افقی در ارتفاع سد و نشست تاج سد در معرض شتاب نگاشت های مختلف حوزه نزدیک و حوزه دور ارزیابی شده است. در این مقاله به بررسی رفتار لرزه ایی سد خاکی شاه قاسم تخت زلزله ناغان و اردل 1997پرداخته شد.
-1 مقدمه
آماری که تا سال 1965 جمع آوری شده است نشان می دهد که تا آن تاریخ بیش از 200 سدخاکی با شکست روبرو شده است که بعضی از آنها تلفات جانی نیز همراه داشته اند. بعضی از این سدها حتی قبل از شروع بکار و بهره وری شکسته شده، و برخی پس از پرشدن مخزن یا در زمانهای بعد از آن تخریب شده اند. البته از تاریخ آن گزارش به بعد نیز موارد متعددی از خرابی ها وجود داشته است، ولی بهرحال تعداد سدهای خراب شده و بزرگی آنها در اینجاد مورد توجه نیست بلکه دسته بندی علت تخریب ها و نتیجه گیری کلی از آنها به منظور کاهش دادن خطرات شکسته شدن سد در طراحی های آینده از اهمیت خاصی برخوردار است.پژوهشگرانی که در این زمینه مطالعه کرده اند، آمار خرابیها را به شکل های مختلفی طبقه بندی نموده اند تا اهمیت دقیق در پاره ای از مسائل سد را به خوبی نشان دهند. جدول زیر درصد علت های مختلف تخریب را به طور نسبی نشان می دهد.
آمار دیگری که در نوع خود جالب می باشد، درصد خرابیها را برحسب سالهای پس از شروع کار سد، نشان می دهد. جدول زیر براین اساس تنظیم شده است.
جدول :1 علت خرابی سد
از این آمار نتیجه می گیرند که عمده خطرها تهدید کننده سد تا 5 سال پس از شروع کار سد بهحداکثر رسیده و دفعتاً کاهش می یابد، زیرا مجموع درصدها در سال اول 77 و از سال اول تا پایان سال پنجم 125 و در پنج سال بعدی 43 می باشد و هرچه سن سد بیشتر شود احتمال تخریب آن کاسته می گیردد. در ستون خرابی حاصل از سرریز، درصد زیادی در فاصله 10 تا 20 سال دیده می شود، شاید بتوان چنین نتیجه گرفت که بطور آماری تناوب سیلهای بزرگ هر 20 سال است.
آمار دیگری برای تخریب سدهای خاکی تهیه کرده اند که نشان دهنده درصد تخریب ها در ارتباط با دهه های قرن گذشته و حاضر است. طبق آماری که در جدول زیر ارائه گردیده دیده می شود که درصد زیادی از تخریب ها بین سالهای 1900 و 1930 اتفاق افتاده است، ظاهراً به این علت ماکزیمم درصد تخریب ها در این محدوده قرار دارد که در فاصله این دهه ها با پیشرفت علوم و تکنولوژی و نیازهای فوری، همچنان که در تمام زمینه ها پیشرفت هائی چشمگیر حاصل می شود، در زمینه سدسازی هم دست بکار ساختن سدهای بزرگتر می شوند و چون علم مکانیک خاک هنوز رشد کافی نداشته است و بدون در نظر گرفتن کلیه دقتهای لازم اقدام به ساختن سدهای خاکی بزرگتر نموده اند. تعداد سدهای خراب شده نیز افزایش یافته است.
می توان متحمل دانست که درصد عدم موفقیت بعضی از پروژه های تکنولوژیکی دیگر نیز در فاصله همین دهه ها بیشتر از قبل و بعد از آن باشد، زیرا این دهه ها آغاز رشد اکثریت شعبه های تکنولوژیکی و پیشرفت های علمی و تجربی در کشورهای صنعتی می باشد و متحمل است که بسیاری پروژه ها در اولین تجربه ها با شکست روبرو شود هرچند این احتمال برای سازه های خاکی بیشتر است زیرا به علت خاکی بودن، ساده تر از آنچه هست با آن برخورد می شود.جدول یادشده بقرار زیر است:
جدول :2 درصد خرابیها برحسب سالهای پس از شروع کار سد
تنوع خواص دینامیکی بدنه سدهای خاکی و تفاوتهای اساسی ویژگیهای زلزله از قبیل محتوای بسامدی، مدت اثر زلزله و بیشینه دامنه، عواملی هستند که در واکنش دینامیکی سد نقش مهمی ایفا می کنند.
کنترل پایداری سدها تحت اثر شرایط بارگذاری های مختلف اهمیت زیادی دارد .یکی از بحرانی ترین شرایط بارگذاری سد، بارگذاری زلزله می باشد. این نوع بارگذاری بخاطر عدم اطمینان دقیق از بزرگ و زمان وقوع آن مشکلات جدی را برای سدها می تواند بوجود آورد. رفتار و عکس العمل یک سد خاکی در مدت زمان اعمال زلزلهدقیقاً مشخص نیست. یکی از عوامل موثر بر روی رفتار سدهای خاکی خصوصیات غیر الاستیک و غیر خطی مصالح خاکی است .در مدت زمان اعمال زلزله های ضعیف رفتار مصالح خاکی سد به صورت الاستیک است ولی اگر زلزله های قویتر اعمال شود، رفتار مصالح خاک به حالت پلاستیک خواهد شد.
علاوه بر خصوصیات مصالح تشکیل دهنده سد فاکتورهای متعددی از قبیل اثر ساختگاه سد و مشخصات زلزله اعمالی می توانند بر رفتار دینامیکی سد اثر گذار باشند .
مهندسین زلزله براساس تحقیقات پیشرفته بر این باورند که ایده معمول ضریب اطمینان در مقابل لغزش شیب بطور صحیح عملکرد یک سد خاکی در زمان وقوع زلزله قوی را تعریف نمی نماید. عملکرد سد در حقیقت می باید بوسیله تغییر مکان نسبی در سد ارزیابی گردد.
در چارچوب اصول تعادل حدی ضریب اطمینان آمتر از یک نشان دهنده حرکت گوه می باشد. این بدان معنی است که زمانی که ضریب اطمینان آمتر از یک باشد مقاومت معادل در طول صفحه شکست کمتر از مقاومت لازمه جهت حفظ تعادل می باشد. در زمان وقوغ زلزله - بر خلاف وضعیت سد در حالت استاتیک - گوه مربوطه در مقطع سد از زمانیکه ضریب اطمینان کمتر از یک می شود در طول صفحه شکست حرکت نموده و در زمان و محلی که تنش - متوسط - جدید کمتر از یک در حالت استاتیک برای سد بعلت ایفای تنش های وارده قابل تحمل نمی باشد.
لیکن در زمان وقوع زلزله ضریب اطمینان می تواند کمتر از یک شده زیرا که نیروهای دینامیکی برای لحظه بسیار کوتاهی عمل نموده و مرتباً تغییر جهت می دهد و د رزمان و محلی که تنش معدل جدید کمتر از مقاومت موجود شده گوه مذکور توقف نموده و مجدداً تعادل برقرار می گردد. بر اساس مقدار تغییر مکان نسبی گوه که ممکن است در محدوده چند سانتیمتر و یا چند متر باشد، پایداری و یا ناپایداری سد می یابد ارزیابی گردد.
با توجه به هندسه و خصوصیات ژئوتکنیکی مصالح استفاده شده در سد، انالیزها با هدف محاسبه تغییر مکانهای محتمل سد در زمان وقوع زلزله در حالت نشت پایدار بر پایه روش توصیه شده توسط بولتن انجام شده است. این آنالیزها با استفاده از برنامه المان محدود و مدل رفتاری معادل خطی انجام شده است. این نرم افزار بر مبنای تفاضل محدود می باشد. روش تفاضل محدود تکنیک عددی مورد استفاده، برای حل معادلات دیفرانسیل، با مقادیر اولیه مشخص و شرایط مرزی می باشد.
با استفاده از این برنامه می توان پدیده های مخالف در خاک مثل تراوش، تحکیم و عملکردهای مختلف دینامیکی سازه های ژئوتکنیکی تحت شرایط کرنش صفحه ای را مدل کرد. برنامه معادلات حرکت، سرعت و جابجحایی را از نیروها و تنش های موجود در مدل بدست می آورد، سپس نرخ کرنش مطابق با سرعت جدید بدشت امده در گره های هر المان محاسبه می شود. در این پژوهش ابتدا تاریخچه شتاب متوسط در صفحات احتمالی شکست سد بدست آمده، سپس شتابهای بحرانی در هر سطح لغزش محاسبه و با انتگرال گیری دوگانه از اختلاف شتاب و شتاب بحرانی - - مقدار تغییر مکان برای هر سطح لغزش محاسبه شده است. لزله مورد استفاده برای شرایط نشت پایدار لرزه MCL می باشد.
یکی از مباحث مهم مهندسی زلزله در دهه های اخیر، بحث اثر چهت پذیری پیشرونده در جلوی جبهه گسیختگی گسل و تفاوت در ویژگی ها و خصوصیات ناشی از این اثر در نگاشت های ثبت شده در نزدیک گسل می باشد. از خصوصیات متفاوت نگاشت های حوزه نزدیک می توان به محتوای فرکانسی بالا، پالس پریود بلند در تاریخچه زمانی سرعت، نسبت بزرگ تر حداکثر سرعت به حداکثر شتاب اشاره کرد .بدلیل تفاوت این ویژگیها در زلزله های حوزه نزدیک، مطالعات بسیاری برای ارزیابی رفتار سازه های مختلف در برابر این خصوصیات انجام شده است .
با وجود این مطالعات ابهامات بسیاری وجود دارد که به آنها پاسخ روشنی داده نشده است. از طرف دیگر مطالعات انجام شده در رابطه با اثر این ویژگیها بر پاسخ دینامیکی ابنیه های ژئوتکنیکی علی الخصوص سدهای خاکی بسیار اندک می باشد .در مقاله حاضر، رفتار دینامیکی سد خاکی مارون همانند بزرگنمایی شتاب، تغییر مکان ماندگار افقی در ارتفاع سد و نشست تاج سد در معرض شتاب نگاشت های مختلف حوزه نزدیک و حوزه دور ارزیابی شده است.
بطور کلی نتایج حاصل از این آنالیزها نشان می دهد، سد مارون در برابر نگاشت های حوزه نزدیک دارای پاسخ بحرانی تری می باشد و ضریب اطمینان پایداری سد در برابر نگاشت های دارای پالس جهت پذیری پیشرونده پایین تر از نگاشت های حوزه دور می باشد. همچنین نشان داده شده است که پریود پالس غالب و نسبت حداکثر سرعت به حداکثر شتاب، دو پارامتر بسیار مهمی می باشند که پاسخ سد حساسیت زیادی به آنها دارد.
