بخشی از مقاله
چکیده:
در این مطالعه، تجزیه و تحلیل لرزه ای غیرخطی سه بعدی سدهای سنگریزهای با رویهی بتنی گزارش شده است. سه جزء از سابقهی زمانی شتاب زلزلهی Prieta لورنا - ایستگاه - Gilroy 1 به عنوان تحریک ورودی استفاده می شود. سد مورد مطالعه طوری در نظر گرفته شده است که در دره منشوری با سطح مقطع ذوزنقه قرار دارد. یک مدل غیر خطی برای مواد سنگریزه استفاده می شود، و عناصر تماس با قانون اصطکاک کولن در وجه مشترک دال-سنگریزه استفاده شده اند.
مفاصل عمودی در دال رویه نیز در مدل اجزاء محدود در نظر گرفته شده است. یک روش زیربنایی، که در آن خاک مقید نشده با روش اجزاء محدود با مرز مقیاس بندی شده - SBFEM - مدل شده است، برای به دست آوردن حرکت های پراکنده و نیروهای تعاملی در امتداد دره استفاده میشود. سد در معرض امواج متغیر P، SV و SH ، و اثر تعامل سد-پایه و اثرات آب مخزن قرار گرفته است.
نتایج به دست آمده با تجزیه و تحلیل حرکت ورودی غیر پراکنده مقایسه شده است. نتایج آنالیزها نشان می دهد که با توجه به اعمال حرکت پراکنده به دره، پاسخ سد و دال با رویه بتنی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. فشار آب مخزن با کاهش حرکت بالا بری پانل های بتنی، بر تنشهای کششی وارد شده به دال رویه تاثیر می گذارد. نیروهای محوری افقی به دلیل حرکات خارج از فاز و خارج از صفحه، به دال رویه القا میشود. اگر چه حرکات طبیعی مفاصل عمودی با توجه به حبس آب مخزن کاهش می یابد، جابجایی های دهانه هنوز هم قابل توجه است، و شکست موضعی مفاصل ساخت و ساز اجتناب ناپذیر است.
.1مقدمه
تعداد سدهای سنگریزه ای با رویهی بتنی تحت طراحی و ساخت و ساز در بسیاری از نقاط جهان در حال افزایش است. استفاده کامل از مواد خاکریزی موضعی، روش ها ساده ی ساخت و طول مدت ساخت و ساز کوتاه، برخی از مزایای سدهای CFR هستند. سدهای CFR ذاتا امن تر از انواع دیگر سدها هستند، چراکه حرکت زمین بر اثر زلزله می تواند منجر به تجمع فشار آب منافذ و کاهش استحکام گرد. عملکرد CFRD ها تحت شرایط بارگذاری استاتیک شناخته شده است، در حالی که تجزیه و تحلیل استاتیک این نوع سد می تواند در روشی مشابه به انواع دیگری از سدهای زمینی و سنگریزهای انجام شود.
طراحی استاتیک سدهای CFR می تواند با استفاده از داده های در دسترس از سدهای موجود تایید شود. تجزیه و تحلیل لرزه ای سدهای CFR در حرکت قوی زمین، توسط محققان مختلف در ادبیات مورد مطالعه و انتشار قرار گرفته است. مطالعات فوق نشان می دهد که سد با بدنه سنگریزهای به اندازه کافی در شرایط زلزله امن است. با این حال، آسیب می تواند در دال های بتنی با توجه به نیروهای محوری و/یا بالا روی و پایین آمدن دال بر روی بدنهی سد رخ دهد .
علاوه بر این، اخیرا مجموعه ای از تجزیه و تحلیلهای المان محدود دو بعدی سد Torul CFR با در نظر گرفتن اثر متقابل سد و مخزن را انجام دادند. مولفهی افقی زلزله Erizincan در سال 1992 در این تحلیل مورد استفاده قرار گرفت. پاسخ خطی و غیر خطی سد در تحریک لرزه ای، و اثر آب مخزن مورد بررسی قرار گرفت
Bayraktar .و همکاران از مدل مشابهی، این بار به منظور مطالعه اثر رفتار وجه مشترک دال بتنی-سنگریزه با در نظر گرفتن اصطکاک و سطح تماس های جوش داده شده استفاده کردند.
در همین راستا، Kartalو همکاران [21] احتمال شکست دال بتنی بر روی سدهای CFR با تماس های جوش داده شده و اصطکاکی تحت اثرات زلزله را توسط تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان بررسی کردند. آنها از مدل مشابه گزارش شده توسط Bayraktar و همکاران [4] با توجه به عدم پیچیدگی رکورد سطح میدان آزاد برای به دست آوردن حرکت زمین برای سنگ پایه فنداسیون استفاده کردند. در مطالعهی آنها، احتمال شکست بحرانیترین نقاط در دال بتنی با در نظر گرفتن ضخامت های دال مختلف ضخامت به دست آمد.
یکی از مفروضات مشترک در نظر گرفته شده در مطالعات فوق، این است که دال بتنی سد CFR به عنوان یک پوسته پیوسته مدل شده است، و یا وجود مفاصل عمودی نادیده گرفته شده اند. به خصوص در دو بعد، که در آن دیدن رفتار مفاصل عمودی در مدل امکان پذیر نمی باشد. با این حال، دال به طور کلی در صفحات عمودی، که در آن پانل ها ممکن است با تقویت های فولادی به هم متصل شوند، قرار گرفته است. بنابراین، پاسخ مکانیکی این پانل ها از طریق مدل های سه بعدی مورد مطالعه قرار گرفته است. علاوه بر این، این تحلیلها نیز مبتنی بر این فرض هستند که همه نقاط در امتداد دره، حرکت یکنواخت زمین را تجربه می کنند. با این حال، بسیاری از سدهای CFR در درههای با اندازه محدود که در آن مرزها و هندسه، نقش مهمی را در پاسخ لرزه ای سیستم فندانسیون سد ایفا می کنند، ساخته میشوند.
در طول یک زلزله، امواج دریافتی که در سطح آزاد درهای که در آن سد ساخته شده است منعکس میشوند، منجر به جابجایی غیر یکنواخت فندانسیون سد میشوند. این مشکل اثر متقابل نامیده می شود .[31] علاوه بر این، اثر تنوع فضایی حرکت زمین و اثر متقابل سد شالوده، جزئیات مهم و قابل توجهی برای در نظر گرفتن در تحلیل لرزه ای سدهای CFR ساخته شده در دره هستند. اثر حرکت فضایی مختلف زمین بر روی پاسخ سدهای پر در چند سال گذشته مورد بررسی قرار گرفته است .
در میان مطالعات اخیر، رویکرد جدیدی توسط حائری و کریمی [13] برای ارزیابی امواج پراکندهیP ، SV، SHتحریک کننده ی اختیاری سطوح مقطع معرفی شده است. این رویکرد برای حل مشکلات پراکندگی در دو بعد مورد بهره برداری قرار گرفت، که همچنین برای درههای منشوری نیز کاربرد دارد. خروجی این راه حل پراکندگی دو بعدی می تواند برای تحریک سازه های سه بعدی همانطور که توسط Szczesiak و همکاران پیشنهاد شده است، استفاده شود
آنها اثر حرکت پراکنده و جابجایی خارج از فاز پایهها بر پاسخ ساختار سد CFR را مورد مطالعه قرار دادند. اثر اینرسی سد و اثر آب در تجزیه و تحلیل آنها در نظر گرفته نشد. آنها نتیجه گرفتند که بکارگیری حرکت متغیر فضایی در دره پیک جابجایی و شتاب در بدنه سد و دال رویه را بطور قابل توجهی افزایش می دهد. بعدها، حائری و کریمی [14] فرمولاسیونی را برای در نظر گرفتن اثر متقابل سد-فنداسیون بر روی پاسخ کلی سدهای CFR توسعه دادند. آنها یادآور شدند که اثرات متقابل سد-فنداسیون پاسخهای سد و دال را کاهش میدهد، و بکار گیری حرکت های پراکنده بدون تجزیه و تحلیل اثر متقابل سد-فنداسیون، بطور غیر واقع بینانه ای محافظه کارانه است.
این مطالعه به بررسی پاسخ لرزه ای غیر خطی یک سد CRF سه بعدی و دال بتنی با استفاده از روش مشابه گزارش شده توسط حائری و کریمی [15] می پردازد. حرکات فضایی مختلف زمین از جمله پراکندگی امواج فرعیP، SV، و SH توسط دره. اثر متقابل سد-فنداسیون نیز در تجزیه و تحلیل فرموله شده است. یک مدل المان محدود جدید برای دال بتنی به منظور مطالعهی جنبش عمودی مفاصل و توزیع تنش هایی القایی در دال رویه، استفاده شده است. در نهایت، اثرات آب مخزن بر دال رویه بتنی و جابجایی عمودی مفصل در این مطالعه بررسی می شود.
- 2 اصول تجزیه و تحلیل
.1 .2 تنوع فضایی حرکت زمین پراکندگی موج مهمترین جنبهی تحریک ورودی زلزلهی واقعی برای سدهای ساخته شده در دره است. اثر تقویت محل موضعی در شرایط مرزی و هندسی - عوارض توپوگرافی - می تواند تقویت حرکت زمین بزرگی را تولید کند. علاوه بر مشکل پراکندگی و تاخیر رسیدن موج ها بین پایه سد و نقاط بالاتر در طول اباتمنتها، اثر گسستگی که ناشی از پراکندگی امواج در محیط ناهمگن است، و انطباق های جزئی آنها در هنگام ورود از یک منبع گسترده، و اثر پاسخ محلی به علت تفاوت در شرایط خاک محلی در ایستگاه های مختلف، پدیدههای دیگری هستند که منجر به تنوع فضایی حرکت زمین القا شده توسط زلزله میشوند.
در این تحقیق، فرض بر این است که دره در یک محیط الاستیک و همگن حفر شده است. بنابراین، تغییرات مکانی حرکت زمین ناشی از پراکندگی موج و پراش امواج توسط دره مفروض است..برای فرموله کردن این واکنش، یک فضای نیمه بدون دره فرض شده است، و یک تحریک زلزله سه بعدی به عنوان یک حرکت کنترلی انتخاب شده است. فرض بر این است که تنها یک نقطه خاص در دره این حرکت کنترلی را در طول تحریک تجربه می کند، "نقطهی کنترلی". نقطهی کنترلی می تواند به واقع در هر نقطهای قرار داشته باشد، اما به طور کلی بر روی سطح زمین و یا سنگ بستر انتخاب شده است.
سابقه ی زمانی حرکت کنترلی در واقع نوار زلزله سنجی در یک نقطه بر روی سطح زمین است، که ترکیبی از امواج ورودی و منعکس شده میباشد. بنابراین، حرکت کنترلی را می توان به تعدادی از اجزای فرض شده، تجزیه نمود.
برای این منظور، تحریک سه بعدی به دو مجموعه از امواج تقسیم می شود:
1. مولفهی خارج از صفحه - جهت شرق-غرب - : موجSH
2. مولفه های درون صفحه - جهت شمال-جنوب - : امواج SV و.P
فرمول تجزیه به طور مفصل توسط ولف [35] مورد بحث قرار گرفته است. برای اهداف تجزیه، فرض میشود که تحریک ترکیبی از امواج بدنه باشد. میدان عمل آزاد - - و اجزای تنش خاک در امتداد دره در مرحله بعدی - شکل 1، بالا و وسط - محاسبه می شود. این محاسبات می تواند از طریق فرمول انتشار موج الاستیک انجام شود، همانگونه که توسط ولف [35] با جزئیات اراده شد. اگر دره در فضای نیمه حفر شده باشد، تنشهای خاک همانند انقباض هایی در امتداد سطح دره با رابطه زیر بیان می گردد
که در آن t کشش است، مولفه تنش خاک و n بردار نرمال واحد است. برای دستیابی به یک سطح کشش در امتداد دره، کشش مشابهی با علامت منفی باید به دره اعمال گردد. این کششهای منفی، و یا نیروهای معادل، باعث حرکت جدیدی در امتداد دره میشود که یک موج پراکنده - - - شکل 1، پایین - است. حرکت کلی زمین در امتداد دره - Ug - می تواند به صورت زیر محاسبه شود:
مهمترین کلید در محاسبه فوق، پیش بینی موج پراکندهی، ، از کشش سطحی، و یا نیرو است، که نیاز به دانش سختی دینامیک محیط دارد. Szczesiakو همکاران [17] حرکت پراکنده برای یک مقطع دلخواه دره را از طریق ماتریس دو بعدی سختی دینامیکی محاسبه شده با استفاده از روش دامنه مکمل - CDM - بدست آوردند. در این مطالعه، یک روش جدید برای محاسبه ماتریس سختی دینامیکی مواد درگیر در دره بر اساس مرز مقیاس بندی شدهی روش المان محدود ایجاد شده توسط ولف و سانگ [37] و ولف [38] در نظر گرفته شده است. رابطهی نیرو-شتاب محیط بیکران بصورت زیر بیان میشود:
که در آن ماتریس پاسخ ضربه واحد شتاب در حوزهی زمان است که بر اساس روش اجزاء محدود توسعه یافته مبتنی بر مرز مقیاس بندی شده میباشد. روش اجزای محدود با مرز مقیاسبندی شدهی پیشنهاد شده توسط ولف [36]، ولف و سانگ [37]، و ولف [38] در جهت شعاعی دقیق است، و به یک راه حل دقیق در جهت پیرامونی همگرا میشود، و در فضا و زمان هر دو دقیق است. حائری و کریمی یک برنامهی مبتنی بر فرترن به نام "Similarl" برای محاسبه ماتریس پاسخ ضربه واحد شتاب ایجاد کردند.
شکل.1راه حل برای مشکل پراکندگی.
