بخشی از مقاله
چکیده
سدهای خاکی از مصالح خاکی ساخته میشوند. خاک از جمله مصالح ساختمانی است که خصوصیات و رفتارش با تغییر درصد رطوبت، تغییر میزان تنش، تغییر درجه اشباع، تغییر وضع زهکشی، و یا تغییر زمان و عوامل دیگر تغییر میکند. به اصطلاح میتوان گفت که خاک از جمله مصالح زنده است. این تغییر شرایط در پایان ساخت سد به یکی از بحرانیترین حالتهای پایداری میرسد. چراکه مقدار تنش اعمال شده به پی - و بدنه - در مقایسه با مراحل ساخت؛ حداکثر و زمان لازم برای تحکیم تحت این میزان بار حداقل است. لذا از جمله مراحلی که باید پایداری سد کنترل شود بلافاصله پس از پایان ساخت سد است. در این نوشتار با استفاده از نرمافزار FLAC 3D V5، مدلسازی روند اجرای واقعی خاکریز بصورت لایه لایه وتعریف نمودن زمان ساخت لایه در مدل نرمافزاری، سعی بر آن است که تصویر مناسب از تغییرات تنش و تغییر شکل سد مخزنی ایوشان، ارائه گردد که در نتیجه آن مقدار حداکثر نشست سد برابر با 70 سانتیمتر در میانه ارتفاع سد - مرکز هسته - ، برآورد میگردد.
مقدمه
مقادیر تنشها و تغییر شکلهای بخشهای مختلف یک سدخاکی یا سنگریزهای در هنگام ساخت، در رفتار سد و طول عمر آن بسیار تاثیر گذار است. از پدیدههایی که در طول ساخت سد امکان وقوع دارد پدیده قوسزدگی - Arching - در هسته رسی اینگونه سدها می باشد. قوسزدگی تاثیر بسزایی در رفتار تغییر شکلی هسته در طول ساخت دارد که موجب وقوع پدیده انتقال بار یا انتقال تنش - Load Transfer - می شود، که این امر موجب کاهش سطح تنش در هسته می گردد و احتمال شکست هیدرولیکی در پروسه آبگیری اولیه را بالا میبرد.[1] در مجموع سه عامل موثر در بروز پدیده قوسزدگی عبارتند از: -1 اختلاف خصوصیات تراکمپذیری میان هسته با فیلتر، زهکش و مصالح پوسته -2 توپوگرافی دره -3 هندسه سد.[2]
در این مقاله رفتار سد خاکی- سنگریزهای ایوشان در زمان ساخت توسط نرمافزار تفاضل محدود FLAC 3D و با در نظر گرفتن ترتیب ساخت لایهای و شبیه سازی شرایط واقعی ساخت، مدلسازی شده است. رفتار مصالح سد به صورت الاستو - پلاستیک غیر خطی در نظر گرفته شده و رفتار کلی سد مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین مقادیر تنش، کرنش و تغییر شکل در قسمتهای مختلف سد بدست آمده است.
سد مخزنی ایوشان
سد مخزنی ایوشان در فاصله 1/5 کیلومتری بالادست روستای ایوشان گلستان و حدود 57 کیلومتری شهر خرمآباد بر روی رودخانه هرود واقع شده است. مساحت حوزه آبریز تا محور سد ایوشان 120 کیلومترمربع است. هسته این سد از نوع رسی قائم به ارتفاع 64 متر میباشد. طول و عرض تاج به ترتیب 529 متر و 8 متر و حداکثر عرض آن در تراز کف - تراز 1804 متری از سطح دریا - 240 متر است. شیب هسته در هر دو طرف 0/2 1 : و عرض آن حداکثر 29 و حداقل 4 متر میباشد. در طرفین هسته لایههای فیلتر هر یک به ضخامت 2 متر قرار گرفته است.[3]
روند انجام تحلیل مکانیکی سد مخزنی ایوشان
در ابتدا پس از ساخت هندسه مدل - پی و دره بدون در نظر گرفتن بدنه سد - و تعریف خصوصیات مصالح برای هر یک از نواحی؛ و همچنین تعریف شرایط اولیه و مرزی؛ مدل را آنالیز کرده تا تنشهای اولیه ناشی از وزن مصالح ایجاد گردد. حال با صفر کردن سرعت و جابجایی در زونها؛ مدل را به تعادل میرسانیم و شرایط واقعی محیط را برای انجام تحلیل آماده میکنیم. در ادامه برای در نظر گرفتن ساخت مرحلهای میبایست در ابتدا کل مدل هندسی بدنه سد را ساخته و سپس مدل رفتاری Null را برای آن در نظر بگیریم. شکل - 1 - نمودار تاریخچهی نیروهای نامتعادل و روند رسیدن مدل به تعادل را نشان میدهد.
حال در هر گام تحلیل شروع به اضافه نمودن هر یک از لایهها به مدل میکنیم. این عمل با تعریف مدل رفتاری و خصوصیات مواد به بدنه سد که قبلا آنها را بصورت Null در نظر گرفته بودیم؛ انجام میشود. در مدلسازی عددی سد مخزنی ایوشان برای مدلسازی مرحلهای دوران ساخت؛ پی و آبرفت هرکدام در یک لایه و بدنه سد در 14 لایه به ارتفاع هر یک حدود 5 متر مدل گردیده است. در اشکال - 2 - و - 3 - نمایی از المان بندی و هندسه ساخته شدهی، دره و سد ایوشان در نرم افزار FLAC 3D نشان داده شده است.
مشخصات مصالح
پس از ساخت هندسه مدل، برای مصالح بکار رفته در بدنه، پی و جناحین، مدل رفتاری الاستو - پلاستیک کامل - موهر - کولمب - که شناخته شدهترین مدل در مصالح خاکی میباشد، انتخاب شده است. پارامترهای مورد نیاز در این مدل رفتاری عبارتند از: وزن مخصوص، مدول الاستیسیته و ضریب پواسون - برای محاسبه مدول بالک K و مدول برشی - G، چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی، زاویه اتساع در تحلیل تحکیم، ضریب نفوذپذیری، درجه اشباع و پوکی نیز به پارامترهای مورد نیاز قبلی اضافه میشوند. در جدول - 1 - پارامترهای استفاده شده در تحلیل مکانیکی سد ایوشان، آمده است.
نتایج حاصل از تحلیل عددی
با توجه به مقادیر پارامترهای فوق، تحلیل تنش - کرنش روی بدنه سد ایوشان مطابق با المانهای شکل - 2 - انجام گردید، که به بررسی نتایج حاصله بشرح ذیل میپردازیم: [4] در شکل - 4 - منحنی تنش افقی در مقطع ماکزیمم بدنه سد نشان داده شده است. با توجه به این شکل، ملاحظه میشود که اولا منحنیها در نیمههای بالادستوپایین دست محور تقریباً متقارن بوده و ثانیاً در هر تراز افقی، ماکزیمم تنش افقی در محور مرکزی سد رخ داده و به سمت وجوه بالادست و پاییندست مقدار تنشهاکاهش مییابد.
