بخشی از مقاله
خلاصه
کنترل مستمر ایمنی و پایداری سدهای خاکی در حین ساخت، اولین آبگیری و نیز در زمان بهره برداری از اهمیت ویژهای برخوردار است. نقش اصلی هسته در این گونه سدها به دلیل پایین بودن نفوذپذیری رس، جلوگیری از نشت آب است. در این بین بررسی عملکرد سازهای سدهای خاکی در مقابل تغییرات تراز آب مخزن بالادست سد و همچنین در فشارهای حفرهای جسم سد و پی آن در شرایط مختلف دوره بهرهبرداری ضرورت دارد تا از پایدار بودن سد و پی آن در این شرایط مطمئن بود.
جهت ارزیابی پایداری سد آغچای در دوران پایان ساخت و بهرهبرداری و تخلیه سریع با سرعتهای 0/2 ،0/5 و 1/0 متر در روز، به بررسی نتایج حاصل از تحلیل برگشتی با استفاده از مدلسازی در نرمافزار Geostudio در بزرگترین مقطع سد پرداخته شده است. بر اساس نتایج حاصله کمترین ضریب اطمینان شیب بالادست سد آغچای در زمان تخلیه سریع زمانی اتفاق میافتد که 30 الی 40 درصد از آب مخزن با سرعت یک متر در روز تخلیه شده باشد. مقایسه ضرایب اطمینان به دست آمده و ضرایب اطمینان آیین نامهای نشان دهنده پایداری سد آغچای در شرایط مذکور میباشد.
1. مقدمه
مطالعه و بررسی پایداری سدهای خاکی و احتمال وقوع پدیده تخلیه سریع در آنها به منظور ایمنی ساکنین و سازههای خاص موجود از اهمیت ویژهای برخوردار است.در هنگام بهرهبرداری از یک سد خاکی موارد خاصی پیش میآید که لازم است آب دریاچه پشت سد به سرعت تخلیه شود.به دنبال این عمل پایداری دیواره، خصوصاً در بالادست در معرض خطر قرار میگیرد.بنابراین باید در زمان ساخت و تخلیه سریع مخزن تدابیری اندیشیده شود که از ناپایداری و تخریب سد جلوگیری شود.
بررسی پایداری سدها به دنبال تحقیقات در مورد پایداری شیروانیهای خاکی از آنجا شروع شد که آمارها نشان دادند که تعداد بسیاری از سدها در حین ساخت و در دوره بهرهبرداری دچار مشکلات اساسی و در بعضی از موارد دچار تخریب کلی شدند که این خرابیها علاوه بر خسارتهای سنگین مالی، خسارات جانی فراوانی به دنبال داشت.گسیختگی دامنه سد ممکن است قبل از بهرهبرداری از سد یا ضمن ساخت سد و یا سالها پس از بهرهبرداری در اثر عوامل محرک مانند آبگیری اولیه و یا در یک تخلیه سریع اتفاق افتد.
عمده ترین عامل شکست سدهای خاکی تخریب هیدرولیکی میباشد، و از جمله عواملی که منجر به تخریب هیدرولیکی میشود، وقوع پدیده تخلیه سریع میباشد که عدم توجه به این پدیده باعث لغزش شیب و ناپایداری شیب بالادست و بالاخره شکست سد میشود.
از زمان ارائه اولین روش تحلیل پایداری شیروانی توسط فلنیوس - - 1936، تا کنون تحقیقات بسیاری بر روی روشهای مختلف پایداری شیبها انجام گرفته است.در حال حاضر این روشها به چهار دسته کلی تقسیم میشوند که عبارتند از روش تعادل حدی المانهای کوچک، روش المان مرزی، روش اجزای محدود و روش شبکه عصبی. برای تحلیل تنش و کرنش سدهای خاکی و خاکریزهامعمولاً از روش اجزای محدود به صورت دو بعدی در شرایط کرنش صفحهای که منجر به ساده شدن محاسبات میشود، استفاده میگردد. تحقیقات نشان داده است که تحلیل دو بعدی سدهای خاکی که از نسبت طول تاج به ارتفاع سد بزرگی برخوردارند، تقریب خوبی از رفتار واقعی سد به دست میدهد.
امروزه با گسترش نرمافزارها روش اجزای محدود به عنوان پرکاربردترین روش برای آنالیز پایداری شیبها شناخته شده است.نرمافزار Slope/w که یکی از شاخههای نرمافزار Geostudio است، به روش اجزای محدود آنالیز پایداری را انجام میدهد. در این مطالعه جهت ارزیابی پایداری سد آغچای در دوران پایان ساخت و بهرهبرداری و تخلیه سریع با سرعتهای 0/2 ،0/5 و 1/0 متر در روز، به بررسی نتایج حاصل از تحلیل برگشتی با استفاده از مدلسازی در نرمافزار Geostudio در بزرگترین مقطع سد پرداخته شده است.
2. روش کار و مواد به کار رفته
تحلیلهای مورد نظر با استفاده از سه نرمافزار بسته نرمافزاری Geostudio انجام گرفتهاند.برنامه Seep/w برای تحلیل جریان پایدار و گذرا استفاده شده است، برنامه Sigma/w برای آنالیز تغییر شکل مورد استفاده قرار گرفته است و در نهایت از برنامه Slope/w برای تحلیل پایداری استفاده شد است.
3. معرفی سد آغچای
ساختگاه سد مخزنی آغچای در استان آذربایجان غربی - شکل - 1 و در 42 کیلومتری شمال شهر خوی، یک کیلومتری غرب روستای قورول سفلی بر روی رودخانه آغچای قرار گرفته است. سد مخزنی آغچای از نوع خاکی با هسته رسی مرکزی و به ارتفاع 108 متر از پی، طول تاج 826 متر و عرض تاج 12 متر میباشد. رقوم تاج سد و تراز نرمال مخزن نیز به ترتیب 1305 و 1299/5 متر از سطح دریا میباشند. حجم مخزن سد حدود 179/5 میلیون متر مکعب است. مقادیر اولیه طراحی و مقادیر حاصل از آنالیز برگشتی پارامترهای مصالح به کار رفته در بدنه سد خاکی در جدول شماره 1 و 2 ذکر گردیده است
جدول -1 مقادیر اولیه پارامترهای مکانیکی مصالح خاکی به کار رفته در طراحی سد آغچای
جدول -2 مقادیر آنالیز برگشتی
همانطوریکه از پلان سد آغچای نشان داده شده در شکل 1 مشهود است ابزاربندی در پنج مقطع اصلی به نامهای 4-4، 8-8، 11-11، 14-14 و 17-17 انجام گرفته است. شکل 2 نحوه آرایش ابزارها در مقطع 11-11 سد را به نمایش گذاشته همچنین شکل 3 پلان تیپ مقطع 11-11 بدنه سد خاکی آغچای که بر روی پی آبرفتی اجرا گردیده را نشان میدهد.
شکل -1 پلان سدآغچای به همراه موقعیت مقاطع ابزاربندی
شکل -2 ابزاربندی در مقطع 11-11
شکل-3 مقطع تیپ بدنه سد آغچای
4. تهیه مدل عددی سد آغچای
در این تحقیق، برای انجام تحلیلهای برگشتی از نرمافزار Geostudio استفاده شده است. مقطع مورد استفاده در انجام تحلیلها مقطعی است که دارای بیشترین ارتفاع میباشد .در مدل کردن سد آغچای با توجه به اینکه پس از ساخت هر لایه از سد نیاز به تحکیم لایهها میباشد، لذا سعی بر آن شده تا المانبندی هسته سد نسبت به پی و پوسته آن، ریزتر انتخاب گردد. مدلسازی سد آغچای در یک شبکه 300 متر در 500 متر انجام گرفته است. در مرزهای کناری امکان جابهجایی افقی محدود شده و در مرز پایین که قسمت برخورد بدنه و پی سد با بستر سنگی میباشد امکان جابهجایی افقی و قائم محدود شده است.
شکل -4 نحوه المانبندی بدنه و پی سد خاکی آغچای در حالت پایان ساخت
ساخت مرحلهای سد، با تقسیم ارتفاع سد برای مقطع بحرانی به سی لایه شبیهسازی شده است. روند ساخت لایه های مختلف سد بر اساس پیشبینیهای اولیه طراحی در جدول 3 ارائه گردیده است. تحلیل در فضای تنش موثر با حل توأم جریان آب و تحکیم هسته انجام شده است تا تخمینی از میزان فشار حفرهای داخل هسته در طی ساخت بدست آمده و مسیر تنش در داخل هسته نزدیک به واقعیت گردد.
