بخشی از مقاله
خلاصه
پایداري یک سد خاکی در طراحی شامل کنترل پایداري شیروانی، وضعیت تراوش، کنترل تنشها و تغییر شکلهاي مجاز، تحلیل لرزهاي و ... میباشد. خروجی دادههاي ابزار دقیق در سدهاي خاکی یکی از مهمترین معیارها در طراحی بدنه وکنترل پایداري سد در حین اجرا و بهره برداري است. این دادههاي خروجی شامل وضیعت تنشهاي بدنه سد از سلولهاي تنشکل، فشار آب منفذي بدنه سد از پیزومترها، نشت از بدنه سد با استفاده از تجهیزات کنترل دبی کار گذاسته شده در پاییندست سد، تغییر شکلهاي به وجود آمده در بدنه سد با استفاده از ایزارهاي درزهسنج و کرنش سنج، و رفتار سد در برابر زلزله با استفاده از دادههاي شتاب نگاشت و بررسی خروجی ابزارهاي ذکر شده در حین یا پس از وقوع زلزله میباشد.
مدلسازي عددي سدها، امکان انجام مقایسه با دادههاي ابزاردقیق و انجام آنالیز برگشتی به منظور تدقیق پارامترهاي بکار گرفته شده و استفاده از روشهاي عددي امکان تغییر پارامترها و انجام آنالیز حساسیت را ممکن میسازد. در این پژوهش در ابتدا به معرفی سیستم ابزارگذاري سد شیرین دره، فرضیات آنالیز و روش تعیین پارامترها پرداخته و دادههاي خروجی ابزار دقیق سد تا سال 1392 شامل پارامترهاي نشت، فشار آب منفذي، تنشها و تغییر مکانهاي به وجود آمده در بدنه سد با نتایج حاصل از مدلسازي مقایسه و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.
.1 مقدمه
طراحان سازه هاي ژئوتکنیکی در مقایسه با طراحان سازه هاي بتنی ویا فولادي با مشکلات پیچیده تري مواجه هستند. مصالح استفاده در سازه هاي بتنی و فولادي، ساخته دست بشر هستند و در مورد پارامترهاي مشخصه آنها و بطور کلی رفتار آنها دیده روشنتري وجود دارد؛ اما در مورد خاك یا سنگ که در تعیین خصوصیات واقعی و نحوه عملکرد آنها در شرایط مختلف، دشواري ها و ابهامات زیادي وجود دارد، رفتار سنجی از اهمیت ویژه اي برخوردار است.
بنابراین در خصوص رفتار سازه هاي ژئوتکنیکی در مراحل مختلف ساخت و بهره برداري، وجود ابزارهاي مختلفی جهت مقادیر تغییر شکلها و تنشها در نقاط مختلف سازه، کاملاً لازم به نظر می رسد. سدهاي خاکی از جمله مهمترین و عظیمترین سازه هاي خاکی هستند که لزوم رفتار نگاري در آنها به دلایل مختلف، بیش از هر سازه دیگري احساس می شود. عملیات پایش و مراقبت از این سازه ها با نصب دستگاه هاي خاصی به نام ابزار دقیق صورت می گیرد و تغییرات ثبت شده توسط این ابزار با استفاده از وسایلی به نام مبدل به مقادیر عددي معنی دار تبدیل می شوند.
.2 معرفی سد شیرین دره
سد مخزنی شیرین دره از نوع خاکی با هسته رسی قائم است که ارتفاع آن از بستر رودخانه 63 متر بوده و با توجه به پی آبرفتی سد، آب بندي آن توسط دیواره آب بند تأمین می گردد. طول سد در تاج 483 متر، عرض تاج 12 متر، و حجم کل مخزن آن 91/5 میلیون مترمکعب است. این طرح با هدف استفاده بهینه از آب رودخانه شیرین دره اجرا گردیده است. اجراي بدنه اصلی سد، از تاریخ 1382/2/7 لغایت 1383/11/1 معادل 21 ماه 633 - روز - بطول انجامیده است. از میان مقاطع ده گانه محور طولی سد شیرین دره، مقاطع شماره 3، 5 و 7 مجهز به ابزار دقیق می باشند که مقاطع طرفین دره بر روي سنگ تکیه گاه و بقیه بر روي آبرفت واقع میباشند. [1]
.3 معرفی ابزارهاي اندازهگیري موجود در سد
در سد شیرین دره مجموعه کاملی از انواع ابزارهاي مرسوم در سدهاي خاکی مورد استفاده قرار گرفته است. در جدول 1 نام و تعداد این ابزارها در سد ارائه شده است. [2]
.4 روش اجزا محدود و نرم افزار مربوطه
در این تحقیق به منظور انجام تحلیل تراوش از نرم افزار SEEP/W که مبتنی بر روش اجزاء محدود است استفاده شده است. این برنامه با فرض حاکم بودن قانون دارسی و براي جریان دو بعدي با کمک معادله لاپلاس عمل میکند. آنالیزهاي تراوش در حالت نشت دائم - Steady State - و براي وضعیتهاي مختلف مخزن انجام میگیرد. شرایط مرزي شامل دبی عبوري صفر در مرزهاي قائم پی و مرز افقی پائین پی میباشد.
خط پتانسیل در پائین دست تراز کد کف روخانه تعریف شده است و براي بالادست با توجه به تراز آب مخزن خط پتانسیل در حالت تراز نرمال تعیین میشود. تحلیل تراوش در حالت دو بعدي انجام گردیده است. با استفاده از این برنامه میتوان میزان تخلیه آب، مقدار فشارهاي منفذي، گرادیانهاي هیدرولیکی و ... را براي پی و بدنه سد تعیین نمود. در تحلیل انجام شده گرادیانهاي فشار نیز مورد محاسبه و کنترل قرار گرفتهاند تا خطر آب شستگی دانهها در اثر جریان آب نیز بررسی شود.
.5 پارامترهاي نفوذپذیري
به منظور تحلیل تراوش بدنه سد بایستی میزان نفوذپذیري مصالح مشخص گردد. مشخصات نفوذپذیري مصالح بخشهاي مختلف بدنه و پی در جهت قائم و افقی در جدول شماره 2 درج شده است. از آنجائیکه نفوذپذیري بستر رودخانه بوسیله آزمایش صحرایی نفوذپذیري اندازه گیري شده است مقادیر معادل نفوذپذیري آنها توسط روابط تجربی موجود تخمین زده شده است. براي مشبندي مدل ساخته شده از المانهایی با ابعاد یکمتر استفاده شده است. همچنین به منظور بررسی دقیق وضعیت تراوش، همچنین تنش کرنش به وجود آمده در بدنه سد، هر سه مقطع ابزار گذاري شده 3-3، 5-5 و 7-7 بر طبق نقشههاي چونساخت و به طور دقیق مدل سازي گردیده است که نتایج تحلیل آن در بخش مربوط به نتایج آورده شده است. شکل 1 مقطع اجرا شده که مدلسازي بر مبناي آن صورتگرفته را نشان میدهد.
.6 مدل سازي تنش و کرنش در بدنه سد
بنابر پیشنهاد لفوبره [3] - 1973 - هنگامیکه نسبت عرض دره به ارتفاع سد خاکی بزرگتر از 5 باشد شرایط کرنش صفحه اي در این شرایط با تقریب مناسب برقرار است. نسبت مزبور در مورد سد شیرین دره برابر حدود 7/6 می باشد. به همین جهت این سد بصورت دو بعدي مدلسازي شد. همچنین پارامترهاي مهندسی مصالح همگن در نظر گرفته شد. مدلسازي سازه توسط نرمافزار المان محدود SIGMA/W انجام شده است.
پیش از آغاز مرحله ایجاد و تحلیل یک مدل سازهاي، ابتدا هندسه و مشخصات آن براي سیستم تعریف میگردد. این عمل در چهار گزینه بصورت زیر خلاصه شده است:
-1 تعریف مشخصات مصالح
-2 تعریف حالتهاي بارگذاري و ترکیبات آنها
-3 تعریف ابعاد و اندازههاي مدل
-4 مشخص نمودن شرایط مرزي مدل
.7 مشخصات مصالح
در این نرم افزار مشخصات مصالح همواره بصورت الاستیک خطی در نظر گرفته میشود. این مشخصات را میتوان بصورت همسانگرد و ناهمسانگرد وابسته به دما تعریف نمود. نحوة تعریف مشخصات مصالح به نوع المان انتخابی بستگی دارد. اگر چه همواره نمیتوان رفتار مصالح فولادي، بتنی و خاك را همسانگرد در نظر گرفت، اما در اغلب حالات از این فرض استفاده میشود. رفتار مصالح همسانگرد، مستقل از جهت بارگذاري و جهت محورهاي محلی مصالح بوده و رفتار برش از رفتار انبساط طولی مجزا، همچنین تغییر درجه حرارت بر روي تغییر شکل برشی اینگونه مصالح تاثیري نمیگذارد. [4]
