بخشی از مقاله
خلاصه
طراحی و ساخت سدهای بتنی دوقوسی از پیچیدهترین مسائل مهندسی محسوب میشوند. وجود تکیهگاههای سنگی با مقاومت و سختی زیاد از جمله پارامترهای حیاتی در انتخاب ساختگاه این نوع سدها میباشد. یکی از روشهای رسیدن به این مهم، فرآیند تزریق تحکیمی است که در آن سیال تزریق به درزه و شکاف تشکیلات نفوذ کرده که در نتیجه آن تغییرشکلپذیری لایهها کاهش، نفوذپذیری و مقاومت آنها افزایش مییابد. روشهای مختلفی جهت ارزیابی فرآیند تزریق در بهبود خواص مکانیکی تودهسنگها وجود دارد.
با توجه به وقتگیر و پرهزینه بودن آزمایش-های برجا، در این مقاله سعی گردید با استفاده از چندین رابطه تجربی میزان بهبود مدول تغییرشکلپذیری در ساختگاه سد بختیاری برآورد شود که در این میان، رابطهی سرافیم و پریرا - 1983 - و بارتن - 2002 - بر اساس شاخص کیفی حداقل و بشری همکاران - - 2009 بر مبنای شاخص کیفی میانگین، نزدیکترین پاسخ ممکن به مقدار واقعی را دارا بودند.
1. مقدمه
کمبود نزولات جوی، شرایط اقلیمی خاص و مشکلات ناشی از کمبود آب در ایران باعث گردیده است که مساله ساخت و طراحی سدهای عظیم بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد. یکی از فاکتورهای بسیار مهم در انتخاب ساختگاه این نوع سدها، وجود تکیهگاههای سنگی با مقاومت و سختی زیاد است. در حقیقت مدول تغییرشکلپذیری تودهسنگ، یکی از اصلیترین گزینهها در انتخاب و یا عدم انتخاب ساختگاه موردنظر میباشد.
تمام سنگها از نقطه نظر زمینشناسی دارای نقاط ضعفی هستند که علاوه بر تمایل آنها جهت انتقال آب، تأثیر چشمگیری در کاهش مدول تغییرشکلپذیری و مقاومت آنها نیز دارند. از اینرو اغلب ساختگاهها شرایط مناسبی جهت ساخت سدهای عظیم را نخواهند داشت. در نتیجه برای دستیابی به یک ساختگاه با مقاومت و سختی مورد نظر راهکارهایی در چند دههی اخیر مطرح گردید که در بین آنها فرآیند تزریق از جنبههای مختلف مورد توجه بسیاری از محققین و متخصصین قرار گرفت.
تزریق تحکیمی فرآیندی است که توسط آن مادهی تزریق به داخل درزه، شکاف و فضاهای متخلخل سنگ و خاک وارد شده و باعث بهبود خصوصیات فیزیکی و مقاومتی از جمله مدول تغییرشکلپذیری، کاهش نفودپذیری و افزایش ظرفیت باربری تشکیلات میشود. اکثر مطالعات روی نوع دوغاب و مواد افزودنی، اثر پارامترهای ناپیوستگی روی شعاع نفوذ، اثر فشار روی فرآیند تزریق و غیره صورت گرفته است و کمتر به بررسی اثر تزریق روی خواص مکانیکی پرداخته شده است.
بارتن و همکاران - - 2001 ایدهای برای مقاومسازی سنگ توسط فرآیند تزریق ارائه دادند و دریافتند که تزریق بر کیفیت سنگهای ضعیف نسبت به سنگهای قویتر، تاثیر بیشتری خواهد گذاشت. بومیناتن و گاندی - 2006 - با استفاده آزمایشهای لرزهای بین گمانهای و بارگذاری صفحهای قبل و بعد از تزریق دریافتند که تزریق سیمان سبب افزایش سرعت امواج برشی به میزان 1.5 برابر و کاهش میزان تغییرشکل به میزان 1.2 میلیمتر شده است
یانگ و همکاران - 2008 - برای بررسی عملیات تزریق سد یانگتز از نتایج سرعت امواج صوتی استفاده کردند و نشان دادند که در اثر تزریق سیمان سرعت امواج صوت 1.05برابر شده است
آساکورا و همکاران - 2012 - با بررسی اثر تزریق دریافتند که میزان افزایش مدول تغییرشکلپذیری در سنگهای آذرین بیشتر از سنگهای رسوبی است و پس از تزریق تفاوت بین مدول تغییرشکلپذیری و مدول الاستیسیته کاهش مییابد
ذوالفقاری و همکاران - 2014 - با استفاده از روش نگارداری Q روی گمانههای تزریق نشان دادند که این روش برای تخمین مدول تغییرشکلپذیری و سرعت امواج بعد از تزریق، بسیارکارآمد بوده و همچنین خواص مکانیکی در تودهسنگهایی با کیفیت ضعیفتر در مقایسه با تودهسنگهایی با کیفیت بهتر به میزان بیشتری بهبود یافته است
در نهایت با تمام تلاشهای صورت گرفته در امر تزریق، تحقیقات اندکی در بخشهای تئوری و عددی در زمینه میزان اثربخشی تزریق روی پارامترهای مکانیکی صورت گرفته است و نیاز بیشتری به مطالعات بنیادی در این زمینه احساس میگردد.
به دلیل تنوع و شرایط منحصر به فرد هر ساختگاه، میزان بهبود مدول تغییرشکلپذیری بعد از فرآیند تزریق در هر یک متفاوت خواهد بودمعمولاً. در اکثر پروژههای سدسازی میزان اثربخشی تزریق با استفاده از آزمایش نفوذپدیری مورد ارزیابی قرار میگیرد که با استفاده از آن تنها اطلاعاتی راجع به وضعیت نفوذپذیری در محیط تزریقشده بدست میآید و هیچگونه اطلاعاتی در مورد میزان بهبود خواص مکانیکی حاصل نمیشود
. تعیین این پارامترها از جمله مدول تغییرشکلپذیری نیز با استفاده از آزمایشهای برجا از جمله آزمایشهای ژئوفیزیکی، بارگذاری صفحهای، دیلاتومتری و غیره نیازمند صرف هزینه و زمان زیادی است. از این رو در این مقاله سعی شد، برآورد میزان تغییر این پارامتر بر اساس چندین رابطه تجربی مورد بررسی قرار گیرد و در نهایت روابطی که همخوانی بیشتری با دادههای حاصل از آزمایشهای برجا دارند معرفی گردند.
2. زمینشناسی سد بختیاری
سد بختیاری در جنوب غرب ایران، در 70کیلومتری شمال شرق شهر اندیمشک و تقریباً در 65 کیلومتری جنوب غرب شهر دورود واقع شده است. این سد بتنی دو قوسی با ارتفاع 325 متر به منظور تولید 2928 گیگاوات ساعت انرژی برقابی مورد نیاز کشور در زمان حداکثر بار شبکه، کنترل سیلاب رودخانه بختیاری، کاهش حجم رسوبات وارده به مخزن سد دز، بهبود راندمان نیروگاه دز و همچنین افزایش آب تنظیمشده و مطمئن برای اراضی کشاورزی پائین دست بر روی رودخانه بختیاری احداث گردید.
سد بختیاری در بخش سفلای رودخانه بختیاری در استان لرستان و در بخش جنوب غربی ایران در دامنههای جنوب غربی زاگرس چینخورده واقع شده است. این سد در ایالت زمینساختی زاگرس در مرز زونهای فروافتادگی دزفول و لرستان واقع شده است. از نظر چینهشناسی محور و مخزن سد عمدتاً شامل سازندهایی هستند که در دورهی کرتاسه و پالئوسن در فروافتادگی دزفول و لرستان نهشته شده اند
شکل -1 توالی ساده شده واحدهای چینهشناسی در محدوده فروافتادگی دزفول و لرستان- کرتاسه و پالئوسن
سنگ بستر تشکیلدهنده محور سد شامل سنگ آهک و سنگ آهک مارنی همراه با میان لایههای سیلیسی و نودولهای سیلیسی سازند سروک میباشد. در محدوده محور سد بر اساس نوع تشکیلدهنده و ضخامت لایهبندیها، واحدهای مختلف سازند سروک به هفت عضو تقسیم شده است
جدول -1 تقسیمبندی واحدهای مختلف سازند سروک و مشخصات چینهشناسی واحدهای آن
.1.2 تزریق آزمایشی سد بختیاری
عملیات تزریق آزمایشی در پروژه سد و نیروگاه بختیاری به دلیل وضعیت پیچیده زمینشناسی و وضعیت نامساعد مقاومتی ناشی از چینخوردگی و وجود ساختارهایی نظیر زونهای کینگ باند و چینهای جناغی، به منظور تعیین تزریقپذیری و تاثیر آن در افزایش ظرفیت باربری تودهسنگ انجام شد.
مهمترین اهداف از اجرای این عملیات عبارتند از: تعیین روش اولیه تزریق، محاسبه فاصله گمانهها و شعاع موثر تزریق، مشخص کردن آمیزه تزریق و افزودنیها، برآورد فشار تزریق با توجه به اهداف طرح، تعیین میزان خورند دوغاب و سیمان، تعیین میزان تزریقپذیری سنگ و تاثیر آن بر کاهش نفوذپذیری و افزایش مقاومت. برای دستیابی به اهداف مذکور دو برنامه تزریق آزمایشی در ساختگاه سد بختیاری در گالریهای GL1 و GR2 اجرا شد.[5]
.1.1.2 موقعیت مغار تزریق و آرایش گمانهها
تزریق تحکیمی آزمایشی در جناح چپ محور سد در مغار تزریق حفاری شده در زون کینگ باند واحد SV3 در فاصله حدود 17 متر از دهانه گالری GL1A در تراز 557 متر بالاتر از سطح دریا اجرا شد. همچنین این نوع تزریق در گالری GR2 در جناح راست محور سد در انتهای شاخه بالادست، ابتدای گالری جدید با تراز 695 بالاتر از سطح دریا در زون کینگ باند صورت گرفت
شبکهبندی تزریق آزمایشی در اولین مرحله بصورت مثلث متساویالاضلاع با اضلاعی به طول 2 متر بوده که گمانههای تزریق در رئوس این مثلث به ترتیب TG1، TG3 و TG2 در پانل GL1 و گمانههای T2G1، T2G2 و T2G3 در پانل GR2 تزریق شدند. پس از تزریق این سه گمانه جهت کنترل عملکرد عملیات تزریق، گمانهای در مرکز مثلث اولیه - گمانه CH-TG-A در پانل GLI و گمانه CH-T2G-A در پانل - GR2 حفاری شد و آزمایش نفوذپذیری در آن اجرا گردید. پس از اتمام این آزمایش، گمانه کنترلی با استفاده از دوغاب غلیظ مسدود شد.
دومین مرحله تزریق آزمایشی شامل حفاری و تزریق دو گمانه با فاصلههای یک متر از گمانه TG1 و T2G1 مشابه روش نیم فاصله - گمانههای TG4 و TG5 در پانل GL1 و گمانههای T2G4 و T2G5 در پانل - GR2 میباشد. این مرحله نیز توسط گمانهای که در مرکز مثلث کوچکتر - گمانه CH-TG-B در پانل GL1 و گمانه CH-T2G-B در پانل - GR2 حفاری شد،کنترل گردید.
شکل-2 آرایش گمانههای پانل تزریق آزمایشی در گالریهای
