بخشی از مقاله
چکیده
حدود 75 درصد سد های ساخته شده در جهان را سد های خاکی تشکیل می دهند و دلایل اصلی استفاده بیشتر از سد های خاکی نسبت به سد های بتنی عبارتند از : کاهش در هزینه احداث و نیاز به تکنولوژی ساده تر در اجرا . ساخت سدهای خاکی محدودیت هایی نیز به همراه دارد که برخی از این محدودیت ها عبارتند از : محدودیت نوع سرریز ، محدودیت دسترسی به مصالح مناسب جهت اجرا ، سطح اشغال بالای زمین و حجم بالای عملیات خاکی و غیره. برخی از این محدودیت ها را می توان به کمک سد های خاکی مسلح برطرف نمود یا کاهش داد.
با قرار دادن عناصر تسلیح عمدتاً پلیمری که از خانواده ژئوتکستایل ها هستند ، می توان از طریق ایجاد عمل اصطکاکی بین خاک وعناصر تسلیح ، سبب افزایش زاویه اصطکاک داخلی خاک های درشت دانه گردید تا موجب افزایش مقاومت برشی در سطح گسیختگی خاک گردد، هدف ازانجام این تحقیق بررسی تأثیر استفاده ازژئوسنتتیک ها بر میزان و چگونگی کاهش حجم عملیات خاکی و درنتیجه تعیین ابعاد بهینه در سد خاکی گیوی می باشد . در تحقیق حاضر ، تحلیل و پایداری سد خاکی مسلح با استفاده از نرم افزار Geostudio مورد بررسی قرار گرفته است.
بدین صورت که با مسلح سازی دامنه های سد گیوی توسط ژئوتکستایل ها در مدلسازی های صورت گرفته اقدام به افزایش شیب دامنه ها نموده و سپس با مقایسه ضریب اطمینان بدست آمده در شرایط استاتیکی و دینامیکی توسط نرم افزار با ضریب اطمینان های مجاز پایداری سد کنترل می شود .نتایج بدست آمده نشان داد که با استفاده از ژئوتکستایل توانستیم عملیات خاکی را در دامنه سد کاهش دهیم و ابعاد بهینه را مشخص کنیم .
-1 مقدمه
سدهای خاکی یکی از مهم ترین و در عین حال پرهزینه ترین سازه های عمرانی هستند که بخش قابل توجهی از بودجه کشور را به خود اختصاص می دهند. هزینه احداث سدهای خاکی تناسب مستقیمی با حجم عملیات خاکی مورد نیاز برای احداث آنها دارد؛ زیرا هر چه حجم سدهای خاکی کاهش یابد، به همان نسبت از هزینه احداث آنها کاسته می شود .از این رو جهت کمینه کردن هزینه احداث سدهای خاکی، باید در پی مقطعی برای آنها بود که علاوه بر تأمین پایداری و رعایت جنبه های اجرایی، کمترین میزان خاکریز را نیز نیاز داشته باشد. از آنجایی که در احداث سدهای خاکی، بیشترین هزینه مربوط به عملیات خاکریزی و تراکم می باشد، لذا انتخاب مقطعی با شیب مناسب و بهینه باعث کاهش حجم عملیات خاکریزی و به تبع آن صرفه جویی در هزینه و زمان انجام پروژه خواهد شد.
قابل ذکر است خاک علی رغم این که می تواند مقاومت فشاری خوبی را از خود نشان دهد، اما در کشش کارایی مناسبی ندارد .به منظور جبران این ضعف اغلب از مسلح کننده های گوناگون در سازه های خاکی استفاده می کنند .ژئوسینتتیک ها مصالح پلیمری نوینی هستند که برخی از آنها در تسلیح خاک کاربرد دارند. ژئوتکستایل نیز یکی از انواع رایج از این نوع مسلح کننده ها به شمار می آید .
استفاده از این نوع مصالح مسلح کننده در بستر زیر شالوده های سطحی می تواند منجر به افزایش ظرفیت باربری آنها شود.>1@در این پژوهش سد گیوی را با مشخصات فیزیکی و ظاهری اعم از شیب بدنه، عرض تاج، شیب هسته، ارتفاع سد وغیره مطابق مرجع مورد نظر، در نرم افزار SEEP/W که از زیر مجموعه نرم افزار Geo Studio می باشد مدلسازی نموده و پس از ایجاد شرایط مرزی و ایجاد فشار آب پشت سد و مش بندی سد اقدام به تحلیل مدلسازی نموده که منجر به بدست آمدن خط فریاتیک و چگونگی نحوه تراوش در سد خاکی مورد مطالعه خواهد شد، سپس مدل ایجاد شده جهت بررسی و تحلیل پایداری شیب ها در شرایط استاتیکی و دینامیکی به نرم افزار SLOP/W که از زیر مجموعه نرم افزار Geo Studio می باشد انتقال داده می شود.
-2 بررسی سد گیوی
سد گیوی در 20 کیلومتری شهرستان خلخال واقع شده از نوع خاکی با هسته رسی است، با ارتفاع 89 متر از بستر و 102 متر از پی سنگی بوده، طول تاج 304 متر و عرض آن 12 متر می باشد. سد مورد نظر دارای هسته ای ناتراوا بوده و این عامل باعث جلوگیری از تراوش جریان خواهد شد. بصورت کلی زمین شناسی محل سد مشتمل بر سنگهای آتشفشانی آندزیتی و تراکی بازالتی است. بر اساس نتایج حاصل از آزمایشات نفوذ پذیری به روش لوفران میزان نفوذپذیری 2/2*10-4 تا 4/2*10-4 سانتیمتر بر ثانیه می باشد. آزمایشات نفوذ پذیری به روش لوفران در آبرفت های رود خانه ای نیز تغییری بین 10 -2 تا 10 -5 سانتیمتر بر ثانیه داشت و متوسط نفوذپذیری آبرفت 10 -4 سانتیمتر بر ثانیه برآورد گردیده است.>2@
-3 طراحی سد گیوی در نرم افزار Geo Studio
در ابتدا سد خاکی گیوی با اندازه و شیب های واقعی مدلسازی می شود و پس از انجام تحلیل ها ضریب اطمینان در شرایط استاتیکی و دینامیکی مربوط به شیب های بالا دست و پایین دست بدست می آید ، این عمل به ما کمک می کند که مقایسه ای در جهت تعیین ابعاد بهینه سد بین ضرایب اطمینان حالت اصلی و حالت مسلح شده داشته باشیم. همانگونه که می دانیم ضریب اطمینان پایداری خاک در حالت استاتیکی 1.5 و در حالت دینامیکی 1.1 می باشد .
در مدلسازی های این فصل قصد داریم با افزایش شیب سد گیوی و به کمک ژئوتکستایل ها با ظرفیت 180 کیلونیوتن این ضرایب اطمینان را حاصل کنیم و تا جایی که استفاده از این ژئوتکستایل ها امکان پذیر باشد افزایش شیب سد را ادامهدهیم . مسلماً با افزایش بیشتر شیب بدنه سد نیاز به ژئوتکستایل ها بیشتر خواهد شد و پیش بینی می کنیم که در نهایت برای تأمین ضریب اطمینان پایداری خاک نیاز به استفاده از چندین لایه ژئوتکستایل خواهیم داشت.
روند کلی طراحی اینگونه است که ابتدا شیب بالا دست را با کمک ژئوتکستایل ها به حالت نهایی می رسانیم و سپس این شیب را نگه می داریم و شروع به افزایش شیب پایین دست می کنیم ، این روند تا جایی ادامه خواهد داشت که استفاده از ژئوتکستایل ها از نظر اقتصادی به صرفه تر از کاهش شیب باشد . شکل :2 هندسه سد خاکی غیر مسلح گیوی به همراه ضریب اطمینان های شیب های بالا دست و پایین دست در شرایط استاتیکی و دینامیکی برای مدلسازی ابتدا لازم است به کمک نرم افزار SEEP/W به مدلسازی شرایط تراوش و جریان آب در خاک بپردازیم . از قابلیت های این برنامه ترسیم تراز آب عبوری از درون خاک و بردارهای سرعت و ترسیم خطوط جریان و هم پتانسیل و محاسبه دبی عبوری برای مقطع مشخصی از خاک است . شکل های3 الی 6آنالیز اولیه حالت موجود سد خاکی را نشان می دهند .
