بخشی از مقاله
خلاصه
نشت زیر سد، یکی از مسائل مهم در طراحی سدهای خاکی می باشد. یکی از روشهای معمول جهت کنترل تراوش و کاهش نفوذپذیری پی سدها استفاده از دیوارهای آب بند بتن پلاستیک است. تفاوت خصوصیات مکانیکی دیوار بتن پلاستیک با مصالح آبرفتی مجاور آن و با بدنه سد، باعث انتقال بار اضافی به دیوار شده و احتمال شکست دیوار آب بند را، در شرایط مختلف بارگذاری افزایش می دهد.
بنابراین تعیین مدل رفتاری مناسب که بتواند رفتار غیر خطی تنش-کرنش مصالح بتن پلاستیک را شبیه سازی نماید ضروری بوده و این مدل می تواند در مطالعه اندرکنش خاک-دیوار آب بند مورد استفاده قرار گیرد. بدین منظور در این تحقیق بر اساس مدل رفتاری غیر خطی هذلولی و نتایج آزمایشات سه محوری، در فضای کرنش های انحرافی و حجمی، پارامترهای مدل تعیین گردیده است.
داده های آزمایشات سه محوری بتن پلاستیک دیوار اب بند سد سومبار در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته اند. اگر چه مدل غیر خطی هذلولی برای خاک ها توسعه یافته است اما نتایج این تحقیق نشان می دهد که می توان با دقت مناسبی جهت پیش بینی رفتار بتن پلاستیک نیز از آن بهره گرفت.
1. مقدمه
یکی از عمده ترین روش های آب بندی در سد های خاکی، استفاده از دیوارهای آب بند بتن پلاستیک می باشد که با توجه به خصوصیات شکل پذیری آن، می تواند در برابر بارهای جانبی مثل زلزله و همچنین بارهای حاصل از نشست سد ، خاصیت آب بندی خود را حفظ نماید.
بتن پلاستیک ، مصالحی با مقاومت فشاری به مراتب کمتر از بتن های معمول سازه ای بوده و در عین حال از شکل پذیری بالاتر و نفوذ پذیری کمتری برخوردار است. مصالح اصلی بتن پلاستیک عبارت از سیمان، بنتونیت، آب، سنگدانه و در صورت لزوم مواد افزودنی.
تعیین پارامترهای مقاومتی و تغییر شکلی بتن پلاستیک با آزمایش سه محوری، از اقدامات متداول در طراحی و رفتارسنجی دیوار آب بند سدهای خاکی می باشد. در اکثر تحقیقات قبلی انجام شده، جهت بررسی اندرکنش دیوار آب بند با مصالح مجاور، برای بتن پلاستیک دیوارآب بند مدل رفتاری دقیقی تعریف نشده است و در واقع مدل رفتاری مناسبی که بتواند رفتار تنش-کرنش مصالح بتن پلاستیک را پیش بینی نماید موجود نمی باشد. تقریبا در تمامی حالات با فرضیات ساده کننده ای، مدل رفتاری موهرکولمب را برای بتن پلاستیک درنظرگرفته اند که این مسئله می تواند در پاسخ های اندرکنش دیوار آب بند با مصالح مجاور تاثیرگذار باشد.
یک سری آزمایش سه محوری بر روی نمونه هایی از بتن پلاستیک سد خاکی سومبار صورت گرفته است. این آزمایش ها، رفتاری مشابه با رفتار خاک ها تحت آزمایش سه محوری را نشان می دهند. در این تحقیق بر پایه مدل رفتاری غیر خطی هذلولی و با استفاده از نتایج آزمایشات سه محوری بر روی بتن پلاستیک دیوار اب بند سد سومبار[2]، در فضای کرنش های انحرافی و حجمی پارامترهای مدل با انجام آنالیز برگشتی بر روی داده های آزمایش سه محوری تعیین گردیده و رفتار تنش-کرنش بتن پلاستیک تحت آزمایش های سه محوری توسط تابع پیشنهاد شده مدل هذلولی شبیه سازی گردیده است.
2. آزمایش های سه محوری
در این تحقیق از نتایج آزمایش سه محوری تحکیم یافته زهکشی شده - CD - ، سه نمونه بتن پلاستیک، با طرح اختلاط یکسان در تنش های همه جانبه مختلف استفاده شده است .[2] سن این نمونه ها 28 روزه می باشد که به مدت دو روز اشباع شده و سپس تحت آزمایش سه محوری قرار گرفته اند. نتایج حاصل از آزمایش سه محوری تحکیم یافته زهکشی شده مطابق نمودار شکل - 1 - می باشد. در این نمودارها منحنی های تنش تفاضلی و کرنش حجمی در برابر کرنش محوری برای سه نمونه با تنش های همه جانبه مختلف رسم شده است. با رسم دوایر موهر پارامترهای برشی بتن پلاستیک، چسبندگی - C - و زاویه اصطکاک داخلی - - به ترتیب 15 کیلو پاسکال و 32/5 درجه بدست آمده است.
شکل -1 نتایج آزمون های سه محوری الف - تنش-کرنش، ب - کرنش حجمی-محوری بتن پلاستیک سد سومبار با شرایط CD
3. مشخصات مدل رفتاری
ارتباط تنش و کرنش خاک ها تحت شرایط بارگذاری، باربرداری و بارگذاری مجدد بسیار پیچیده می باشند. مدل دانکن و چانگ[1] به عنوان یکی از مدل ها مناسب در بین قوانین تشکیل دهنده جهت توصیف رفتار یک المان خاک در سد خاکی درنظرگرفته می شود. این مدل براساس تحقیقات کندنر[6-3] توسعه یافته است. کندنر و زلاسکو [5] نشان دادند که منحنی های تنش-کرنش برای یک تعداد از خاک ها را می توان با دقت قابل قبولی با مدل هذلولی تخمین زد. معادله تنش-کرنش مدل هذلولی برای خاک به صورت رابطه - 1 - بیان می شود:
که - 1- 3 - تنش انحرافی، 1 کرنش محوری، مدول مماسی اولیه و - 1 − 3 - مقدار نهایی تنش انحرافی می باشد شکل . - 2 - انواع پارامترهای مدل هذلولی نیز در جدول - 1 - ارائه گردیده است.
شکل- 2 نمودار هذلولی یک منحنی تنش-کرنش[5]
جدول -1 خلاصه ای از پارامترهای مدل هذلولی
3. 1 تعیین پارامترهای هذلولی بتن پلاستیک
دو مرحله جهت محاسبه پارامترهای مدول، Rf،K و n دخیل می باشند. ابتدا مقدار را برای هر آزمون با توجه به داده های موجود در منحنی تنش-کرنش، در فضای 1~ 1/ - 1- 3 - تعیین نموده و سپس در فضای لگاریتمی - 3~ - مقدار و تعیین می گردد.
شکل - 4 - روند محاسبه و - 1 − 3 - را به طور خلاصه با استفاده از نتایج آزمون سه محوری نشان می دهد. بر اساس تجربیات انجام شده با چندین درصد منحنی های تنش-کرنش، دانکن[7] جهت رسم منحنی در فضای 1~ 1/ - 1- 3 - فقط دو نقطه 70% و 95% مقاومت را مطابق شکل - 2 - پیشنهاد داد. مقدار و - 1 − 3 - به ترتیب معکوس عرض از مبدا و معکوس شیب خط می باشند.
