بخشی از مقاله
خلاصه
طراحان سازههای ژئوتکنیکی از قبیل سدهای خاکی با انواع گوناگونی از مواد ناهمگن و شرایط مختلف طبیعی مواجه هستند که سبب پیچیدگی به لحاظ رفتاری و شرایط بوده است. همچنین این سازهها در طول عمر خود خصوصیات و رفتار آنها ثابت نخواهد بود. ازاینرو رفتار نگاری اینگونه سازهها در امر تحلیل و نگهداری نقش بسزایی در پایداری دارد و بایستی در این مورد دقت کافی به عمل آید. در این پژوهش پس از مدلسازی سد 15 خرداد با نرمافزار FLAC، به صحت سنجی و مقایسه نشست و جابجایی قسمتهای مختلف در این سد با ابزار دقیق پرداختهشده است. نتایج نشان میدهد که مدلسازی از دقت خوبی برخوردار بوده و جهت رفتارنگاری کامل و سالم سد، شایسته است در اسرع وقت نسبت به رفع نقص انحراف سنجها اقدام شود.
.1 مقدمه
بهطورکلی مراقبت از سدها در مقایسه با سایر سازههای مهندسی از حساسیت بیشتری برخوردار بوده و نیازمند دقت عمل بیشتری است. دلیل اصلی این موضوع عواقب بسیار ناخوشایندی است که خرابی سدها به همراه دارد. آمار عملکرد سدها بیانگر این واقعیت است که %1 سدها بر اساس آمار کمیته جهانی سدهای بزرگ - ICOLD - طی صدسال گذشته، تنها در اثر خرابی سدهای بزرگ حدود هجده هزار تلفات جانی و خسارات سنگین اقتصادی وارد آمده است. بهمنظور به حداقل رساندن مخاطرات اجرای یک سد و افزایش عمر بهرهدهی آن لازم است که بهطور مرتب سد در زمان عمر خود - بهرهبرداری - بهطور کامل رفتار نگاری شود تا زوایای پنهان سد بیشتر نمایان شود و از حوادث احتمالی در آینده جلوگیری شود.
تحلیل پایداری شیروانیها، یکی از مهمترین بخشهای طراحی در پروژههایی است که در آن احتمال پتانسیل لغزش بر روی شیروانی وجود دارد .[1] از زمان ارائهی اولین روش تحلیل پایداری شیروانیها توسط فلنیوس[2] 1 تاکنون، تحقیقات زیادی در این زمینه انجامشده است. در حال حاضر روشهای تحلیل شیروانی عبارتاند از: روشهای تعادل حدی المانهای کوچک، روشهای المان مرزی [3]، روشهای اجزای محدود [4] و روشهای شبکهی عصبی 5] و [6 که از میان اینها روشهای تعادل حدی المانهای کوچک به علت سادگی و سهولت در کاربرد نسبت به سایر روشها متداولتر هستند .[7]
توجه به این نکته ضروری است که طراحی و اجرای یک سد، تنها بخشی از مجموعه فعالیتهای پروژه است و در کنار آن کنترل ایمنی و پایداری اجزای مختلف آن با توجه به اهمیت سازه سد از جنبههای مختلف در طول دوران ساخت و بهرهبرداری از مهمترین مسائل است. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که سدها همواره باید تحت کنترل باشند. بازرسی پیوسته در مورد عملکرد سدها مخصوصاً سدهای خاکی، نهتنها از دیدگاه پیشرفت شناخت رفتار بخشهای مختلف سد اهمیت دارد بلکه از دیدگاه ایمنی و رفع نواقص احتمالی و کمک به مهار شدن عواملی که ممکن است باعث تخریب سد گردد از اهمیت خاصی برخوردار است. این همان مطلبی است که در سد مورد تحقیق قرار خواهد گرفت.
با توجه به اینکه نسبتاً مدت زیادی از ساخت و بهرهبرداری این سد میگذرد، حجم بالای اطلاعات جمع شده از ابزار دقیق سد و اینکه رفتار نگاری کاملی در دوران بهرهبرداری صورت بگیرد این پژوهش بر روی سد پانزده خرداد صورت پذیرفت. در 40 سال گذشته پیشرفت قابلتوجهی درزمینهی تحلیل استاتیکی پایداری و تعیین تغییر مکان در بررسی سطوح شیبهای خاکی حاصلشده است. گسترش کاربرد رایانههای شخصی باعث تحول مهمی در نحوه محاسبات تحلیل پایداری گردید. تا 40 سال پیش امکان انجام محاسبات مربوط به تعیین تغییر مکان در بررسی سطوح شیبدار میسر نبود اما پسازآن این امر با کمک روش المانهای محدود و تفاضل محدود امکانپذیر گشت.
برای جلوگیری از خرابی سدها پیشبینی مخاطرات نقش بسزایی دارد. بیشترین تعداد خرابی، به ترتیب مربوط به سدهای خاکی، وزنی، سنگریزهای، چند قوسی و قوسی بوده است .[8] در کشور ما سدهای زیادی ساختهشده که عمدهی آنها سدهای خاکی و سنگریزهای است که نقش مؤثری در توسعه صنعت آبدارند .[9] از طرفی آمار سدهای دنیا و سدهای داخلی نشان میدهد که بیش از 50 درصد - در بعضی کشورها تا 90 درصد - سدها از نوع خاکی و سنگریزهای است .[10] امروزه بستههای نرمافزاری قدرتمندی برای تحلیل شرایط محیط متخلخل ارائهشده است که مبنای کار آنها استفاده از روشهای عددی مختلف مانند تفاضل محدود و اجزاء محدود است .[11]
سلیمانی و همکاران [12]، در مطالعهای به بررسی علل نشست بیشازحد سد مهاباد پرداختند. آنان نشست پی را از زمان ساخت تا زمان اتمام عملیات اجرایی 130 cm و در دوره بهرهبرداری 60 cm، همچنین به ترتیب حداکثر نشست و جابجایی افقی را 150cm و 100cm و همچنین حداکثر نشست هسته رسی چهار سال بعد از بهرهبرداری را 110cm اندازهگیری کردند. این میزان تغییر شکل بسیار بیشتر از استانداردهای طراحی بود و با توجه به اطلاعات موجود برای شبیهسازی رفتار سد تحت شرایط ساخت و بهرهبرداری از برنامه المان محدود plaxis استفاده و رفتار سد برای حدود 30 سال مدل شد .
همخوانی نتایج خروجی و دادههای واقعی سد نیز خوب بود. درنهایت با توجه به نتایج ارزشمندی که از آنالیز معکوس بدست آمد و همچنین با توجه به بانک اطلاعاتی مربوط به سیستم ابزار دقیق که در یک بازه زمانینسبتاً طولانی تهیهشده بود به بررسی وضعیت سد اعم از علل تغییر شکلها، وضعیت پی، وجود ترک و مسئله تراوش آن پرداخته شد، با توجه به مقادیر زیاد نشست پی میتوان گفت مصالح پی قبل از ساخت، حالت عادی تحکیم یافته داشتهاند.
همچنین به علت جایگزینی مصالح پاییندست در حین اجرا با مصالحی که درصد بالایی ریزدانه داشتهاند، پوسته پاییندست خاصیت پلاستیک و نشست پذیری تحکیمی و ثانویه پیداکرده است و به خاطر عدم اشباع شدن پوسته و احتمال لغزش آن، این بخش در رطوبتی بسیار کمتر از رطوبت بهینه متراکم شده و وزن مخصوص خشک و درنتیجه میزان تراکم کمی دارد. میتوان گفت این سد در حال حاضر بهمراتب پایدارتر از زمان ساخت است و ایمنی سد ازنظر کنترل تراوش مناسب است؛ اما با توجه به نشستهای زیاد بدنه و هسته رسی ارتفاع آزاد سد از بین رفته و سد در مقابل سیلاب ایمن نیست.
کاتبی و همکاران [13]، در بررسی تأثیر درجهی شیب در تحلیل پایداری شیروانیها با بهرهگیری از روش تعادل حدی و روش اجزای محدود با مطالعه موردی تکیهگاه راست سد یامچی اردبیل دریافتند که در برابر افزایش شیب شیروانی، روش اجزای محدود ضرایب ایمنی کمتری در مقایسه با روش تعادل حدی به دست میدهد. همچنین، با توجه به این نتایج مشاهده میشود که با افزایش سطح آب زیرزمینی در شیروانی این اختلاف بهصورت قابلملاحظهای بیشتر خواهد شد.
ازآنجاکه مشاهده و ثبت رفتار سدهای خاکی طی مرحله ساخت و در دوران بهرهبرداری اهمیت زیادی دارد، بهمنظور دستیابی به این هدف، وسایل و ابزار مناسبی در پی، تکیهگاههای جانبی، بدنه سد و سازههای جانبی نصب و دادههای حاصله بهصورت مستمر مورد تجزیهوتحلیل قرار میگیرد. دادههای ثبتشده توسط این ابزارها میتواند مورداستفاده طراحان سد و مسئولان بهرهبرداری قرار گیرد و در صورت و جود احتمال وقوع خطر هشدار لازم را جهت پیشگیری به مسئولان بدهد.
.2 مواد و روشها
.1 .2 معرفی سد موردمطالعه
سد خاکی 15 خرداد بهمنظور تأمین نیاز آب کشاورزی اراضی حاشیه رودخانه قم رود از محل عباسآباد تا سمت قم و قسمتی از این دشت جمعاً به وسعت 8000 هکتار و همچنین تأمین قسمتی از نیاز آب شرب شهر قم به مقدار 1 تا 1/2 مترمکعب در ثانیه احداثشده است. این سد خاکی در 5 کیلومتری جاده دلیجان- قم بر روی رودخانه قم رود ساختهشده است. این سد یک سد خاکی غیر همگن با هسته رسی غیرقابل نفوذ و بازوی خاکی در سمت راست آن به انضمام تونلهای انحراف و تونل سرریز نیلوفری میباشد.
بدنه اصلی به ارتفاع 96/8 متر از سنگ کف و 54/3 متر از کف رودخانه با طول تاج 320 متر بوده و با حجم خاکریزی بیش از دو میلیون مترمکعب ساختهشده است. این سد در فاصله زمانی بین سالهای 1365 تا 1370 هجری شمسی احداثشده، در سال 1373 آبگیری و از سال 1374 به بهرهبرداری رسیده است .[14] مطابق شکل 1، محل سد 15 خرداد در مجاورت دهکده عباسآباد و با ارتفاع 1395 متر از سطح دریا بر روی رودخانه قم رود بنا گشته که دسترسی به محل سد از طریق جاده آسفالته قم - اصفهان امکانپذیر است .[15]
