بخشی از مقاله
چکیده
هسته رسی سدهای خاکی و سنگریزهای محیطی است که در آن دو فاز جامد و مایع در تقابل قرار میگیرند. افزایش بیش از حد فشار آب موجود در ترکها باعث ایجاد و گسترش ترکخوردگی در توده رسی میگردد. این فرآیند به نام شکست هیدرولکی نامگذاری شده و یکی از خطرناکترین پدیدههای خرابی در سدهای خاکی میباشد. نتایج این نوشتار حاکی از آن است که غالبا" فرآیندهایی که منجر به خرابی سد در اثر شکست هیدرولیکی میشوند در جریان ساخت و آبگیری اولیه مخزن بروز می کنند و بنابراین محتملترین زمان وقوع شکست هیدرولیکی برای سدهای خاکی اولین آبگیری از سد میباشد. مطالعه موارد وقوع شکست هیدرولیکی در سدهای خاکی همین نظر را تأئید میکند. خطر وقوع شکست هیدرولیکی وقتی که مخزن سد با سرعت بالایی آبگیری میشود به مراتب بیشتر از حالتی است که آبگیری با سرعت پائینی انجام شود. بر اساس نتایج این نوشتار بعد از آبگیری اولیه احتمال وقوع شکست هیدرولیکی بسیار ضعیف میباشد.
١- مقدمه
در یک محیط خاکی اگر فشار آب با غلبه بر تنش موثر موجب ایجاد و یا گسترش ترک در توده خاک گردد، اصطلاحا" گفته میشود که در خاک ترک هیدرولیکی اتفاق افتاده و این پدیده را شکست هیدرولیکی مینامند. هسته سدهای خاکی و سنگریزهای محیطی است که در معرض ترک خوردگی ناشی از این پدیده قرار دارد و از آنجایی که در این نوع سدها هسته نقش آببندی را به عهده دارد، هرگونه ترکخوردگی و یا فرسایش درونی در آن میتواند منجر به اختلال در عملکرد سد و یا انهدام کامل آن گردد، که در مورد اخیر خطرات زیان باری متوجه پائیندست سد میباشد.
از سوی دیگر در غالب سدهایی که در اثر این پدیده مخرب دچار خرابی شدهاند، پائیندست سد هیچ علامت هشداردهندهای از خود نشان نداده است و یا اینکه فاصله بین بروز علائم مذکور و خرابی سد به قدری کوتاه بوده که عملا" عملیات موثری برای جلوگیری از خرابی صورت نگرفته است. با تفاسیر فوق شناسایی مکانیزمهای مختلف خرابی توسط این پدیده و همچنین زمان محتمل در وقوع مکانیزمهای مذکور ضروری به نظر میرسد. در این نوشتار راهکار موردنظر برای پیشبینی زمان خرابی بدین صورت انتخاب شده است که ابتدا عوامل موثر در ایجاد ترک هیدرولیکی و همچنین عوامل زمینه ساز این پدیده مورد بررسی واقع شده و سپس بر مبنای شرایط مختلف ساخت، آبگیری و بهرهبرداری سدهای خاکی و امکان وقوع هریک از این عوامل در آن شرایط زمان محتمل برای ایجاد ترک هیدرولیکی در سد تخمین زده میشود.
٢- عوامل موثر در ایجاد شکست هیدرولیکی
شکست هیدرولیکی به واسطه غلبه فشار آب بر تنش موثر در یک توده خاکی، ایجاد میشود. بنابراین هر عاملی که فشار سیال را تقویت نماید و یا موجب کاهش سطح تنش موثر گردد و یا اینکه بطور موضعی در خاک فرسایش ایجاد نماید، زمینهساز بروز ترک هیدرولیکی میباشد. هم اکنون هریک از این سه عنوان را مورد بررسی قرار میدهیم و نهایتا" با استناد به این مباحث به تخمین زمان محتمل در وقوع شکست هیدرولیکی میپردازیم.
٢-١- فشار سیال چگونه افزایش مییابد؟
همانگونه که گفته شد، اگر فشار سیال در یک توده خاکی اضافه شود، احتمال بروز ترک هیدرولیکی افزایش مییابد. با این حال این نکته باید مورد توجه قرار گیرد که منظور از فشار سیال، فشار آب منفذی نمیباشد و بلکه فشار سیالی که بر دیواره ترک اولیه توده خاک واردشده و سعی دارد این ترک را گسترش دهد، موردنظر میباشد. در این ارتباط شکل - ١ - به تشریح جزئیات مذکور اختصاص یافته و فشار موردنظر با علامت Pcrack نشان داده شده است.
واضح است که این فشار در اثر آبگیری مخزن افزایش یافته و بواسطه تخلیه مخزن کاهش مییابد، بنابراین ارتفاع آب مخزن تعیینکننده مقدار آن میباشد. در صورتیکه مدت زیادی از آبگیری مخزن سد گذشته باشد، شرایط تراوش پایدار - Steady Seepage - در هسته برقرار شده و لذا بین فشار آب حفرهای داخل هسته و فشار سیال وارد بر وجه بالادست هسته، در مرز بین هسته و پوسته تفاوتی نیست و به همین دلیل امکان گسترش ترک منتفی میگردد.
٢-٢- سطح تنش موثر خاک چگونه کاهش مییابد؟
کاهش سطح تنش موثر در توده خاک باعث میشود که فشار لازم برای ایجاد و توسعه ترک کاسته شود. به عبارت دیگر تودهای که از سطح تنش موثر بالایی برخوردار است به راحتی دچار ترک هیدرولیکی نمیگردد و عمدتا" جاهایی از توده که به دلیلی خاص دچار کاهش سطح تنش موثر شدهاند در خطر ترکخوردگی هستند. عناوین مهمترین عوامل موثر در کاهش سطح تنش توده خاک به قرار زیر میباشد:
• نشستهای اختلافی
• نشست بالادست در آبگیری اولیه
• قوس زدگی
• ترک خوردگی
نشست اختلافی میتواند در اثر شیب تند تکیهگاهها، اختلاف جنس مصالح پی، وجود یک سازه ناهمگن در داخل بدنه و یا ناهمگنی توزیع آب مخزن در پی سد، بوجود آید. همچنین در جریان اولین آبگیری، پوسته و بخشی از هسته که آب در آن نفوذ کرده است به علت حضور آب و اشباع شدن، نشست میکنند. این پدیده باعث میشود که اندکی تاج سد به طرف بالادست کج شده و در همین حال ترکهایی در وجه پائیندست هسته سد بروز کند. در ارتباط با قوس زدگی نیز بطور خلاصه میتوان گفت که در سدهای خاکی عموما" مصالح هسته از سختی کمتری برخوردار هستند و در نتیجه هسته تلاش میکند که تنشهای خود را به پوسته منتقل کرده و از تنش کمتری برخوردار شود. این پدیده قوسزدگی نامیده میشود و منجر به ایجاد یک ناحیه کم تنش در میانه هسته میگردد.
