بخشی از مقاله
خلاصه
رفتار پیچیده مصالح خاکی سد ارزیابی کمی و کیفی پارامترهای رفتاری خاک را ضروری مینماید. تحقیقات نشان میدهد که ارزیابی غلط اینگونه پارامترها اغلب علت به مخاطره افتادن پایداری سدهای خاکی بوده است. با کمک تحلیلهای عددی بازگشتی مبتنی بر دادههای قرائت شده از ابزار دقیق نصب شده در بدنه سد میتوان پارامترهای واقعی مصالح بدنه سدهای خاکی را استخراج نمود و آنها را با مقادیر مرحله طراحی مقایسه کرد تا میزان تحلیلهای تئوریک که طراحی سد بر پایه آن استوار است را با مقادیر واقعی آن مقایسه نمود و در صورت وجود اختلاف خارج از استانداردهای تعریف شده تمهیدات لازم برای رفع خطرهای احتمالی اندیشیده شود. بر این اساس میتوان انجام تحلیلهای برگشتی برای رسیدن به پارامترهای حقیقی مصالح بدنه سد داریان بهمنظور پیشبینی عملکرد سد در آینده را امری ضروری و اجتنابناپذیر دانست.
1. مقدمه
احداث سد یکی راهکارهای تأمین آب مورد نیاز انسان به شمار میرود. انسان برای رفع این مشکل از زیادی سود میجوید. سدها محلی برای ذخیره و استفاده بهینه از آب میباشند. سرزمین پهناور ایران در منطقهای خشک و نیمهخشک قرارگرفته و توزیع نامتوازن جریانهای سطحی محدودیتهای عمدهای را در امر استفاده بهینه از آب، این عنصر حیاتی به وجود آورده است.
احداث سازههای آبی مناسب و بهرهگیری از آن در آبیاری زمینهای کشاورزی، صنایع، تأمین آب آشامیدنی و تولید انرژی الکتریکی بهعنوان صنعت پایهای زمینه ساز پیشرفت سایر بخشهای توسعه اقتصادی میباشد. با ساخت و شروع بهرهبرداری از ابر سازهای چون سد، در واقع برای جامعه پاییندست شرایط بالقوه مخاطرهآمیزی میتواند ایجاد شود. شکست سد پدیده نابهنجاری است که با ایجاد سیل در پاییندست همراه بوده و میتواند موجب خسارتهای جانی و مالی قابل ملاحظهای گردد. دامنه این خسارتها، چه در بعد زمان و چه در بعد مکان، بسیار گسترده بوده و حتی میتواند موجب کاهش اعتبار ملی یک کشور گردد
در سال 1962، گروه اسپانیایی بررسی کارهای عمومی نتایج مطالعه خود را درباره 1620 فقره از سدهای مهم جهان منتشر کرد. در سال 1799 تا 1944 تعداد 308 خرابی در این سازهها روی داده بود. کمتر از نصف این سوانح ناشی از فروریختن سد بوده است. شمار سدهایی که مشکل داشتهاند عبارتاند از: 177 سد خاکی، 70 سد قوسی، 2 سد چند قوسی و 52 سد از انواع دیگر میباشد .[2] اطلاعات آماری اشاره بر این دارد که سدهای خاکی بیش از سدهای بتنی در معرض تخریب بوده، همچنین بیش از پنجاه درصد خرابیها یا آسیب دیدگیها، سدهای خاکی در حین ساخت و یا اولین آبگیری بوده است
در کتاب سدها و ایمنی مردم نوشته یانسن آمده است که سد Buffalo Creek در آمریکا در سال 1972 بر اثر نامناسب بودن جنس مصالح و سرریز شدن آب از سد شکست و جان 125 نفر را گرفت، سد خاکی Mill River در آمریکا با ارتفاع 13 متر در اثر عبور زه آب از پنجه در سال 1874 شکسته شد و جان 143 نفر را گرفت، سد Bila Dsna در جمهوری چک در سال 1915 با ارتفاع 17 متر در سال 1916 براثر طراحی و اجرای نامناسب شکست و جان 62 نفر را گرفت، شکست سد خاکی Machhu در هند در سال 1979 براثر سرریز آب جان 25000 انسان را گرفت و نیز شکست سد Teton در سال 1976 در اولین آبگیری، ضمن کشته شدن 11 نفر، نیم میلیارد دلار خسارت بر جای گذاشت که علت آن رگاب1 در اثر پدیده قوسزدگی 2 مغزه اعلام گردید. مثالهایی در این زمینه هستند، بهعنوان نمونه در ایران، سد خاکی مهاباد را میتوان نام برد که در طی سالهای 1346-1349 ساخته شد و طی اولین آبگیری ترکهای عمیقی روی تاج و قسمتهای مرکزی آن مشاهده گردید
بررسی آمار و ارقام سدهای در دست بهرهبرداری نشان می دهد که از انواع سدهای ساختهشده، سدهای خاکی3 و سنگریزهای4 بیشترین سهم را به خود اختصاص داده و در کشور ما نیز حدود %75 سدهای در حال بهرهبرداری را این دسته تشکیل میدهند. همچنین با بررسی آمارها میتوان دریافت که بیشترین آمار شکست در چهار دهه گذشته، مربوط به سدهای خاکی و سنگریزه ای، با %75 بوده است. [5] بنابراین پایداری سدها بهویژه در دهههای اخیر مورد توجه خاص مهندسین طراح بوده است. رفتار پیچیده مصالح خاکی سد ارزیابی کمی و کیفی پارامترهای رفتاری خاک را ضروری مینماید. تحقیقات نشان میدهد که ارزیابی غلط اینگونه پارامترها اغلب علت به مخاطره افتادن پایداری سدهای خاکی بوده است
2. مروری بر پیشینه تحقیق
از جمله سدهای خاکی بزرگ دنیا که بهمنظور پایداری هیدرولیکی در دوران ساخت، اولین آبگیری و بهرهبرداری مدلسازی گردید و تحلیلهای عددی روی آن صورت گرفت، سد خاکی LG-4 واقع در شمال شهر Quebec در کشور کانادا میباشد
سد خاکی Darwin در کشور استرالیا قرار دارد. این سد در سال 1990 بهرهبرداری شد و با توجه به نتایج بهدست آمده از تحلیلهای عددی مشخص گردید که سد در اولین آبگیری و دوران بهرهبرداری دچار شکست هیدرولیکی نخواهد شد
سد خاکی - سنگریزهای HoaBinh در کشور ویتنام در سال 1990 مورد بهرهبرداری قرار گرفت. بر اساس نتایج بهدست آمده از مشاهدات عینی و محاسبات کامپیوتری حاصل از مدلسازیهای سهبعدی، سد HoaBinh تا پایان سال 2005 شرایط مطلوبی از لحاظ پایداری و ایمنی را خواهد داشت
سد خاکی- سنگریزهای مارون با بیشینه ارتفاع 170 متر، یکی دیگر از مرتفعترین سدهای سنگریزهای ایران میباشد که با مدلسازیهای عددی فرآیند تحکیم در آنالیز تنش مؤثر انجامشده، نتایج بهبود یافت و به واقعیت نزدیک گردید. بهطورکلی تغییر مکانهای ایجاد شده در حد قابل قبولی بوده و مشکل خاصی را ایجاد نمینماید
سد تبارک آباد در نزدیکی شهر قوچان ساخته شده است. این سد در دوران ساخت با استفاده از مدلسازی عددی و انجام تحلیلهای برگشتی مورد ارزیابی قرار گرفت و طبق نتایج بهدست آمده مشخص شد که هیچ تنش اضافی در اثر افزایش فشار سربار به قسمتهای پایین هسته منتقل نمیگردد و در نتیجه فشار آب حفرهای نیز نه تنها افزایش نمییابد بلکه به علت پدیده تحکیم سیر نزولی پیدا میکند
سد ارداک یک سد خاکی بلند در شمال شرق ایران است. از طریق مدلسازی سد با کمک تحلیلهای بازگشتی، رفتار شبیه سازی شده سد با رفتار پیشبینی شده آن در مرحله طراحی مقایسه گردید. نتایج این مقایسه نشان داد توزیع مقادیر نشست مدل بهطور قابل ملاحظهای متفاوت با طرح پیشبینی شده است. متوسط نسبت قوسزدگی در یک چهارم پایین هسته از مقادیر پیشبینی شده در مرحله طراحی کمتر میباشد اما توزیع تنش محاسبه شده انتقال تنش مطلوبی از هسته به پوسته را نشان میدهد؛ بنابراین سد در مقابل فرسایش داخلی ناشی از شکست هیدرولیکی ایمن به نظر میرسد
3. طرح مسئله و ضرورت
به بیان ICOLD5 بهطورکلی این اصل پذیرفته شده است که ایمنی سدها فقط به طراحی و ساخت مناسب آنها بستگی ندارد، بلکه رفتارنگاری عملکرد واقعی سد در طول چند سال اول فعالیت و در کل دوران بهرهبرداری آن نیز بسیار تأثیرگذار است. بر این اساس یکی از مهمترین توصیههای کمیته بینالمللی سدهای بزرگ، کنترل مستمر ایمنی و پایداری سدها در طی ساخت و بهرهبرداری است و در راستای این هدف ابزارگذاری در سدهای بزرگ الزامی است.
رفتارنگاری1 به معنای بررسی عملکرد یک سازه در دوران ساخت و مرحله بهرهبرداری و تطبیق آن با پیشبینیهای زمان طراحی میباشد. به مجموعهای از تجهیزات که برای رفتارنگاری یک سازه به کار میرود، ابزار دقیق2 میگویند. هر یک از ابزار نصب شده در پروژه باید برای رسیدن به جواب مسئلهای خاص انتخاب و جاگذاری شود. تبعیت از این قانون ساده، کلید موفقیت در زمینه ابزارگذاری است. به علت پیچیدگی رفتار یک سد خاکریزهای بهعنوان پیچیدهترین سازه ژئوتکنیکی از زمان ساخت اولین سدها تاکنون، مهمترین نگرانی مهندسان طراح سد میزان انطباقپذیری رفتار واقعی سد با رفتار پیشبینی شده بوده است زیرا تعیین دقیق خواص مصالح بخشهای مختلف در مرحله طراحی مشکل و نیاز به تجربه بالا دارد و همواره با عدم قطعیت همراه میباشد.
برای آگاهی درست، دقیق و بهموقع از رفتار سد، ابزار ضروری طبق نظر طراح در مقاطع بحرانی و آنالیز شده نصب میشود و رفتار سد در زمانهای مختلف ازجمله: هنگام ساخت، اولین آبگیری، اتمام ساخت، حین بهرهبرداری، پس از هر سیل بزرگ، پس از هر زلزله و تخلیه سریع، کنترل و بررسی میشود. تجربه ارزیابیشده همراه با تحلیلهای طراحی و کنترل ساختمجموعاً باید منجر به کیفیت مطلوب و امنیت سد شود.
در حال حاضر، رفتارنگاری در سدهای خاکی با رفتار بسیار پیچیده، بخشی از برنامه جامع کنترل پایداری است. به عبارتی، هدف اصلی رفتارنگاری تشخیص هرگونه مشکل احتمالی که پایداری سد را تهدید میکند، است. این امر بهخوبی با رفتارنگاری توسط ابزاردقیق برآورده میشود .[14] بهگونهای که رفتارسنجی سد را ضروری مینماید. رفتارسنجی سدهااصولاً منجر به ارزیابی پارامترهای طراحی، کاهش خطرپذیری، کنترل کیفیت در حین ساخت و نیز بررسی دقیق پایداری در دوران اولیه بهرهبرداری و بهرهبرداری دراز مدت میشود. بهطورکلی رفتارنگاری سدها دارای اهداف زیر میباشد :
-1 ارزیابی فرضیات طراحی
-2 پیشبینی عملکرد سد در حین ساخت، اولین آبگیری و دوران بهرهبرداری
-3 آگاهی از گسترش رویدادهای غیر ایمن در سد، در دوران بهرهبرداری و در زمان عمر مفید سد
-4 بهبود روشهای طراحی بهمنظور ساخت سدهایی با ایمنی بالاتر و در شرایط اقتصادیتر
بهطور خلاصه برای به حداقل رساندن خطراتی که منجر به ناپایداری میشوند، در نظر گرفتن نکات مهم شامل نصب ابزار دقیق در بدنه و پی سد، ثبت دادههای ابزار نصب شده در کلیه مراحل اجرایی، ثبت هرگونه حادثه غیرمعمول، مدل کردن روند پیشرفت پروژه، تحلیل سریع دادههای ابزار دقیق و مقایسه آنها با پارامترهای طراحی و در صورت نیاز تحلیلبرگشتی3 ضروری است.
بهطورکلی رفتارنگاری به سه دلیل اصلی انجام میشود که شامل کنترل ایمنی سد، مقایسه عملکرد واقعی با پیشبینیهای طراحی و نهتاًی تجربهای برای طراحیهای آینده میباشد. یک روش متداول برای شبیهسازی رفتار واقعی سد، تحلیلهای عددی بازگشتی بر مبنای دادههای قرائت شده از ابزار دقیق است. با این روش امکان مقایسه رفتار پیشبینی شده سد در مرحله طراحی و رفتار واقعی سد مهیا میشود که در صورت رؤیت اختلاف غیر ایمن و نامناسب بین این دو، تمهیدات مناسب برای ایمنی در دوران بهرهبرداری منظور خواهد شد. بر این اساس داشتن پارامترهای واقعی مصالح میتواند طراح را در راستای طراحی و پیشبینی صحیح و بهینه رفتار سد کمک نماید .[16]
4. هدف از انجام تحقیق
سد داریان بر روی رودخانه سیروان، 35 کیلومتری شمال غربی شهرستان پاوه استان کرمانشاه در غرب ایران قرار دارد. این سد در مسیر راه آسفالته پاوه-نودشه و در کنار روستایی به همین نام واقع شده است. سد فوق سدی سنگریزهای با هسته رسی است. طول تاج سد داریان 368 متر، ارتفاع از پی 179 متر، ارتفاع از بستر 146 متر، حجم بدنه سد 9/70 میلیون مترمکعب، حجم مخزن در نرمال 316/30 میلیون مترمکعب میباشد. مقطع عرضی حداکثر بدنه سد داریان در شکل 1 نشان داده شده است. ساختگاه سد داریان در زون زاگرس مرتفع و در بالادست گسل داریان واقع شده است.
