بخشی از مقاله
کاربرد روش المان مجزا (DEM) در برآورد میزان نشت و طراحی حد آببندي در ساختگاه سدها
(مطالعه موردي سد گتوند علیا)
چکیده
آنالیز تراوش و بحث آببندي پی و تکیه گاهها یکی از مراحل اساسی و ضروري در طراحی سدهاي خـاکی اسـت کـه در بسیاري از موارد احداث سد را در یک منطقه هم از نظر اقتصادي و هم جنبه امکان پذیري غیر قابل توجیه می نمایـد . در رابطه با بر آورد نشت توجه به وضعیت درزه داري به دلیل قابلیت بالاي گذردهی جریان در مقایسه بـا تخلخـل بـین دانه اي ماده سنگ بسیار حائز اهمیت است . بنابر این در این تحقیق سعی شده به کمک روش المان مجزا و با توجه به شرایط زمین شناسی و هندسی سد گتوند علیا یک مدل عددي سه بعدي ب ه گونه اي تهیه شود که با تغییر پارامترهاي هندسی و ژئومکانیکی قابل کاربرد در سایر پروژه هاي سد سازي آتی در کشور باشد. مدل بـه صـورت سـه بعـدي و بـه کمک نرم افزار 3DEC محصول شرکت ITASCA تهیه شده که قابلیت آنالیز تـوام هیـدرو ó مکـانیکی را دارا اسـت. قابل ذکر است که از نتایج حاصل می توان در مرحله طراحی به عنوان معیاري جهت تعیین میزان نشت یا تخمین عمق نفوذ پرده یا دیوار آببند بهره جست که در مورد سد گتوند حد آببندي 75 متر و میزان نـشت بـین2,06 تـا 4,43 متـر مکعب بر ثانیه تخمین زده شده است.
واژه هاي کلیدي: درزه،المان مجزا،3DEC،آببندي،گتوند علیا
-1 مقدمه
سد گتوند علیا در استان خوزستان و 25 کیلومتري شمال غرب شهرستان شوشتر واقع شده است. این سد بلندترین سد خاکی ایران و آخرین سدي است که بر روي رودخانه کارون قبل از ورود به دشت خوزستان احداث می گردد (شکل .(1 سد از نوع سنگریزه اي با هسته رسی با ارتفاع 178 ،طول تاج 740 و پهناي 1075 متر که به منظور تولید انرژي برق آبی و کنترل سیلابهاي فصلی در مجاورت شهرستان گتوند در حال احداث است.
!!
شکل :1 موقعیت جغرافیا یی سد گتوند علیا
ساختگاه سد در منطقه چین خورده زاگرس و شامل سازندهاي آغاجاري و بختیاري به صورت برجا و نابرجاست که در پی و تکیه گاهها رخنمون دارند. [1 ]
شکل :2 سازندهاي زمین شناسی ساختگاه سد گتوند علیا[1]
پی سد که موضوع اصلی بحث است مربوط به سازند آغاجاري و از نظر لیتولوژي تنـاوبی از ماسـه سـنگ،کنگلومرا ،لاي سنگ و گل سنگ است که علاوه بر لایه بندي داراي 3 دسته درزه قابل تشخیص است. به منظور تطابق هرچه بیشتر با شرایط طبیعی و لحاظ کردن درزه ها به عنوان مجاري اصلی فرار آب از روش المـان مجـزاي سـه بعـدي و نـرم افـزار 3DEC براي پیشبینی نرخ و عمق نفوذ جریان و دبی نشت استفاده شده است. مدل شامل بلوکی است که با توجـه بـه مفهوم REV به گونه اي انتخاب شده که معرف خصوصیات هیدرولیکی ساختگاه باشد.حل عددي نیز شامل دو مرحلـه کلی و چهار بخش است: مرحله اول تعادل استاتیکی ناشی از بار وزنی بدنه و تراز آب مخزن با پی و تغییر در بازشدگی درزه ها و مرحله دوم آنالیز هیدرو مکانیکی و در نهایت اندازه گیري جریان نشت و میزان فرار آب از زیر سازه است.
-2مطالعات زمین شناسی و زمین شناسی مهندسی
- زمین شناسی
ساختگاه سد شامل دو سازند اصلی است چون موضوع بحث در مورد سازند آغاجاري است تنها به خصوصیات زمین شناسی سازند آغاجاري که سد بر روي آن احداث می شود اشاره می کنیم. سازند آغاجاري در حدود 3000 متر ضخامت و شامل لایه هاي 2 تا 5 متري ماسه سنگ به رنگ خاکستري تا خاکستري متمایل به سبز و میان لایه هاي
گل سنگ و سیلت استون و مارن استون است قسمت فوقانی این سازند لهبري نامیده می شود و که شامل سیلت استون و مارن استون وماسه سنگ آهکی و میان لایه هاي ژیپس است هفتاد درصد ماسهسنگهاي سازند آغاجاري آهکی و سی درصد بقیه سیلیس است. [1]
شکل:3 نمونه اي از سنگهاي موجود در نمونه هاي گرفته شده از پی[1]
- ناپیوستگیها
با توجه به هدف از انجام این تحقیق و اساس کار نرم افزار به کار گرفته شده براي انجام آن ناپیوستگی ها مهمترین ساختارهاي موجود در توده سنگ است که علاوه بر میزان نفوذ پذیري در انتقال و توزیع مجدد تنش در توده سنگ سهم بسزایی دارند مطالعه و برداشت ناپیوستگی هاي موجود در محدوده ساختگاه هم از سطح و هم از حفاریهاي اکتشافی انجام گرفته است . برداشتها نشان دهنده 4 دسته ناپیوستگی هستند که 3 دسته آن درزه داري و دسته چهارم مربوط به توالی لایه ها در لایه بندي منطقه است.[2]
شکل:4 توزیع شیب و امتداد دسته درزه هاي موجود در ساختگاه سد
از بین این ناپیوستگی ها لایه بندي و دسته درزه J1 به دلیل بازشدگی نسبتا بالاي 1 تا 3 میلیمتر و فاصله داري حداکثر 5 متر و عدم وجود پر کننده خصوصا پر کننده هاي رسی حائز اهمیت هستند.بعلاوه از لحاظ شاخص کیفیت توده سنگ تقریبا بالاي 86 درصد از کرهاي گرفته شده داراي RQD بالاي 50 می باشند (شکل(5 که از این منظر سنگ در رده خوب تا متوسط جاي می گیرد.[2]
شکل:5 نمونه اي از کرهاي گرفته شده و وضعیت لایه بندي و درزه داري سازند آغاجاري[2]
- پارامترهاي ژئومکانیکی توده سنگ
به منظور اندازه گیري پارامترهاي ژئوتکنیکی آزمایشهاي برجا و آزمایشگاهی متعددي انجام گرفته که تنها به چند نمونه مختصر و نتایج آن اشاره می کنیم
- اندازه گیري مدول دگر شکلی
بدین منظور آزمایش بارگذاري صفحه اي صلب و انعطاف پذیر با صفحاتی به قطر 1 متر و در 5 چرخه بارگذاري با حد اکثر فشار 6 مگا پاسکال و آزمایش دیلاتومتر با پکر انعطاف پذیر و در اعماق مختلف انجام گرفته است نتایج نشانگر مدول دگر شکلی قائم 693 مگا پاسکال و در جهت افقی1877 مگا پاسکال بوده است.[3]
- پارامترهاي برشی ناپیوستگی ها
تا سال 1379 تعداد 11 تست برش برجا در ساختگاه انجام گرفته است ابعاد بلوك مورد نظر آزمایش 70*70 *35 سانتی متر که تحت بار 0,42 تا 4,9 مگا پاسکال تحکیم شده است. بارگذاري از سمت شمال به جنوب در طول ضعیفترین صفحات لغزش و بار وارده در 3 آزمایش تا حدود 4 مگا پاسکال بوده است نتایج این آزمایشها نشانگر مقاومت برشی حدود 0,5 مگا پاسکال و زاویه اصطکاك داخلی حدود 27 و زاویه اتساع 5 درجه است.[3]
- تعیین تنشهاي برجا
نتایج حاصل از آزمایش شکاف گمانه اي که در سه چال مختلف در سازند آغاجاري انجام گرفته که نرخ تنش افقی به قائم را بین 0,1 تا 0,5 تخمین زده که تقریبا منطبق بر نتایج حاصل از آنالیز معکوس ابزار دقیق ( همگرایی سنج و کشیدگی سنج ) نصب شده در تونلهاي انحراف آب است. [3 ]
- پارامترهاي ژئومکانیکی ماده سنگ
براي انجام آزمایشهاي مکانیک سنگی در شرایط رطوبت طبیعی 7 گمانه به عمق 170 متر تقریبا معادل ارتفاع سد در بستر و تکیه گاهها حفاري شده و به منظور تعیین پارامترهاي سنگ بکر آزمایشهایی چون مقاومت فشاري تک محوره ، آزمایش بار نقطه اي ، مقاومت کششی آزمایش 3 محوره ، آزمایش سرعت صوت و آزمایشهاي تعیین چگالی خشک ، طبیعی و اشباع ، تخلخل و دوام روي نمونه هاي گرفته شده انجام شده است که نتایج تستهاي آزمایشگاهی مورد استفاده در مدل در جدول1 گزارش شده است . [3 ]
جدول :1 نتایج تستهاي آزمایشگاهی روي نمونه هاي گرفته شده از پی
