بخشی از مقاله
چکیده
در مطالعه ارائه شده، آب بندی سازه های هیدرولیکی توسط طراحی دیواره آب بند، فیلتر و یا ترکیبی از آن ها مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور دیواره آب بند در بالادست و پایین دست سازه به طول 0/1، 0/2، 0/4، 0/7 و 0/9 ضخامت پی آبرفتی منظور گردید. هم چنین فیلتری به طول 1، 2، 3، 5، 8 متر در پایین دست سازه با فواصل ه، 1، 2، 3، 5 و 8 طراحی گردید.
مدل سازی ها به صورت دیواره آب بند بالادست، ترکیب دیواره آب بند بالادست و پایین دست و هم چنین ترکیب دیواره آب بند بالادست و فیلتر توسط روش المان محدود انجام شد. به عبارتی مطالعه ارائه شده برای ارائه مناسب ترین ترکیب آب بندی سازه ها صورت گرفته ا ست. در مطالعه زیر فشار به بررسی نحوه توزیع زیر فشار در طول کف سازه پرداخته شد. نتایج نشان داد که استفاده از دیواره آب بند با حداکثر طول خود 0/9 - ضخامت پی آبرفتی - موجب کاهش 218 درصدی در گرادیان خروجی و موجب کاهش 87 درصدی در مقدار زیر فشار خواهد شد. این در حالی است که کاهش زیر فشار در صورت استفاده از دیواره آب بند بالادست، فقط در بالادست کف سازه صورت می گیرد و کاهش زیر فشار در پایین د ست سازه قابل توجه نخواهد بود.
هم چنین ا ستفاده از دیواره آب بند در بالاد ست و پایین د ست با حداکثر طول 0/9 - ضخامت پی - مقدار گرادیان را 450 درصد و مقدار زیر فشار را تنها 11 درصد کاهش خواهد داد این در حالی است که استفاده از دیواره آب بند بالادست با فیلتر در پایین دست نتایج بسیار مناسبی نسبت به دو طرح گفته شده ارائه می دهد. نتایج این تحقیق کاهشی به میزان 490 درصد در گرادیان خروجی و 119 درصد در مقدار زیر فشار را در صورت استفاده از دیواره آب بند بالاد ست و فیلتر ن شان می دهد. بنابر این با توجه به حفاری و سایر م شکلات - هزینه، زمان و... - در طراحی دیواره آب بند، می توان از فیلتری به طول 2 متر استفاده کرد و سازه پایدارتری نیز طراحی کرد.
-1 مقدمه
سازه های هیدرولیکی به منظور کنترل جریان در رودخانه ها و هم چنین توزیع آب برای استفاده در آبیاری مزارع احداث می گردند. اغلب این سازه ها بر روی پی های آبرفتی نفوذ پذیر واقع می شوند که در پی آن ها بسته به نفوذ پذیری خاک زیرین آن ها، نشت صورت می گیرد. ن شت صورت گرفته با تجمع در زیر سازه موجب افزایش نیروی زیر ف شار1 ، گرادیان خروجی2 و هم چنین فر سایش داخلی3 در پی سازه می گردد.
پدیده های ذکر شده به نوبه خود موجب تخریب سازه و کاهش پایداری سازه می شوند که با توجه به اهمیت موضوع، مطالعات مختلفی برای بررسی این پدید ها و افزایش پایداری سازه ها صورت گرفته است. یکی از مواردی که طراحان و مهندسین مشاور در طراحی های خود برای کاهش زیر فشار و گرادیان خود مورد استفاده قرار می دهند طراحی فیلتر در پایین دست سازه ها می با شد که با توجه به ت سهیل جریان و نفوذپذیری بالای م صالح فیلتر که حدود 16 تا 25 برابر در صد نفوذ پذیری خاک حفاظت شده می باشد [1] پایداری سازه را در برابر پدیده های ذکر شده افزایش می دهد.
خلیلی شایان و امیری تکلدانی [3] در مطالعه ای که به صورت عددی و آزمایشگاهی صورت گرفت، تاثیر دیواره سپری، بلانکت و زهکش ها را جهت کاهش نیروی زیر فشار، دبی نشت و گرادیان خروجی در پی سازه ها مورد بررسی قرار دادند. مطالعات آن ها نشان داد که بلانکت رسی باعث کاهش توام هر سه پارامتر می شود. هم چنین نتایج حاصل از تحقیق آن ها نشان داد که بهترین مکان قرار گیری زهکش جهت کاهش زیر فشار، قرار گیری آن در یک سوم طول کف از ابتدای کف بند و بهترین موقعیت آن برای کاهش گرادیان، قرار گیری آن در دو سوم طول کف بند از ابتدای کف بند می باشد.
امسی لقلین و احمد [4] نشت در سواحل کانال ها را در صورت وجود فیلتر و شمع فولادی4 در کف کانال به صورت عددی مورد مطالعه قرار دادند. مطالعات آن ها نشان داد که قرار گیری فیلتر موجب کاهش 72 درصدی زیر فشار خواهد شد و بهترین موقعیت قرار گیری فیلتر را 1 متر پایین تر از شمع فولادی عنوان کردند.
فاروغ و اسمیت [5] نحوه طراحی سازه های آبی با وجود 2 پرده آب بند و 1 یا 2 فیلتر بین آن ها را به صورت تحلیلی مورد بحث و مطالعه قرار دادند. محققین مطالعه ذکر شده ضمن ارائه روابط تحلیلی برای محاسبه گرادیان و زیر فشار، وجود فیلتر با کم ترین طول را موجب کاهش زیر فشار و گرادیان خروجی بیان کردند و هم چنین تاثیر موقعیت قرار گیری فیلتر بین دو پرده آب بند در مطالعه آن ها مورد برر سی قرار گرفت.
چاولا و همکاران [6] در مطالعه ای به برر سی تاثیر فیلتر واقع شده در بین دو پرده آب بند بر روی مقادیر زیر ف شار و گرادیان خروجی پرداختند. نتایج حا صل از مطالعات چاولا و همکاران ن شان داد با تغییر موقعیت قرار گیری فیلتر در کف بند از بالا د ست به پایین د ست، زیر فشار پایین دست کاهش و در بالاد ست افزایش خواهد یافت و هم چنین با افزایش طول پرده آب بند پایین دست گرادیان خروجی با کاهش رو به رو خواهد شد.
عبدالهادی و همکاران [7] به منظور مطالعه پایداری سازه های آبی در برابر گرادیان خروجی و زیر ف شار به برر سی تاثیر بلانکت ر سی، پرده آب بند و تران شه ر سی پرداختند که برر سی های آنها نشان داد که ترانشه رسی5 کم ترین تاثیر و پرده آب بند بیش ترین تاثیر بر کاهش گرادیان و زیر فشار را دارا می باشد.
همان طور که در بخش قبلی ذکر شد مطالعاتی که در روی فیلتر و تاثیر آن بر نشت، زیر فشار و گرادیان خروجی صورت گرفته است اغلب به صورت ترکیبی با دو دیواره آب بند یا شمع فولادی می باشد و مطالعه ای ترکیب دیواره آب بند بالادست و فیلتر را مورد بررسی قرار نداده است که اولا عملکرد این ترکیب مورد بحث قرار گیرد و کاستی ها و نقص آن مشخص شود، سپس در صورت لزوم اقدام به طراحی دو دیواره در بالادست و پایین دست شود. در این مطالعه سعی بر این شد که میزان تأثیر دیواره آب منفرد در بالادست و ترکیب دو دیواره آب بند در کاهش زیر فشار و گرادیان مورد قرار گیرد و سپس ترکیب دیواره آب بند بالادست و فیلتر مورد بررسی قرار گرفت تا مناسب ترین ترکیب آب بندی سازه ها مشخص شود. بدین منظور طول های مختلف دیواره آب بند، طول و موقعیت فیلتر مورد بررسی قرار گرفت.
-2 مواد و روش ها
نمونه مورد مطالعه در شکل 1 ن شان داده شده ا ست. همان طور که در شکل 1 م شخص ا ست در این مطالعه مطابق با آنچه که در طراحی ها در واقعیت رخ می دهد در پایین دست سازه هیدرولیکی، کف بند بتنی به طول 20 متر و ضخامت 1متر وجود دارد که این کف بند به نوبه خود می تواند برای کنترل جوشش در پایین دست و هم چنین کاهش گرادیان خروجی مفید باشد در حالی که موجب افزایش تجمع آب زیر سازه نیز می شود و باعث افزایش نیروی زیر فشار خواهد شد. فیلتر پایین دست نیز به ضخامت 1 متر در داخل کف بند بتنی جاسازی خواهد شد که X فاصله فیلتر از پایین دست و L نیز طول فیلتر می باشد. پارامتر های متغیر در جدول 1 نشان داده شده اند.
شکل :1 سازه هیدرولیکی مورد مطالعه در این تحقیق.
جدول :1 بازه تغییر پارامتر های موثر در مطالعه انجام شده.
آنچه که در جدول 1 م شخص ا ست در این مطالعه سعی شده ا ست تا با در نظر گرفتن مقادیر منا سب و متفاوت برای طول فیلتر و فا صله فیلتر از پایین د ست سازه و هم چنین اتخاذ مقادیر مختلف برای دیوار آب بند بالاد ست و پایین د ست 0/1 - ، 0/2، 0/4، 0/7 و 0/9 ضخامت پی آبرفتی - نحوه عملکرد دیواره آب بند بتنی و فیلتر پایین د ست به نحو مطلوبی مورد برر سی قرار گیرد.
ضریب نفوذ پذیری برای خاک پی سازه 3 *10-5متر بر ثانیه و برای م صالح فیلتر 20 برابر م صالح خاک حفاظت شده و 0/0006 متر بر ثانیه در نظر گرفته شد. دیواره آب بند بتنی نیز به صورت نفوذ ناپذیر در مدل ها اجرا شد. برنامه کامپیوتری ذکر شده که مدل سازی ها در این مطالعه توسط آن صورت می گیرد نرم افزار SEEP/W 2012 می باشد. این نرم افزار، مبتنی بر روش المان محدود می باشد که برای مدل سازی تراوش و توزیع فشار آب منفذی در محیط های متخلخل نظیر خاک و سنگ تهیه شده است و قادر است جریان را در دو حالت اشباع و غیر اشباع مدل کند. در نرم افزار SEEP/W امکان استفاده از تمام شرایط مرزی ممکن از قبیل هدکل، هد فشار، دبی و همچنین شرایط خروج آب از مدل در یک مسأله تراوش وجود دارد
