در فصل پنجم بحث و نتیجه گیری کار بیان شده است.
فصل دوم :
۲- ادبیات فنی و پیشینه پژوهش
۲-۱ مقدمه :
سدها معمولاً براساس مصالح بکار رفته در بدنه و شکل مقطع عرضی آنها طبقه بندی می شوند مانند سدهای بتنی ، سدهای خاکی و سدها با سایر مصالح که هر کدام دارای انواع مختلفی هستند. سدهای خاکی خیلی قدیمی تر از سدهای بتنی می باشند بدیهی است که در حدود ۳۰۰۰ سال پیش تعدادی سد خاکی در مهد فرهنگ های کهن همچون کشورهای شرقی ساخته شده اند. براساس کتابچه استانداردی که توسط کمیته بین المللی سدهای بزرگ ICOLD تهیه شده که در آن ۶۳ کشور مهم دنیا هم اکنون مشارکت دارند، سدهای با ارتفاع بیش از ۱۵ متر سدهای بلند اطلاق می شوند. ازبین حدود ۱۴۰۰۰ سد بلند دنیا که تا به حال به ثبت رسیده اند بیش از ۷۰ درصد آنها سدهای خاکی هستند. گزارش اخیر ساخت سدهای بلند نیز نشان می دهد که از بین حدود ۱۰۰۰ سد بلند ساخته شده در ۲ سال اخیر تنها حدود ۲۰ درصد آنها سدهای بتنی و حدود ۸۰ درصد باقیمانده سدهای خاکی می باشند .[۱] از طرفی شرایط و ویژگی مکانی برای انتخاب محل احداث سدهای خاکی نسبت به سدهای بتنی به مراتب ساده تر و مهیا تر است .
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
۲-۲ سدهای خاکریز
سدهای ساخته شده از خاک و یا ترکیبی از خاک و سنگ ، سدهای خاکریز نامیده می شوند. انواع سدهای خاکریز بسته به نوع مصالحی که در بدنه آنها بکار می روند به شرح زیر می باشند:
۲-۲-۱ سدهای خاکی همگن^۱و یا غیرهمگن^۲
سدهای خاکی می توانند بر روی انواع مختلفی از پی های سنگی و یا آبرفتی قرار گیرند در حالیکه سدهای بتنی الزاماً بر روی پی های سنگی سخت و سالم احداث می شوند که این موضوع خود یکی از مزایا و خصوصیت متمایز اصلی سدهای خاکی می باشد ، در شکل ۲-۱ انواع آنها نشان داده شده است.
۲-۲-۲ سدهای سنگریزه ای^۳ با سه نوع اصلی : ۱- با هسته مرکزی ۲- با هسته مایل ۳- با رویه غشایی معمولاً از جنس بتن مسلح
در شکل ۲-۲ ، مقطع سد سنگریزه ای با هسته مرکزی قائم ، هسته مایل و سد سنگریزه ای با رویه غشایی نشان داده شده است :
۲-۳ اجزای اصلی و سازه ای سدهای خاکریز
مهمترین اجزای سدهای خاکی عبارتند از :
- ناحیه ای از مصالح با نفوذپذیری کم ( هسته ) دارای پهنای کافی به منظور محدود کردن تراوش به مقادیر مورد نظر.
- یک سیستم زهکش - فیلتر برای جمع آوری و تخلیه مطمئن تراوش آب در صورت وقوع در سراسر هسته و پی سد.
- پوسته های پشتیبان برای این اجزا.
۲-۴ هسته سد
مانع تراوش در سدهای خاکی ناحیه بندی شده معمولاً شامل یک هسته خاکی ناتراوای متراکم مرکزی یا شیب دار به سمت بالادست و یا هسته رسی مخلوط می باشد. ابعاد هسته بستگی به قابلیت دسترسی و خواص مصالح محل یا نزدیک آن و نیاز به جلوگیری از گرادیان های تراوشی بالا خواهد داشت. هسته سد خاکریز به صورت هسته رسی غلطک خورده یا یک ناحیه غیر قابل نفوذ مثل پوششی ضخیم یا دیافراگمی نازک یا ورقه های چوبی ، فولادی ، آسفالتی یا مصالح بنایی اجرا می شود. در شکل های ۲-۳ و ۲-۴ به ترتیب مقطع سد خاکی با هسته آسفالتی و هسته رسی مایل و پرده آب بند در زیر آنها نشان داده شده است.
۲-۵ شکل و موقعیت استقرار هسته در مقطع سد
هسته را در مقاطع سد خاکی می توان در سه شکل و موقعیت به شرح ذیل احداث کرد :
۱) به شکل قائم در میانه یا مرکز سد^۱
۲) کمی شیبدار به سمت بالادست^۲
۳) کاملاً شیبدار به سمت بالادست^۳
در شرایطی که سطح پایین دست هسته دارای شیب ۱ V:0.5 Hیا بیشتر به سمت بالادست باشد، هسته کمی شیبدارتلقی می شود. هسته وقتی کاملاً شیبدار تلقی می شود که پوسته پایین دست و هسته دارای شیب خود پایدار در حدود ۱ V:1.25 Hیا کمتر باشد. معمولاً این مقدار شیب در سدهای سنگریز به کاربرده می شود که در آنها ابتدا پوسته سنگریزپایین دست به صورت مستقل ساخته شده و پس از مدتی فیلتر و هسته روی شیب بالادست آن اجرا می گردد. در شکل ۲-۵ انواع روش های استقرار هسته در مقطع سدهای خاکی نشان داده شده است. شیب بالادست هسته مایل همواره ملایم تر از پایین دست آن انتخاب می شود زیرا هد آب با افزایش عمق افزایش می یابد و در نتیجه گرادیان هیدرولیکی افزایش می یابد و برای جلوگیری از گرادیان های بالا در پایین دست هسته و پدیده رگاب^۴ می بایست عرض هسته افزایش یابد.[۳]
۲-۶ روش های بررسی پایداری دینامیکی سد
امروزه روش های مختلفی برای بررسی پایداری دینامیکی سدهای خاکی وجود دارند. از میان این روشها می توان به روش های تعادل حدی ، روش های آنالیز حدی ( حد بالا و پایین در تئوری پلاستیسیته ) و روش های اجزاء محدود اشاره کرد.
سدهای خاکی را از لحاظ خصوصیات بدنه می توان به سه نوع مطبق (ناحیه بندی شده ) ، دیافراگمی و همگن تقسیم بندی نمود. هریک از این نوع سدها دارای خصوصیات خاصی هستند و بنا به نظر طراح و وابسته به مورد می توانند استفاده شوند. ملاحظات عمده در طراحی سدهای خاکی عبارتند است از کنترل نشت از بدنه ، پایداری شیب ها ، هندسه مناسب برای بدنه سد و تعیین ارتفاع آزاد مناسب .
روش های معمول آنالیز پایداری شیبها در سدهای خاکی به شرح ذیل آمده است :
۲-۶-۱ روش های تعادل حدی
این روش با فرض معیار گسیختگی موهر- کلمب در امتداد یک سطح لغزش دایره ای یا گوه ای مورد بررسی قرار می گیرد. در این روش ضریب اطمینان پایداری متاثر از انتخاب صحیح زاویه نیروهایی است که بر قطعات توده لغزنده وارد می شود.
تحلیل پایداری برای سدهای خاکی عموماً به روش تعادل حدی انجام می شود. هر زمان که کل نیروهای رانشی در طول هر سطحی در میان بدنه سد یا در میان سد و پی آن ، از کل نیروهای مقاوم در طول همان سطح تجاوز کند ، گسیختگی رخ می دهد. عموماً مسیر سطح لغزش روی یک مقطع عرضی به طور تقریبی و بصورت یک کمان یا یک دایره یا دو - سه خط مستقیم نمایش داده می شود. تحلیل پایداری با در نظر گرفتن سطوح مختلف احتمالی و محاسبه ضریب اطمینان پایداری در مقابل گسیختگی برای هریک از این سطوح انجام می گیرد. ضریب اطمینان بصورت نسبت کل مقاومت برشی موجود به کل نیروهای برشی رانشی تعریف می شود و آن سطح لغزش که دارای کمترین ضریب اطمینان باشد ، سطح لغزش بحرانی نامیده می شود. روش قطعات و روش بلوک لغزنده دو روش بسیار مرسوم برای اجرای تحلیل های تعادل حدی هستند[۴].
۲-۶-۲ روش های آنالیز حدی
این روش نسبتاً جدید بوده و بر طبق آن هر سطحی را به عنوان سطح لغزش برای آنالیز پایداری نمی توان انتخاب نمود.
۲-۶-۳ روش های عددی
این روش ها عمدتاً بر مبنای استفاده از روش اجزا محدود بوده و از دقت بالاتری برخوردار هستند.برای تعیین پایداری شیب دامنه های یک سد خاکی دو روش ۱ و ۳ بسیار متداول است . روش اجزاء محدود برای توزیع تنش ها و کرنش های درون خاکریز و پی آن می باشد. این تنش ها و کرنش ها سیمای کاملی از رفتار سد را ارائه می دهند و امکان محاسبه ضریب ایمنی را از طریق مقایسه مقاومت برشی روی سطحی که آسیب پذیرترین سطح می تواند روی آن به حرکت درآید ، فراهم می کند.
به هر حال طی چند دهه گذشته توسعه روش اجزاء محدود همراه با توانایی های روزافزون رایانه های قوی ، طراحان سدهای خاکی را قادر ساخته است تا تنش ها و کرنش ها را با فرضیات واقعی و بطور دقیق تحلیل نمایند. در واقع دقت نتایج فقط منوط به قابلیت اتماد به داده های ورودی مربوط به خصوصیات خاک می باشند[۵].
۲-۷ عوامل ناپایدار کننده بدنه سد در حالات مختلف بارگذاری
در حین ساخت سد عواملی چون میزان تنش در بدنه ، درصد رطوبت ، وضع زهکشی و مدت زمان ساخت متغیر است و این عوامل خصوصیات خاک را در بدنه و در پی سد تغییر می دهند. چرا که مقدار تنش اعمال شده به پی و بدنه در مقایسه با مراحل ساخت حداکثر و زمان لازم برای تحکیم تحت این میزان بار حداقل است. لذا از جمله مراحلی که باید در پایداری سد کنترل شود ، بلافاصله پس از پایان ساخت است.
بعد از آبگیری مخزن و گذشت زمان طولانی و پر شدن دریاچه ، تراوش آب در داخل بدنه سد به حالت پایدار می رسد و نیروی تراوش از سمت بالادست به سمت پایین دست عمل می کند. این نیرو برای شیروانی پایین دست عامل ناپایدار کننده ای است.
هرگاه تراز آب دریاچه سدهای خاکی با سرعت حداقل ۱۵ سانتیمتر یا بیشتر در شبانه روز (۲۴ ساعت) افت کند ، سد ممکن است دچار پدیده تخلیه سریع شود. آنچه که این حالت را برای پایداری شیروانی بالادست سد بحرانی می کند عمدتا دو نیرو است. اول کاهش نیروی پایداری فشار هیدرواستاتیک آب دریاچه که با افت سطح آب در دریاچه همراه است و دوم نیروی تراوش عمل کننده در جهت ناپایداری شیروانی بالادست است. در سدهای بلند ، شرایط آنالیز سد در حالت مخزن نیمه پر نیز باید مورد بررسی قرار گیرد.
در سدهای بلند در شرایط افت سریع مخزن که تراز آب در و حالت پر در نظر گرفته می شود. مناطق بالای خط آزاد آب (زه آب) در محاسبات به صورت مرطوب و مناطق پایین این خط برای محاسبات رانش و مقاومت بصورت غوطه ور در نظر گرفته می شود.[۶]
۲-۸ مراحل بحرانی در تحلیل سدهای خاکی
نیروهای معکوسی که تمایل دارند شیب های سد خاکی را ناپایدار سازند عمدتا نیروهای ثقل و نیروهای نشت هستند. نیروهای ثقل بجز در مواقع وجود نیروهای ناشی از تکان های زلزله که در آن اجزای نوسانی دینامیکی به نیروهای استاتیکی افزوده می گردند در سایر موارد نیروهای ثابتی هستند. مراحل بحرانی برای شرایط استاتیکی ، ناشی از نیروهای معکوس نشت و در نتیجه فشارهای منفذی بالا در مقطع سد می باشند.
مقاومت برشی مصالح بدنه سد به میزان فشارهای منفذی بوجود آمده در بدنه سد بستگی دارند. بنابراین تعیین ضریب اطمینان قابل اتکا ، به دقت در تعیین فشارهای منفذی و نحوه توزیع آنها بستگی تام خواهد داشت. از آنجایی که محاسبات پایداری بر اساس تنش موثر انجام می شود نیاز به دانستن فشارهای منفذی لازم است.