چکیده

افزایش بیش از حد فشار آب حفرهای موجب کاهش زیاد تنش موثر و در نتیجه باعث کاهش مقاومت برشی مصالح هسته سدهای خاکی میشود که این امر می تواند نتایج خطرناکی در برداشته و باعث عدم پایداری سد گردد. از این رو یکی از مهمترین موارد در بررسی و تحلیل سدهای خاکی، اندازه گیری فشار آب منفذی و بررسی میزان نشت خروجی از بدنه سدها است. در این پژوهش فشار آب منفذی در داخل هسته مرکزی سد شیریندره و همچنین اثر تغییرات تراز مخزن سد بر روی عملکرد هسته در طی دوره بهره برداری مورد بررسی قرار گرفته است. سد مخزنی شیرین دره از نوع سد خاکی غیرهمگن با هسته مرکزی میباشد. تراز آب در داخل هسته رسی در اثر تغییرات تراز مخزن در دوران بهره برداری و با استفاده از مشخصات واقعی مصالح توسط نرم افزار FLAC مدل و با نتایج ابزار دقیق موجود در هسته سد مقایسه گردیدهاست. نتایج حاصله تطبیق خوبی با دادههای ابزار دقیق و معیارهای تراوشی لحاظ شده در طراحی اولیه سد دارد و عملکرد مناسب هسته رسی و پرده آببند و اثر تغییرات تراز مخزن آب بر عملکرد هسته رسی را نشان داد. براساس نتایج محاسباتی توسط پیزومترهای نصب شده در داخل پی و طرفین پرده آببند، افت قابل مﻻحظهای در تراز پیزومترهای پائین دست پرده آببند مشاهده شد که عملکرد مناسب این پرده را نشان داد. شایان ذکر است که این افت در داخل هسته رسی که به عنوان یک هسته نفوذ ناپذیر در این نوع از سدها عمل میکند نیز به وضوح نشان از عملکرد مناسب هسته دارد.

واژگان کلیدی: فشار آب، هسته سد خاکی، ابزار دقیق، شیریندره، .FLAC

-۱ مقدمه

تامین آب مورد نیاز انسان امروزه یکی از مشکﻻت جوامع انسانی به شمار میرود. انسان برای رفع این مشکل از راهکارهای زیادی سود میجوید. یکی از این راهکارها احداث سد میباشد. سدها محلی برای ذخیره و استفاده بهینه از آب میباشند. به طور کلی سدها را میتوان از لحاظ مصالح رایج به دو نوع بتنی و خاکی تقسیم نمود که هرکدام از این دو نوع دارای تنوع خاصی میباشند. سدهای بتنی به سدهای وزنی و قوسی و سدهای خاکی به سدهای سنگریزهای و سدهای خاکی

۱

با هسته رسی، قابل تقسیم هستند. سدهای خاکی به علت رفتار مناسب در مقابل زلزله و در دسترس بودن مصالح ساخت از اهمیت ویژهای برخوردار هستند. عدم قطعیت در مشخصات و رفتار ژئوتکنیکی سد و تاسیسات وابسته به آن باعث تغییر در فرضیات اولیه مربوط به طراحی سد میشود. از این رو ابزاربندی و رفتارنگاری به منظور کنترل ساخت و تضمین ایمنی، بخشی ضروری از طراحی سدها میباشد. رفتارنگاری سدها در دوران ساخت، آبگیری و دوران بهره برداری در راستای کنترل پایداری سد ضروری میباشد . خصوصا در سدهای خاکی با توجه به رفتار ویژه خاک که از سه عنصر خاک، آب و هوا تشکیل شده است، رفتارنگاری بسیار حائز اهمیت است. ابزاردقیق بهترین وسیله برای بدست آوردن رفتار واقعی سد میباشد. از این رو بررسی نتایج بدست آمده از ابزاردقیق به کار رفته در سد و مقایسه نتایج بدست آمده از آن با فرضیات اولیه مربوط به طراحی سد، روش مناسبی برای رفتارنگاری سد میباشد.رفتارنگاری۱ به معنای بررسی عملکرد یک سازه در دوران ساخت و مرحله بهرهبرداری و تطبیق آن با پیشبینی های زمان طراحی میباشد. رفتارنگاری به منظور اطمینان از طراحی بوده و در صورت متفاوت بودن رفتار با پیشبینیهای زمان طراحی، میتواند مانع از بروز اتفاقات پیشبینی نشده گردد. رفتار نگاری صحیح، مستلزم داشتن اطﻻعات صحیح و سامان یافته میباشد که در نتیجه کارایی خوب ابزار به دست می آید. برای این منظور پس از جمع آوری کلیه اطﻻعات و قرائتهای موجود ابزار دقیق نصب شده در سد، اقدام به ساماندهی و غربالگری آنها میگردد. به طور کلی ایمنی سد تنها با طراحی و ساخت آن مربوط نمیشود، بلکه به رفتارنگاری کاملی از عملکرد آن در سالهای اولیه بهره برداری و همچنین سرویس دهی منظم در طول عمر سد وابسته است (جنتی، .(۲۰۱۰ اندازهگیری فشار آب منفذی در کنترل پایداری پی و جسم سازههای خاکی اهمیت ویژهای دارد. در سدهای خاکی، بررسی تغییرات فشار آب منفذی و نحوه گسترش آن در بخشهای ناتروای سد و پی آن در مرحله ساخت و یا مراحل مختلف عمر بهرهبرداری سد، جهت تفسیر رفتار عملکرد سد مفید است(نائبزاده، .(۲۰۱۱ امروزه اندازهگیری فشار آب منفذی در برنامه رفتارنگاری سدهای بزرگ بهصورت یک استاندارد درآمدهاست. سدهای خاکی دارای قسمتهای مختلفی از جمله هسته، پوسته، فیلتر، زهکش، پوشش سنگی و …

میباشند. در این نوع سدها آببندی به وسیله هسته انجام میشود. هسته سد از مصالحی با نفوذپذیری کم مانند خاک رس و بتن ساخته میشود که به خاطر انعطاف پذیری مناسب خاک رس و اقتصادی بودن آن، در بیشتر سدهای خاکی از رس بهره برده شدهاست. به دلیل پدیده قوس زدگی در هسته رسی، تنش قائم کل در هسته کاهش مییابد.کاهش تنش قائم در هسته مکن است منجر به ایجاد شکست هیدرولیکی در سد شود. از این رو کنترل پدیده قوسزدگی و تنشهای ایجاد شده در هسته سدهای خاکی از اهمیت زیادی برخوردار است. در وضعیت مخزن پر، سطح شیروانی باﻻدست سد تحت تاثیر فشار آب مخزن قرار دارد و پایداری آن بیش از حالتی است که چنین فشاری بر آن وجود ندارد. همچنین دامنه پاییندست سد نیز تحت تاثیر فشار زه میباشد که موجب کم شدن پایداری آن است و به این علت در شرایطزه ثابت حتماً دامنه پایین دست را باید از نظر پایداری بررسی نمود. همچنین در اثر تخلیه سریع آب مخزن، دامنه باﻻدست سد خاکی، وضعیت بحرانی پیدا میکند (زیرا فشار آب موجود در مخزن که روی باﻻدست قرار دارد کاهش می یابد) (نائبزاده، .(۱۳۷۹ توزیع فشار منفذی ناشی از نشت ثقلی با استفاده از روش ترسیمی شبکه جریان و یا روش اجزای محدود قابل محاسبه است. روش اجزا محدود اولین بار برای مسائل ژئوتکنیک توسط وودوارک۲ و همکاران در سال ۱۹۶۷ میﻻدی مطرح گردید، اما استفاده از این روش برای تحلیل سازه-های بزرگ مانند سدهای خاکی توسط دونکان۳ در سال ۱۹۹۶ ارائه گردید. در سال ۱۹۶۷ میﻻدی، کﻻو و همکاران ۴ گزارشات کلی برای تحلیل استاتیکی سدهای خاکی را ارائه داده اند (نائبزاده، .(۱۳۷۹ از جمله سدهای خاکی بزرگ دنیا که به منظور کنترل پایداری هیدرولیکی در دوران ساخت، اولین آبگیری و بهرهبرداری رفتارنگاری شدهاست، سد خاکی LG-4 واقع در

۱ Monitoring 2 Woodward & clough 3 Duncan 4 Clough &Zienkiewicz

۲

شمال شهر Quebec در کشور کانادا میباشد(زوستاک۱ و همکاران، .(۲۰۰۴ ارتفاع این سد ۱۲۵ متر و طول تاج آن ۳۸۰۰ متر میباشد. ابزاردقیق به کار رفته در سد عبارتند از انحراف سنج، نشست سنج، تنش سنج، پیزومتر و کشیدگی سنج که از جمله ابزارهای مهم در کنترل رفتار سد میباشند و در اکثر سدهای خاکی دنیا مورد استفاده قرار گرفتهاند. در سد خاکی کرخه با ۳۳۰ متر طول و ۱۲۸ متر ارتفاع که در جنوب غربی ایران واقع شدهاست، پس از بررسیهای انجام شده بر روی نتایج رفتار نگاری سد در دوران ساخت، اولین آبگیری و بهرهبرداری این نتیجه حاصل شد که تنشهای وارده به سد با مقادیر پیشبینی شده در طراحی اولیه سد هماهنگ بوده و نشست اتفاق افتاده در سد نیز در حد استاندارد بوده و سد داری پایداری هیدرولیکی میباشد (نیرومند و همکاران، .(۱۳۸۳ سد خاکی دراوین۲ در کشور استرالیا از جمله سدهای خاکی کم ارتفاع با طول ۴۰۰ متر و ارتفاع ۲۱ متر میباشد. این سد در سال ۱۹۹۰ بهرهبرداری شدهاست و با توجه به نتایج بدست آمده از رفتارنگاری مشخص گردید که سد در دوران ساخت، اولین آبگیری و دوران بهرهبرداری دچار شکست هیدرولیکی نشده است(رجبعلینژاد، .(۲۰۰۲

در مطالعه حاضر فشار آب منفذی در داخل هسته مرکزی سد شیریندره و همچنین اثر تغییرات تراز مخزن سد بر روی عملکرد هسته در طی دوره بهرهبرداری مورد بررسی قرار گرفته است.

-۲ مطالعه میدانی مدل (سد شیریندره)
سد شیرین دره در استان خراسان شمالی در ۶۵ کیلومتری شمال غربی شهرستان بجنورد در عرض شمالی ۴۳″ ۶″ ۳۷ و طول شرقی ۵۷ ۶″ ۲۸″ واقع شدهاست. این سد با تراز تاج +۸۰۱/۲۵ از سطح دریا، ارتفاع ۶۵/۷۵ متر از زیر هسته، طول تاج ۴۸۳ متر، عرض تاج ۱۲ متر و حجم مفید مخزن حدود ۹۱/۵ میلیون مترمکعب، از نوع خاکی با هسته قائم رسی است، که برروی پی آبرفتی که در عمیقترین مقطع دارای عمق ۳۶ متر میباشد، قرارگرفته است. مراحله ساخت بدنه سد در تاریخ ۱۳۷۹ /۰۲/۰۷ شروع و در تاریخ ۸۲/۱۱/۱۵ روز به اتمام رسید. شروع عملیات آبگیری سد طی مراسمی با انسداد استاپ ﻻگ در تاریخ ۸۳/۳/۳۰ قبل از اتمام عملیات ساختمانی و در شرایطی که خاکریز در تراز ۱۲/۷۰ ) +۷۸۸/۸۰ متر زیر تراز تاج سد) بوده است، آغاز شده و پس از اتمام مراحل ساخت بدنه تراز آب مخزن در تراز +۷۶۰/۲۹ معادل ۲۴/۵۴ متر عمق آب قرار داشته است. هسته مرکزی از مصالح رس ماسهای ﻻیدار مخلوط با مقدار کمی شن تشکیل میشود، مصالح پوسته از منابع قرضه مصالح درشت دانه تامین شدهاست، مصالح ناحیه انتقالی از منابع قرضه درشت دانه که ماسه بیشتری دارند استفاده شده و نواحی انتقالی به عرض ۳ متر و در طرف راست هسته غیرقابل نفوذ در نظر گرفته شدهاست. مصالح فیلتر از محل قرضه مصالح نفوذپذیر اخذ و با دستگاه سرند و ماسه شور دانههای درشت تر از ۵ میلی متر جدا و باقیمانده آن شسته شدهاست. سنگ پی از سنگهای مختلف از جمله شیست، سنگ آهک دولومیت، واریزههای دامنهای با متن رسی، آبرفتی تشکیل شده است ( شرکت مهندسی مشاور طوس آب، .(۱۳۷۹ ابزار دقیق سد شیرین دره ساخت شرکت Roctest Telemac بوده و در مقاطع مختلفی نظیر ۳-۳، ۵-۵ و ۷-۷ در بدنه سد نصب شدهاست. این مقاطع بترتیب از جناح چپ با فواصل ۱۰۰ متر از یکدیگر قرار گرفتهاند. انواع ابزار بکار رفته در این سد در جدول ۱ درج شدهاند.

۱ Szostak 2 Darwin

۳

جدول .۱ ابزار بکار رفته در سد شیرین دره
ردیف نوع ابزار کاربرد
۱ پیزومتر الکتریمی کاساگرانده اندازه گیری فشار آب منفذی و تراز پیزومتریک
۲ سلول فشار اندازه گیری فشار کل
۳ سیستم اندازه گیری تراز آب مخزن اندازه گیری تراز آب مخزن
۴ انحراف سنج- نشست سنج اندازه گیری جابجایی افقی و عمودی بدنه
۵ چاه مشاهدهای اندازه گیری تراز آب زیرزمینی

شکل.۱ موقعیت جغرافیایی و شمای کلی سد شیریندره در استان خراسان شمالی