خلاصه

ارزیابی و شناخت صحیح رفتار پیچیده گاهاًو نامشخص سد هاي خاکی در مراحل مختلف ساخت و بهره برداري بدلیل امکان وارد آمدن خسارات جبران ناپذیر ناشی از آسیب دیدگی و یا تخریب آنها از اهمیت ویژه اي برخوردار می باشد. در این بین بررسی جریان تراوشی از بدنه و پی سد خاکی به منظور آگاهی از آثار نامطلوب آن همچون تلفات آب مخزن سد، فشارهاي آب حفره اي بالا و کاهش مقاومت برشی و امکان شسته شدن ذرات ریزدانهي هسته ضروري به نظر می رسد. در تحقیق حاضر جریان تراوشی از پی و بدنه سد خاکی ستارخان اهر که سدي است از نوع غیر همگن با هسته رسی و ارتفاع ۷۵ متر از روي سنگ بستر و طول تاج ۳۵۰ متر در محدوده سال ۱۳۸۷ مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. با مدلسازي عددي و کاربرد نرم افزار Geo-Studio جریان نشتی تحلیل گردیده و نتایج حاصله با داده هاي ابزار دقیق به کار رفته در سد

(پیزومترها) مقایسه گردیده اند. این مطالعه ضمن شناسایی ابزارهاي دقیق معیوب و یا از کار افتاده، عملکرد سد خاکی ستارخان در مقابله با نشت آب در بازه زمانی مورد نظر را در حد معیارهاي تراوشی لحاظ شده در طراحی اولیه سد قابل قبول ارزیابی می نماید.

کلمات کلیدي: سد خاکی، جریان تراوشی، مدلسازي عددي، ابزار دقیق

۱٫ مقدمه

سدهاي خاکی از جمله مهمترین و عظیم ترین سازه هاي ژئوتکنیکی هستند که لزوم رفتارسنجی و مراقبت از آنها در مراحل مختلف ساخت و بهره برداري ، بیش از هر سازه دیگري احساس می شود. مشاهده و بررسی رفتار این سازه با نصب دستگاه هاي خاصی به نام ابزار دقیق صورت می گیرد. این ابزار قادرند اطلاعات مفیدي در خصوص فشار آب حفره اي، تنش کل و تغییر شکل در بخش هاي مختلف سد و پی آن در اختیار متخصصان قرار دهندیکی از موضوعات مهم که در طراحی اجزاي سد خاکی تاثیرگذار می باشد، بحث تراوش از بدنه و پی سد وتحلیل آن می باشد.وجود تراوش در سدهاي خاکی غیر قابل اجتناب است اما اگر شرایط مناسبی براي فرسایش خاك وجود داشته باشد تراوش موجب شسته شدن ذرات خاك در نقاط مساعد می گردد.مطالعات انجام شده بر روي تعداد زیادي از سدهاي خاکی تخریب شده نشان داده است که حدود % ۳۸ از این خرابی ها ناشی از تراوش کنترل نشده از بدنه سد بوده است.[۱] با تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از ابزار دقیق و مدل عددي می توان از صحت اطلاعات ابزار دقیق تعبیه شده در سد اطمینان حاصل کرد.

با مراجعه به مراجع منتشر شده ( USBR ) تاریخچه استفاده از ابزار دقیق در سد هاي خاکی به سال ۱۹۰۷ و در سد هاي بتنی به سال ۱۹۱۰ برمی گردد.[۲]

از روش شبیه سازي کامپیوتري این امکان را براي متخصصان امر فراهم می آورد که بدون صرف هزینه هاي گزاف به پیش بینی رفتار سد در شرایط بحرانی احتمالی و بررسی وضعیت پایداري آن و همچنین کنترل نکات ایمنی مذکور بپردازند و این در صورتی است که فرضیات به کار رفته در مدل کامپیوتري و شرایط مرزي اعمال شده کاملا با شرایط واقعی همخوانی داشته باشد.استفاده از نتایج حاصل از قرائت ابزار دقیق روشی مطمئن جهت کنترل صحت فرضیات مدل کامپیوتري و در نتیجه اعطاي اعتبار هر چه بیشتر به نتایج حاصل از پیش بینی رفتار سد می باشد.

منافپور. م. و همکاران((۱۳۸۹ عملکرد هسته مرکزي سد شهرچاي اورمیه را در مقابله با نشت با استفاده از شبیه سازي عددي و نتایج ابزار دقیق مورد بررسی قرار دادند و با مقایسه و ارزیابی نتایج حاصل از مدل عددي و اندازه گیري هاي میدانی به این نتیجه رسیدند که رفتار هسته مرکزي سد در مقابله با نشت آب تطابق قابل قبولی با معیارهاي تراوشی لحاظ شده در طراحی اولیه سد شهر چاي اورمیه دارا می باشد.[۳]

(۲۰۱۰)Mohammadi et al، ابتدا نتایج ابزار دقیقی که در پی و بدنه سد ماکو نصب شده بودند را به طور کامل مورد بررسی قرار دادند.
سپس جریان تراوشی از پی و بدنه سد را با مدلسازي عددي و کاربرد نرمافزار seep آنالیز و بررسی کردند. محاسبات که بر اساس مدل عددي می باشد و قرائت ابزار دقیق ها نشان داد که کارآیی پردة آببند% ۷۷ .۵ است و شکافهایی در پی سنگی وجود دارند که انجام عملیات تزریق را ضروري می نمایند و وجود فشار آب حفره اي بالا در هسته رسی متأثر از فشار آب در پی سد میباشد، در مجموع شرایط و عملکرد هسته رسی و پی قابلقبول تشخیص داده شده است.[۴]

رخشنده رو .ق((۲۰۰۶، فشار آب حفره اي در سد خاکی ۱۵ خرداد را که در دره V شکل بنا شده مورد مطالعه قرار داده است . در بدنه این سد پیزومترهاي با سیم ارتعاشی((Vibrating-Wire و پیزومتر هاي لوله ایستا((Stand pipe تعبیه شده اند.تحلیل رفتاري فشار آب حفره اي در زمان هاي یک هفته تا ۱۰ ماه پس از آب گیري مورد توجه قرار گرفته است. هسته سد به روش المان محدود سه بعدي مدل شده و آنالیز فشار آب حفره اي در شرایط جریان دائمی انجام پذیرفته است. در نهایت نتیجه مطالعه حاکی از آن است کهبا وجود اینکه شرایط آب مخزن در حالت ثابت و جریان دائمی است، فشار آب حفره اي در هسته سد خاکی ممکن است به جریان پایدار نرسد و خاصیت مویینگی به عنوان تابعی از مکش نتایج مدلسازي را تحت تاثیر قرار نداده است.[۵]

طبیب نژاد . ا. ر (۱۳۹۰) قرائت هاي دستگاه هاي رفتار نگاري نصب شده در هسته سدخاکی مارون را بررسی و تفسیر نموده است. رفتار بدنه سد در حین عملیات ساخت و همچنین در دوران آب گیري و بهره برداري مورد ارزیابی قرار گرفته است.ارزیابی شامل بررسی وضعیت فشار آب، تنش هاي درون هسته و نشست ها و تغییر شکل هاي آنبوده است که رفتار سد را کاملا قابل قبول ارزیابی نموده است.[۶]

حبشی .ع . (۱۳۸۹) تحلیل رفتار ژئوتکنیکی سد خاکی دوستی را از نقطه نظر فشار آب منفذي در انتهاي دوره ساخت با استفاده از نرم افزار المان محدود مورد ارزیابی قرار داده است. تحلیل ها به صورت دو بعدي و کرنش مسطح بوده است. نتایج حاصل از تحلیل عددي را با نتایج ابزار دقیق مقایسه کرده و نتیجه گرفته است که تطابق خوبی مابین نتایج تحلیل عددي با داده هاي مشاهده اي وجود دارد و هسته رسی سد از لحاظ ضریب فشار آب منفذي در محدوده قابل قبولی قرار دارد.[۷]

Latifi&Marto رفتارنگاري سد خاکی البرز را در دوران ساختمان با استفاده از نرمافزار FLAC انجام دادند. با توجه به اطلاعات موجود و بررسیهاي صورت گرفته، مشخص شد که پیزومترها و سلولهاي اندارهگیري فشار کل بدون شکست و با دقت کار میکنند. نشست سد در پایان ساخت ۱۳۵ سانتیمتر و نشست تاج ۳۵ سانتیمتر است. فشار آب حفرهاي در محدودة مجاز بوده و شکست هیدرولیکی اتفاق نمیافتد]٨. [

Gikas در سال ۲۰۰۸ مقایسه اي بین تغییر شکل هاي افقی بدست آمده از نظارت بر رفتار سد و تحلیل عددي برگشتی بر روي سد خاکی انجام داده است.مدلسازي این سد با استفاده از نرم افزار Z_soil و کاربرد روش اجزا محدود می باشد.جابجایی ها در مراحل مختلف ساخت سد و بهره برداري از سد اندازه گیري شده اند]٩.[

در دهه هاي اخیر به دنبال پیشرفت هاي حاصله در خصوص صنعت عظیم سد سازي، ساخت ابزارهاي دقیق تر سنجش رفتار سد خاکی و بسته هاي نرم افزاري مختلف، محققین کشور ما نیزاقدام به مطالعه و ارزیابی رفتار سدهاي خاکی مهمی چون سد کرخه ، علویان ، سلیمانشاه ، و … نموده اند.

۲٫ مشخصات عمومی سد ستارخان

سد مخزنی ستارخان ( اهر ) در استان آذربایجانشرقی در شهرستان اهر ،در قسمتی از حوضه آبریز ارس که در محل ساختگاه سد مساحتی بالغ بر ۹۵۰
کیلومتر مربع را داراست ساخته شده است. ساختگاه سد در بخش میانی و تکیه گاه چپ بر بستري از آندزیت و در تکیه گاه راست تناوبی از آندزیت و توف قرار دارد. عمق آبرفت در محل ساختگاه حدود ۱۹ متر بوده و بنا بر ملاحظات روانگرایی ، آبرفت در زیر هسته مرکزي و پوسته بالا دست به طور کامل برداشت گردیده است.

در طرفین هسته رسی ناحیه هاي انتقالی، پوسته بالا دست و پایین دست و پتوي زهکش افقی به همراه زهکش دودکشی در پایین دست قرار دارد. همچنین دو لایه زهکش افقی در پوسته بالا دست ، براي تسهیل در تخلیه آب ناحیه پوسته در زمان افت سریع یا تسریع در اشباع پوسته بالا دست در هنگام آبگیري پیش بینی شده است. جنس مصالح هسته رسی از طبقه بندي CL تا SC و جنس مصالح مصرفی در بدنه از طبقه بندي GP بوده است. به منظور کنترل مقادیر نشت آب از پی از پرده آب بند استفاده گردیده است]١٠.[