آنالیز ضریب اطمینان پایداری سدهای خاکی نسبت به زمان

محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاری

حدیث دقیق ¹ , حسین حسن پور درویشی ² , سید حبیب موسوی جهرمی ³

1 - دانشجوی دکتری؛ سازه‌های آبی؛ گروه علوم و مهندسی آب؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ واحد علوم و تحقیقات؛ تهران، ایران
2 - استادیار؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ واحد شهر قدس؛ تهران؛ ایران
3 - استاد،؛ گروه عمران-آب؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ واحد شهر قدس؛ تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1394/07/01 تاریخ پذیرش : 1394/11/20 تاریخ انتشار : 1394/11/30

کلید واژه: پایداری مرحله‌ای, تحکیم, سد خاکی, نرم افزارPLAXIS,

چکیده مقاله :

طراحی نادرست سدهای خاکی و سنگریزه‌ای با ضرایب اطمینان نامناسب به هر دلیل ممکن، در مواقع سیلابی موجب می شود که در این‌گونه سدها آبشستگی درونی، مستغرق شدن شیروانی پایین دست و در مواقعی تخریب آن ها را به دنبال داشته باشد. تخریب سد های خاکی و سنگریزه ای از یک سو و حجم زیاد جریان سیلاب از سوی دیگر می تواند بستر های سیل گیر و در سطح گسترده تر سطح حوضه های آبریز مربوطه را تخریب نموده، موجب کنده شدن درختان و پوشش گیاهی می شوند و در زمان فروکش سیلاب موجب پوشیده شدن سطح حوضه ها از مواد رسوبی به ضخامت زیاد می شوند. لذا طراحی صحیح و حصول ضرایب اطمینان مناسب و مطمئن موجب جلوگیری از این گونه خسارت ها و خسارت های مشابه است. به منظور بررسی پایداری سد های خاکی، مجموعه ای از مطالعات و آزمایش های ژئوتکنیکی شامل آزمایش های صحرایی و آزمایشگاهی بر روی خاک منطقه سد دریاچه چیتگر انجام گرفت. سپس با استفاده از نرم افزار المان محدود PLAXIS، چهار مدل عددی با در نظر گرفتن جنس لایه های مختلف فونداسیون و بدنه سد، برای سد خاکی همگن و غیر همگن بر روی بستر درشت دانه و ریزدانه شبیه‌سازی و نتایج مورد بررسی قرار گرفت. با تجزیه و تحلیل نتایج مدل مشخص گردید که در سد های خاکی همگن و غیر همگن برای جلوگیری از تخریب سد از زیر فونداسیون، سد باید به صورت مرحله ای و با در نظر گرفتن فواصل زمانی مناسب تحکیم یابد تا فشار آب حفره ای اضافی بستر تعدیل گردد و در غیر این صورت، فشار آب حفره ای زیادی باعث تخریب سد از زیر فونداسیون خواهد شد. سد های خاکی غیر همگن که هسته رسی دارند اگر به صورت همزمان با اجرای سد آبگیری شوند، فشار آب حفره ای زیادی در هسته سد ایجاد می شود که این مورد باعث کاهش ضریب اطمینان خواهد شد. بنابراین توصیه می گردد که سدهای خاکی غیر همگن در زمان ساخت به طور هم زمان آبگیری نشوند که نتیجه آن افزایش ضریب اطمینان سد خواهد بود. در حالت فونداسیون ضعیف، ضریب اطمینان حاصله در روش ساخت مرحله ای در خصوص سد همگن معادل 1/45 و در خصوص سد غیرهمگن معادل1/14حاصل گردیده است، بنابراین در حالت فونداسیون ضعیف، عملکرد سد های همگن بهتر از سدهای غیرهمگن می باشد.

چکیده انگلیسی:

Incorrect designing of earth and rockfill dams with untrue safety factors causes internal scouring, downstream pitched roof submerged and break dam in torrential times. Breakage of earth and rockfill dams and also too much volume of torrential flow can destroy catchment areas and fen beds. Furthermore, correct designing of dams and obtaining suitable safety factors will prevent of these damages. In this study, first of all, series of geotechnical tests have been performed on the soil samples of the Chitgar earth dam to determine the soil strength parameters and material characteristics. The achieved parameters have been used as input parameters for PLAXIS which is a finite element geometrical program for analysis of deformation and stability of soil structures. Based on different layers of foundation and dam body, four homogeneous and non-homogeneous models on coarse and fine foundations have been simulated and the results have been compared. These comparisons revealed that during construction of earth dams, which are situated on fine clay foundation, if the water level is high, there would be lots of pore water pressure which will cause the dam foundation to be destroyed. Therefore, dam must be constructed using step-by-step method so excess pore water pressure can have enough time to be lessened. The analysis, which carried out on non-homogeneous earth dams with clay cores, discovered that if dam construction is simultaneous with water filling, there would be high pore water pressure in the earth dam’s core which will reduce the safety factor of the dam. Therefore, it will be better if the non-homogeneous earth dams are filled after the construction period. Finally, sometimes in loose foundation, safety factor was found 1.45 for homogeneous dams in the stepped construction. The safety factor was estimated 1.14 non-homogeneous dams in the same conditions. Therefore, homogeneous dam can play better role than non-homogeneous dams in loose foundation.

منابع و مأخذ:

امیدواری‌نیا، م. و موسوی جهرمی، س. ح. 1391. تاثیر طول آستانه و زاویه در پرتاب کننده‌های مثلثی بر مسیر کلی پرتابه خروجی. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، 1 (4): 1-18.

باقرزاده خلخالی، ا. 1388. ابزار دقیق متداول درسدهای خاکی- سنگریزه‌ای. کارگاه آموزشی شرکت سهامی خدمات مهندسی برق مشانیر، تهران، 1 تا 2 آبان.

حیدری، ط.1382. مقایسه رفتار دینامیکی سدهای خاکی در حالت دو بعدی و سه بعدی .دانشگاه علم و صنعت، برای دریافت کارشناسی ارشد مهندسی عمران-آب گروه عمران، 150 صفحه.

دارسنج، س. 1388. تحلیل و بررسی رفتار سد­های خاکی در حین اولین آبگیری-مطالعه موردی سد علویان، دانشگاه تبریز، برای دریافت کارشناسی ارشد مهندسی عمران-آب گروه عمران، 215 صفحه.

رحیمی، ح. 1389. سدهای خاکی. موسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران، چاپ سوم، 671 صفحه.

شریفی، ا.1382. تحلیل تراوش و زیر تراوش از سد خاکی با استفاده از روش عددی المان‌های مرزی، دانشگاه صنعتی شریف، برای دریافت کارشناسی ارشد مهندسی عمران- آب گروه عمران،.175 صفحه.

غروی، م.، محمدی، م. 1388. بررسی ضرورت مدل‌سازی لایه‌ای در تحلیل استاتیکی سد خاکی. دومین همایش ملی سد سازی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد زنجان، 10 اسفند، زنجان.

فتح اللهی مرنی، ط. 1381. تحلیل عددی تأثیر زهکشهای بالادست بر فشار آب حفره ای و پایداری شیب بالادست سد خاکی در شرایط تخلیه سریع مخزن، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، برای دریافت کارشناسی ارشد مهندسی عمران-آب گروه عمران،200 صفحه.

فیضی ماسوله، ش. 1382. تحلیل سدهای خاکی با هسته با رطوبت بالا، دانشگاه تهران، برای دریافت درجه کارشناسی ارشد مهندسی عمران-آب گروه عمران، 173 صفحه.

مکرم.، ن. 1381. آنالیز دینامیکی سدهای خاکی با هسته بتن آسفالتی. دانشگاه تهران، برای دریافت درجه کارشناسی ارشد مهندسی عمران-خاک و پی گروه عمران، 210 صفحه.

موسوی، ش.1382. آنالیز غیر خطی تخمین پارامترهای شکست سدهای خاکی، دانشگاه صنعتی شریف، برای دریافت درجه کارشناسی ارشد مهندسی عمران-سازه های هیدرولیکی گروه عمران، 165 صفحه.

Gens, A., Sánchez, M. and Sheng, D., 2006. On constitutive modelling of unsaturated soils. Acta Geotechnica, 3: 137-147.

Hilf, J.W., 1948, June. Estimating construction pore pressures in rolled earth dams. In Proceedings of the 2nd International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 3:  234-240.

Ng, C.W. and Pang, Y.W., 2000. Influence of stress state on soil-water characteristics and slope stability. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, 126(2): 157-166.

Wang, S.Y., Sloan, S.W., Fityus, S.G., Griffiths, D.V. and Tang, C.A., 2013. Numerical modeling of pore pressure influence on fracture evolution in brittle heterogeneous rocks. Rock mechanics and rock engineering, 46(5): 1165-1182.