دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
-1- مقدمه
به‌منظور بررسی پایداری شیب‌های بالادست و پایین دست سد مخزنی کشکسرای مرند، باتوجه به مقادیری که برای پارامترهای مقاومت برشی مصالح قرضه‌های موجود برآورد گردیده، تحلیل پایداری انجام پذیرفته است. جهت تحلیل پایداری شیب‌های بدنه سد لازم است نحوه گسیختگی شیب‌ها مورد بررسی قرار گرفته و درصورت عدم وجود مقاومت کافی برای مصالح بدنه، شیب‌های ناپایدار اصلاح گردد. روش انجام تحلیل پایداری مبتنی بر روش تعادل حدی بوده که در این روش از طریق مقایسه ضریب اطمینان درمقابل لغزش بر روی سطوح گسیختگی فرضی، سطوح بحرانی که دارای حداقل ضریب اطمینان باشند، شناسایی شده و ضرایب اطمینان حداقل محاسباتی با مقادیر مجاز توصیه شده در مراجع معتبر مقایسه می‌شود. باتوجه به لزوم بررسی تعداد بسیار زیادی از سطوح گسیختگی و شیب‌های بدنه سد، استفاده از یک نرم‌افزار جامع و معتبر اجتناب‌ناپذیر میباشد.
به این ترتیب این تحلیل‌ها توسط برنامه GEO-SLOPE بر پایه جدیدترین روش‌های موجود از جمله:
- روش بیشاپ اصلاح شده (MODIFIED BISHOP METHOD)
- روش مورگنسترن-پرایس MORGENESTERN-PRICE METHOD
- روش‌های برآورد حداقل ضریب اطمینان لغزش برپایه تعادل نیروها که توسط اداره ارتش آمریکا ENGINEERS) USACE (USARMY CORP OF تدوین شده است.
علاوه بر این پایداری مقاطع بدنه سد در شرایط زیر تحلیل و بررسی شده است:
• پایداری در پایان مرحله ساخت بدنه (End of Construction)
• پایداری در حالت تراوش پایدار (Steady Seepage)
• پایداری در شرایط تخلیه سریع (Rapid DrawDown)
• پایداری در شرایط وقوع زلزله (Earthquake Induced Load)
در این فصل با استفاده از نتایج تحلیل تراوش از بدنه و پی سدکه در فصل قبلی به آن اشاره شد، تحلیلهای پایداری به صورت استاتیکی و شبه‌استاتیکی بر روی شیب‌های بالادست و پائین‌دست انجام گرفته که برای تعیین ضرایب اطمینان در مقابل لغزش شیب در هر مرحله از شرایط بارگذاری، نتایج تحلیل تراوش به عنوان اطلاعات ورودی جهت مشخص کردن وضعیت توزیع فشار آب حفره‌ای در داخل بدنه سد مورد استفاده قرار گرفته است.
6-2- مشخصات مدل
در این قسمت مشخصات مدل به صورت مجزا در بخش‌های مشخصات هیدرولیکی، مشخصات هندسی و مشخصات مصالح مورد بررسی قرار می‌گیرد.
6-2-1- مشخصات هیدرولیکی
طراحی مدل هندسی براساس مشخصات هیدرولیکی و شرایط هیدرولوژیکی صورت گرفته است. رقوم بهینه نرمال سطح آب با توجه به نیازهای آبی منطقه و برنامه‌ریزی منابع آب در تراز 1308 متر از سطح دریا درنظر گرفته شده است.
6-2-2- مشخصات هندسی طرح
براساس مطالعات هیدرولوژیکی صورت‌گرفته برای تراز تاج سد باتوجه به رقوم نرمال پیشنهادی سطح آب (m 1308)، تراز 1312 متر از سطح دریا درنظر گرفته شده است.
در این مرحله از مطالعات و بر مبنای نتایج آزمایش‌های ژئوتکنیکی، تحلیل پایداری بر روی مقاطع متفاوت با شیب‌های مختلف صورت گرفت تا طرح بهینه (کمترین حجم خاکریزی که تأمین‌کننده شرایط پایداری است)، تعیین شود. لازم به توضیح است مطالعات پایداری شیب‌ها بر روی مقاطع بحرانی R-R تا T-T که بیشترین ارتفاع سد از تراز پی ( m58) و همچنین ضخیم‌ترین لایه آبرفت را دارا است، صورت گرفته است. همچنین تراز بالای هسته 1311، شیب بالادست و پائین‌دست آن معادل (1:4) (قائم : افقی)، عرض تاج سد و تاج هسته به ترتیب معادل m8 وm4 درنظرگرفته شد. در شکل (6-1) هندسه مدل مورد مطالعه نشان داده شده است.
در ادامه، نتایج محاسبات پایداری در حالت شیب بالادست برابر (افقی 5/2: قائم 1) و پائین‌دست به میزان (افقی 0/2: قائم 1) آورده شده است.
6-2-3- مشخصات ژئوتکنیکی قرضه‌های شناسایی شده
کلیه قرضه‌های ریزدانه و درشت‌دانه شناسایی شده در محدوده شعاعkm 5 ساختگاه سد قرار گرفته‌اند و راههای دسترسی به آنها از شرایط مناسبی برخوردار بوده و هزینه‌های جنبی قابل توجهی جهت احداث جاده و پل در برندارد.
6-2-3-1- قرضه ریزدانه
اکثر نمونه‌های حاصل از گمانه‌هایی که در محدوده منابع قرضه ریزدانه حفاری شده‌اند شامل سیلت رسی (ML) یا رس سیلتی (CL) به همراه ماسه و در بعضی مناطق به صورت مخلوط با شن می‌باشند. متوسط حدروانی منابع قرضه ریزدانه درحدود 24 درصد بوده و دامنه خمیری آن درحدود 7 درصد میباشد.
همچنین حداکثر وزن مخصوص خشک این مصالح در حدود T/m3 95/1 برآورد گردید. مقدار ضریب نفوذپذیری این قرضه نیز بر مبنای نتایج آزمایش‌های افتان بین 6-10 تا 7-10 سانتیمتر برثانیه محاسبه شد، براساس نتایج آزمایش‌های برش مستقیم در حالت تند و کند و آزمایش‌های مقاومت فشاری سه‌محوری در حالتهای UU، CU و CD متوسط پارامترهای مقاومت برشی مصالح قرضه‌های ریزدانه به صورت جدول زیر درنظر گرفته شده است:
جدول (6-1)- پارامترهای مقاومت برشی مصالح ریزدانه
مصالح ریزدانه آزمایش برش مستقیم آزمایش سه‌محوری
تند کند UU CU CD
زاویه اصطکاک (درجه 24 5/31 4 25 33
چسبندگی Kg/Cm2 4/0 15/0 5/0 37/0 14/0
6-2-3-2- قرضه درشت‌دانه
طبقه‌بندی اکثر نمونه‌های حاصل از گمانه‌هایی که در محدوده منابع قرضه درشت‌دانه حفاری شده‌اند، در رده شن سیلتی (GM) یا شن ماسه‌دار (GW) قرار می‌گیرد.
براساس نتایج آزمایش‌های تراکم متوسط وزن مخصوص خشک و رطوبت بهینه مصالح محدوده قرضه درشت‌دانه به ترتیب معادل 15/1 T/m3 درصد میباشد. طبق نتایج آزمایش‌های نفوذپذیری، متوسط ضریب نفوذپذیری مصالح درشت‌دانه بین 2-10 تا 1-10 سانتیمتر بر ثانیه میباشد.
علاوه بر نتایج آزمایش‌های برش مستقیم و سه‌محوری بر روی نمونه‌های بازسازی شده از این قرضه، نشانگر وجود محدوه مقاومتی مناسب بین 35 تا 38 درجه برای زاویه اصطکاک و صفر تا 06/0 Kg/Cm2 برای چسبندگی میباشد.
6-2-4- جمع‌بندی مشخصات و پارامترهای مقاومت برشی مصالح
براساس آزمایش‌های انجام‌شده بر روی مصالح قرضه‌های ریزدانه و درشت‌دانه موجود، خصوصیات مصالح شـامل وزن مخصوص خشک و وزن مخصوص اشباع و همچنین پارامترهای مقاومـت برشی ( و C) برای حالتهای مختلف پایداری تعیین گردید. تحلیل پایداری بدنه سد برای حالتهای مختلف بارگذاری براساس پارامترهای ارائه شده در جدول (6-2) انجام پذیرفته است.
جدول (6-2)- مشخصات مقاومت برشی مصالح زون‌های مختلف بدنه سد
وزن مخصوص خشک
(T/m3) وزن مخصوص اشباع
(T/m3) پایان مرحله ساخت حالت تراوش پایدار حالت افت سریع آب حالت وقوع زلزله
C(T/m2) C(T/m2) C(T/m2) C(T/m2)
مصالح آبرفت 9/1 2 2/0 33 20/0 33 25/0 30 25/0 30
مصالح پوسته 05/2 15/2 0 39 0 39 0 39 0 39
مصالح فیلتر 95/1 07/2 0 36 0 36 0 36 0 36
مصالح زهکش 2 1/2 0 38 0 38 0 38 0 38
مصالح هصته و بلانکت 85/1 2 50/0 4 15/0 32 53/0 25 35/0 25
6-3- مبانی تحلیل
همانگونه که قبلاً نیز به آن اشاره شد، جهت برآورد ضریب اطمینان پایداری شیب‌های سد مخزنی کشکسرای مرند از نرم‌افزارGEO-SLOPE استفاده شده است. این برنامه قابلیت بالایی در تحلیل پایداری شیب‌های سدهای خاکی با اشکال و بارگذاریهای مختلف از طریق روش‌های حل موجود (شامل روش قطعات یا اجزاء محدود) دارد که بسته به روش تحلیل انتخابی توسط کاربر و دقت مورد نیاز در مسأله، تحلیل پایداری شیب انجام می‌شود.
علاوه بر این می‌توان یک بار تحلیل تراوش را برای حالتهای مختلف تراوش شامل تراوش پایدار (Steady-Seepage)، مخزن پر و نیمه‌پر و تخلیه سریع (Rapid-Drawdown) انجام داده و نتایج حاصل را به عنوان ورودی یا اطلاعات اولیه‌ای جهت بررسی تاثیر فشار آب حفره‌ای بر پایداری شیب مورد استفاده قرار داد.
همچنین می‌توان ضریب اطمینان پایداری شیب را بر روی سطوح گسیختگی دایره‌ای، شکسته و ترکیبات مختلف آن توسط روش‌های بیشاب اصلاح شده،Morgenstern-Price, Janbu, Spencer و روش‌های گروه مهندسین ارتش آمریکا بررسی کرده و مجموعه ضرایب بحرانی را به صورت منحنی‌های هم‌ضریب ارائه نمود. در ادامه گزارش نتایج تحلیلهای انجام‌شده به منظور محاسبه حداقل ضریب اطمینان برای شرایط مختلف بارگذاری با استفاده از نرم‌افزار Geo-Slope و انتخاب روش‌های مخرتف تحلیل پایداری در آن صورت گرفته و با مقادیر مجاز توصیه شده آن مقایسه گردیده است.
6-4- نیروهای مؤثر در تحلیل
نیروهای حائز اهمیت در تحلیلهای پایداری شیب‌های سد، شامل نیروی آب و نیروی زلزله میباشد. به طور کلی دو روش جهت وارد کردن اثر ناشی از نیروی آب در تحلیل در حالت تنش مؤثر مدل سد مورد استفاده قرار می‌گیرد که این دو روش عبارتند از:
- معرفی سطح آب فرضی و اعمال فشار ناشی از آن بر بدنه سد
- تعریف ضریب فشار منفذی مصالح
هر یک از دو روش مذکور برحسب مورد در حالتهای مختلف بارگذاری و تحلیل، استفاده شده‌اند که در بخش‌های بعدی به آنها اشاره می‌شود. در این مرحله طبق توصیه مراجع و آیین نامه‌های معتبر سدسازی جهان، نیروی زلزله در تحلیل شبه‌استاتیکی توسط اعمال یک ضریب زلزله افقی به مقدار g21/0، (برمبنای نتایج حاصل ازمطالعات لرزه‌خیزی) درنظر گرفته شده است. این ضریب در حالات مختلف بارگذاری جهت تعیین ضریب اطیمنان پایداری شیب، اعمال گردیده و ضریب اطمینان قابل قبول بزرگتر از یک در نظر گرفته شده است.
6-5- آنالیز پایداری استاتیکی
آنالیز پایداری استاتیکی در شرایط مختلف (پایان مرحله ساخت، تراوش پایدار، تخلیه سریع) بر روی شیب‌های بالادست و پایین‌دست انجام شد. نتایج بدست آمده از این تحلیل‌ها در این قسمت بیان می‌شود.
6-5-1- تحلیل پایداری در پایان مرحله ساخت بدنه (End of Construction)
در این حالت با فرض اتمام عملیات احداث بدنه سد، پایداری شیب‌های بدنه در شرایطی که فشارهای منفذی ایجاد شده در بخش نفوذناپذیر بدنه سد در طی اجرای آن مستهلک نشده‌اند، مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل پایداری در پایان مرحله ساخت بر روی شیب‌های پایین‌دست و بالادست انجام شد.
در این شرایط زمان لازم جهت از بین رفتن فشارهای منفذی در طی اجرای سد فراهم نبوده و بحرانی‌ترین حالت به صورت افزایش فشار در بخش هسته ریزدانه در نظر گرفته شده است. در این وضعیت بارگذاری، لازم است هر دو دامنه سد از لحاظ پایداری بررسی شود. در تحلیل پایداری شیب‌ها پارامترهای مقاومتی خاک برای مصالح پوسته، فیلتر و زهکش‌ها (با توجه به نفوذپذیری زیاد آنها نسبت به هسته) در حالت تنش مؤثر و برای هسته ریزدانه در حالت تنش کل (به صورتCU) در محاسبات به صورت محافظه‌کارانه‌ای منظور شده‌اند. ضریب اطمینان پایداری شیب‌ها در حالت پایان ساخت برای شرایط استاتیکی و شبه‌استاتیکی و سطوح لغزش دایره‌ای یا بلوکی (با معرفی محدوده‌هایی که احتمال وقوع سطح لغزش در آنها بیشتر بوده و نقاط برخورد سطح لغزش با بدنه و پی سد در این محدوده‌ها قرار می‌گیرند)، محاسبه شده است.
باتوجه به لزوم بررسی شیب‌های ناپایدار و تحلیل سطوح گسیختگی محتمل تحلیل پایداری شیب‌های بالادست و پائین‌دست سد با استفاده از نرم‌افزار Geo-Slop انجام پذیرفته است. روش کار به این صورت است که ابتدا نوع سطح گسیختگی از لحاظ دایره‌ای یا بلوکی مشخص می‌شود، سپس محدوده‌هایی که احتمال وقوع لغزش در آنها زیاد است (مثلاً پای شیب، تغییر شیب یا وجود لایه ضعیف) انتخاب شده و حد سطوح لغزش در برنامه تعریف می‌شود. برای معرفی سطوح گسیختگی بحرانی دایره‌ای، مراکز دوایر لغزش توسط شبکه‌ای از نقاط مشخص شد و مماس‌های سطوح مذکور نیز توسط مجموعه‌ای از خطوط مشخص می‌شود. سپس روند محاسبه حداقل ضریب اطمینان در سطوح لغزش بحرانی تا رسیدن به حداقل ضریب اطمینان انجام می‌پذیرد. درمورد سطوح لغزش گسیختگی بلوکی، ابتدا شبکه‌ای از نقاط که معرف مرز یا نقاط شکست سطوح بلوکی است، معرفی شده و نرم‌افزار مذکور کلیه سطوحی که از لحاظ منطقی قابل تشکیل بوده و باعث ناپایداری می‌گردند را بررسی و حداقل ضریب اطمینان لغزش را محاسبه می‌نماید.
همچنین به منظور تأثیر فشار منفذی ایجاد شده در بخش هسته ریزدانه، از پارامتر ضریب فشار منفذی (ru) استفاده شده که در حالت محافظه‌کارانه‌ای مقدار حداکثر آن معادل 5/0 درنظر گرفته شده است.
در این حالت کمترین مقدار ضریب اطمینان شیب پائین‌دست برای حالتهای گسیختگی بلوکی و دایره‌ای به ترتیب مقادیر معادل 03/2 و 07/2 و برای شیب بالادست مقدار 78/1 محاسبه شد. مقایسه این مقادیر با ضریب اطمینان مجاز 3/1 در این شرایط، حکایت از پایداری شیب بالادست در پایان مرحله ساخت بدنه دارد.
6-5-2- تحلیل پایداری در حالت تراوش پایدار (Steady Seepage)
در حالتی که سطح آب در مخزن در تراز نرمال قرار داشته باشد و مدت زمان زیادی از این حالت بگذرد سطح شیب بالادست تحت تأثیر فشار آب مخزن قرار داشته و پایداری آن بیش از حالت قبلی است، اما به علت تراوش دائمی آب، شیب پایین‌دست در شرایط بحرانی قرار می‌گیرد که تحلیلهای پایداری با توجه به تراز نرمال و حداکثر آب در مخزن و تغییرات بین این دو حد تراز انجام شده است. در این وضعیت با توجه به گذشت زمان و تولید نشست‌های تحکیمی و الاستیک ناشی از بارگذاری اولیه، از نتایج آزمایش‌های سه‌محوری در حالت زهکشی شده (شرایط تنش مؤثر) استفاده شده است. علاوه براین فشار آب منفذی در هر نقطه نیز با توجه به ارتفاع سطح آب مخزن تا نقطه مورد نظر توسط نرم‌افزار مورد بحث برآورد گردیده و در محاسبات در نظر گرفته شده است. بنابر این در این حالت نیازی به معرفی پارامتر فشار منفذی (ru ) نمی‌باشد.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 18 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
