وبلاگ

1-1- کلیات
امروزه ساخت و احداث سدها به منظور جمع‌ آوری و نگهداری آب رودخانه‌ها برای مصارف آشامیدن، آبیاری، تولید برق، جلوگیری از سیلاب، ماهی‌گیری و …. امری اجتناب ناپذیر است. با این وجود سدها، سازه‌های عظیمی هستند كه خطرات بالقوه‌ای را برای جامعه پایین‌دست خود به همراه دارند و شکست آن‌ ها می‌‌تواند فاجعه آمیز باشد. در واقع موضوع ایمنی سدها به دلیل مسایل اجتماعی و اقتصادی در دهه‌ های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این امر به دلیل بالا رفتن سن سدهای ساخته شده و همچنین ظاهر شدن خرابی در سدهایی كه در ابتدا و اواسط قرن بیستم ساخته شده‌اند، توجه ویژه‌ای را به خود جلب كرده است.
          از تعداد سدهایی كه در طول تاریخ خرابی‌هایی به بار آورده‌اند اطلاع دقیقی در دست نیست. با این وجود، گزارش های متعددی از آسیب‌های وارده بر سدها در حین زلزله‌های به وقوع پیوسته گزارش شده است. البته خطر حاصل از خرابی سدها تنها به ارتفاع سد بستگی ندارد و حجم آب ذخیره شده در پشت سد و شكل دره نیز، در خرابی آن موثر هستند.
          در طی سالیان متمادی که بشر اقدام به ساخت سدها کرده است همواره با توجه به اطلاعات در دسترس و نیز امکانات موجود، فرضیاتی را اتخاذ نموده و مدل‌هایی را برای تعریف رفتار سدها، مصالح ساخت و نیروهای اعمالی توسعه داده است که با توجه به پیشرفت‌های حاصله بسیاری از این فرضیات اعتبار خود را از دست داده‌اند. علاوه بر آن با توسعه نرم‌افزارهای پیشرفته‌، تدقیق مدل‌های رفتاری مصالح بر پایه نتایج آزمایشگاهی‌، مطالعه پاسخ‌های سدهای موجود در حین زلزله‌های رخ داده، شناخت دقیق‌تر ماهیت زلزله‌های اعمالی و نیز افزایش سرعت رایانه‌ها امکان انجام مطالعه و آنالیزهای دینامیکی غیر خطی سه بعدی دقیق‌تر بر روی رفتار سدها فراهم شده است.
یکی از فرضیاتی که جهت ساده سازی آنالیزهای دینامیکی سد‌های موجود صورت می‌گیرد یکنواخت بودن فونداسیون به لحاظ پارامترهای فیزیکی همچون مدول الاستیسیته و میرایی است. این در حالی است که در عمل ممکن است در نواحی مختلف محدوده پی سد شرایط زمین شناسی متفاوتی حاکم بوده و گزارش‌های زمین شناسی و مکانیک سنگ پی سد را به صورت غیریکنواخت ترسیم کنند. درچنین شرایطی عموماً یا در حالتی محافظه‌کارانه پارامترهای ضعیف‌ترین ناحیه به عنوان پارامترهای پی یکنواخت در آنالیز دینامیکی سد وارد می‌شوند و یا تحت شرایطی پارامترهای حاصل از میانگین‌گیری وزنی ناحیه‌ها به عنوان پارامترهای پی یکنواخت به عنوان ورودی‌های مدل تعریف می‌شوند.
همان طور که اشاره شد امروزه با پیشرفت تکنولوژِی و با بهره گرفتن از روش‌های عددی امکان مدل‌ کردن شرایط پیچیده فیزیکی فراهم است. لذا با به کار گیری نرم‌افزارهایی که جهت مدل‌سازی المان محدود ارائه شده‌اند می‌توان بررسی کرد اعمال فرض غیریکنواخت بودن پی نسبت به حالت یکنواخت تا چه میزان در پاسخ لرزه‌ای سدهای بتنی وزنی تاثیرگذار است.

در این تحقیق رفتار لرزه ای یک سد بتنی وزنی به ارتفاع 110 متر تحت اثر غیریکنواخت بودن فونداسیون مورد تحقیق قرار گرفته است. سد بتنی وزنی بررسی شده در این تحقیق ارتفاعی معادل 110 متر دارد. شیب بالادست و پایین‌دست این سد به ترتیب 1 به 1/0 و 1 به 85/0 (قائم به افقی) است. به این منظور با بهره گرفتن از نرم‌افزار Abaqus یک مدل المان محدود از سیستم سد، دریاچه و فونداسیون ایجاد شده است. به کمک این مدل پاسخ سد با لحاظ کردن اندرکنش سد، فونداسیون و دریاچه تحت اثر زلزله‌ای با شتاب حداکثر  g 8/0 محاسبه شده است. به منظور بررسی تاثیر غیریکنواخت بودن فونداسیون سد در پاسخ به دست آمده، رفتار این سد تحت شرایط مختلف و با در نظر گرفتن پارامترهای فیزیکی متفاوت برای فونداسیون مورد بررسی قرار گرفته است. در همگی تحلیل‌ها رفتار مصالح سد و فونداسیون در محدوده خطی در نظر گرفته شده است.
نتایج آنالیزها نشان می‌دهد در فونداسیون‌های غیریکنواخت الگوی توزیع تنش در بدنه سد به طور کلی با حالت یکنواخت متفاوت است. به علاوه فرض غیریکنواخت بودن فونداسیون تاثیر قابل ملاحظه‌ای در تنش‌های به وجود آمده در بدنه سد خواهد داشت. این در حالی است که در حالت غیریکنواخت تغییرمکان‌ها نسبت به حالت یکنواخت افزایش محسوسی نمی‌یابند.
   1-2- ایمنی در سدها
بهره برداری همراه با کنترل ایمنی دو فرایند جدانشدنی و مستمر در دوره عمر سدها می باشند. با ساخت و شروع بهره برداری از ابر سازه ای چون سد در واقع برای جامعه پایین دست شرایط بالقوه مخاطره ای آمیزی می تواند ایجاد گردد و شکست سد پدیده ی نابهنجاری است که با ایجاد سیل در پایین دست همراه بوده و  می تواند موجب خسارات مالی و جانی قابل ملاحظه ای گردد. دامنه این خسارت ها چه در بعد زمان و چه در بعد مکان بسیار گسترده بوده و حتی موجب کاهش اعتبار ملی یک کشور نیز می گردد.
 با توجه به مطالب ذکر شده در بالا موضوع ایمنی در سدها اهمیت بسیار بالایی دارد خصوصا در کشور ما که بسیاری از نقاط سد سازی در مکان هایی با لرزه خیزی بالا قرار دارند. در واقع با توجه به هزینه بالای سد سازی، عدم توجه کافی به ایمنی سدها می تواند موجب از بین رفتن سرمایه های ملی کشور نیز بشود.
 
1-3-  انواع نیروهای وارده بر سدهای بتنی وزنی
نیروهای موجود در بحث پایداری و آنالیز تنش را می توان به دو دسته استاتیکی و دینامیکی تقسیم بندی نمود. بارهای استاتیکی شامل نیروی وزن، هیدرواستاتیک، نیروی زیرفشار، بارهای حرارتی، فشار رسوب و یخ و … هستند و نیروی های ناشی از زمین لرزه و باد طبیعت دینامیکی دارند.
 
1-3-1- بارهای استاتیکی
1-3-1-1- بار ناشی از وزن
شکل1-1. نیروی وزن
این نیرو مهترین بار در سدهای بتنی وزنی است و نقش پایدار کننده و مقاومت در برابر انواع نیروهای دیگر را بازی می کند.
برای محاسبه این نیرو از حاصلضرب وزن مخصوص مصالح در حجم استفاده می شود.
(1-1)
در رابطه بالا:
 نیروی وزن
 وزن مخصوص بتن
مساحت مقطع سد
باید توجه شود که چون در محاسبات پایداری عرض عمود بر صفحه مونولیث (بلوک مورد نظر که محاسبات پایداری برای آن صورت می گیرد) برابر واحد فرض می شود، به جای محاسبه حجم از سطح مقطع استفاده می شود. در محاسبه نیز سطح مقطع از حفرات موجود در بدنه سد مثل گالری ها صرف نظر می شود مگر آنکه در موارد خاص (مثل سدهای کوتاه) مطابق قضاوت مهندسی تشخیص داده شود که صرف نظر از آن ها تاثیر قابل توجهی در محاسبات دارد. همچنین در مواقعی که وزن ملحقات سد مثل دریچه ها، پل ها و … در صورتی که قابل صرف نظر کردن نباشند باید به بار مرده بدنه اضافه شوند و همچنین در صورت وجود خاکریز بر روی بدنه سد باید اثر آن را بر بار مرده افزود.
نکته مهم دیگری که در مورد سدهای بتن غلتکی وجود دارد این است وزن مخصوص بتن غلتکی به میزان تراکم و چگالی سنگدانه هایش وابسته است. بتن غلتکی به واسطه کاهش وجود حباب های هوا و کمی حجم آب در مخلوط در قیاس با بتن حجیم معمولی با سنگ دانه های مشابه، اندکی چگال تر می باشد. در صورت نبود اطلاعات کافی و یا در طراحی اولیه وزن واحد حجم بتن را می توان برابر  فرض کرد که در سیستم یکاهای دیگر مطابق جدول زیر است: