دانشگاه آزاد اسلامی
واحد علوم تحقیقات هرمزگان
دانشکده­ی فنی مهندسی-گروه عمران
پایان نامه برای دریافت درجه­ کارشناسی ارشد M.S_C

گرایش: مهندسی آب
عنوان:
بررسی تاثیر جنس مصالح هسته ناتراوای سدهای خاکی در پایداری دینامیکی
استاد راهنما:
دکتر میر علی محمدی
استاد مشاور:
دکتر مسعود عامل سخی
نگارش:
مهدی ملک اوغلی
پاییز ۱۳۹۲
تقدیم
تقدیم به پدر عزیزم،
که در پناهش شعر زندگی را باسازهای متنوع آموختم
و با نگاه پر مهرش به من امید بخشید و گام هایم را جهت نیل دانش و ادب و معرفت استوار ساخت.
تقدیم به مادر مهربانم،
ای که بهترین ، وفاترین ومهربان ترین هستی من – به پاس رنجهای طاقت فرسای بسیارت وبرای شادی دل پرچهره ات وبا هزاران بوسه بر دستان پاکت.
تقدیم به خواهرم،
که وجودش شادی بخش وصفایش مایه آرامش من است.
سپاسگزاری
جای خرسندی و شکر بسیار است که در آستانه تابش پرتو حیات بخش اسلام بر پهنه زمین، خود را زمانی می یابیم که اندیشه اصلاح نه تنها عبث نیست که پیمودن راه های کمال و رشد در هر بعدی از ابعاد انسانی هموارتر و شدنی تر می نماید.
مطالعه حاضرتحت عنوان،بررسی تاثیر جنس مصالح هسته ناتراوای سدهای خاکی در پایداری دینامیکی ، حاصل کار و راهنمائی های کثیری از اساتید و مهندسان زحمتکش می باشد که ارشادشان برای این جانب مشهوداست، و اگر ناخواسته خطایی چهره نماید، تماماً بر عهده صاحب این نیمچه قلم است، لذا در انتهای سخن ابتدا تکلیف خویشتن می داند که پاس دارد زحمات ارزشمند تمام ایشان منجمله؛
جناب آقای دکتر میر علی محمدی استاد راهنمای محترم، جناب آقای دکتر مسعود عامل سخی استاد مشاور محترم ، جناب آقای دکتر سیروس ارشادی مدیر گروه محترم و … که اگر موفقیتی در ارائه مطالب حاصل شود به وام از نام و ارشادات، زحمات این بزرگواران بوده است.
………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………..
چکیده:
سدها بزرگترین سازه های ساخته شده به دست بشر هستند.طراحی آنها اغلب از طبیعت منحصر به فرد و پیآمد گسیختگی که مطمئناً بزرگتر از اثر فروریختن انواع دیگر سازه هاست، ناشی می شود. پایداری سازهای بدنه سد و پی به طرق گوناگونی قابل تحلیل و بررسی است امروزه روش های مختلفی برای بررسی پایداری دینامیکی سدهای خاکی وجود دارند. ازمیان این روشها میتوان به روش های تعادل حدی، روش های آنالیزحدی ( حد بالاو پایین درتئوری پلاستیسیته ) و روش های اجزاء محدود اشاره کرد به طور کلی می توان گفت که روش اجزاء محدود می تواند با فراهم آوردن اطلاعات راجع به نحوه گسیختگی به عنوان مکمل روش های حدی عمل کند. مهمترین استفاده ای که از تحلیلهای عددی در مرحله طراحی می شود، ارزیابی مقدار فشار آبمنفذی در پایان ساخت سد، بررسی شکست هیدرولیکی در هسته رسی، بررسی پدیده قوس زدگی، پیشبینی مقدار نشست برای تعیین حجم مصالح موردنیاز و تعیین ضریب اطمینان جهت تعیین پایداری بدنه سد می باشد. دراین تحقیق با بهره گرفتن از نرم افزارflac 7.0 به بررسی تاثیر مصالح مختلف به عنوان هسته در سدها و پایداری شیروانی های بالادست و پایین دست سد در دو حالت هسته قائم و هسته مایل پرداخت شده و نتایج بدست آمده از آنها مورد بررسی قرار گرفته اند. مدل رفتاری مورد استفاده در این تحقیق، مدل مور- کلمب است که یک مدل الاستیک – پلاستیک کامل به شمار می آید. در مدل رفتاری مذکور، پوش گسیختگی توسط معیار معروف مور- کلمب که تابع گسیختگی برشی است، با در نظر گرفتن معیار گسیختکی کششی حاصل می شود. با توجه به نتایج بدست آمده میزان ضریب اطمینان در مقابل پایداری به نوع رفتار فرض شده برای مصالح هسته و پوسته وضعیت قرارگیری هسته (مایل یا قائم بودن هسته)، وضریب پواسون مصالح هسته سدبستگی دارد.
کلمات کلیدی:
سد های خاکی، پایداری، ضریب اطمینان، تنش موثر، نرم افزار flac
فصل اول
۱- مقدمه و هدف :
۱-۱ مقدمه
با توجه به نیاز اساسی کشور پهناور ایران به مهار و ذخیره آبهای سطحی جهت تامین آب برای مصارف شرب ،آب مورد نیاز کشاورزی ،صنعت ،‌تولید نیروی برق و همچنینکنترل سیلاب ، طغیان رودخانه ها و از جانبی گام اول در توسعه و بهره برداری از منابع آب کشور احداث سدهای بلند می باشد. آمارها نشان می دهند در کشورمان حدود ۳۰۰ سداحداث شده و در حال ساخت بیش از ۲۰۰ سد از نوع خاکریز می باشند که خوداهمیت این نوع سدها را به دلایل گوناگونی آشکار می سازد. از اینرو کنترل پایداری این نوع سدها با توجه به جنس مصالح هسته امری ضروری به نظر می رسد. سدها سازه های مهم و زیربنایی یک کشور محسوب می شوند ،‌ چون برای ساخت یک سد بر خلاف یک ساختمان معمولی هزینه و زمان زیادی صرف می گردد. هسته مرکزی در سدهای خاکی و سنگریزه ای ،‌وظیفه اصلی آب بندی و نگهداری آب در پشت سد را بر عهده دارد،لذا انتخاب مصالح با نفوذپذیری بالا در هسته سد امری اجتناب ناپذیر محسوب می شود.یکپارچگی سازه سد می بایست در مدت عملکرد آن یا وقایع احتمالی که در مدت زمان بهره برداری رخ می دهد حفظ شود برای این منظور به بررسی طیف متناظر شرایط تنش و بارگذاری پرداخته می شود. در همه وقایع قابل پیش بینی پایداری سد می بایست با تنش های قرار گرفته در ترازهای قابل قبول و یکپارچگی هسته سد تامین شود.در این تحقیق به بررسی تاثیر مصالح مختلف به عنوان هسته در سدها و به تبع آن ارزیابی مسئله ترک هیدرولیکی و پایداری شیروانیهای بالادست و پایین دست سد در دو حالت : هسته قائم و هسته مایل پرداخت شده و نتایج بدست آمده از آنها مورد تحلیل قرار می گیرد.
۱-۲ هدف از انجام این پژوهش :
از آنجاییکه ضرایب اطمینان مرسوم در تحلیل پایداری تعادل حدی همچنان دارای اهمیت هستند و سایر ملاحظات مورد نظر برای دقیق بودن تحلیل یک سد خاکی ، شامل قابلیت تغییر مکان ، تنش های بدنه و همچنین مقاومت آن در مقابل اثرات نشت نیز باید ارزیابی گردند. روش اجزا محدود و سایر فنون پیشرفته برای تحلیل سدها ، امکان مطالعه رفتار خاکریز تحت شرایط گوناگون را فراهم آورده اند. حجم وسیعی از داده های حاصل از تحلیل های متعدد ، تسهیلاتی را برای ترسیم منحنی های پیش بینی شده از عملکرد سد ایجاد کرده است.همچنین پدیده های موثر در ناپایداری داخلی سدهای خاکی تحت تاثیر جنس مصالح هسته ناتراوا می بایست مورد ارزیابی و مقایسه قرار گیرند که این عوامل با تکنیک اجزاء محدود قابل بررسی می باشند. این پدیده ها در سدهای با شکل هسته قائم و مایل می توانند رفتاری متفاوت داشته باشند پدیده هایی که از نشست های تفاضلی هسته و پوسته به علت تفاوت در تراکم پذیری آنها شروع می شود و به پدیده قوس زدگی هسته بر روی پوسته مبدل شده و در نهایت می توانند باعث عامل ترکهای هیدرولیکی درون هسته سدهای خاکی و یا در سطح مشترک هسته و پوسته گردندکه مجموع این عوامل و واکنش ها در دراز مدت می توانند به گسیختگی داخلی سد منجر شوند. بنابراین با توجه به اینکه سدهای با هسته خاکی و مایل رفتاری متفاوت در برابر تمامی این عوامل از خود بروز می دهند به بررسی دقیق و علمی این شرایط پرداخته می شود.در مجموع علیرغم کلیه مواردی که در فصل سوم به عنوان مزایا و معایب هسته های قایم و مایل مطرح می شود هنوز یک نظریه منسجم و هماهنگ در مورد ارجحیت قاطع هیچ یک از دو روش ارائه نشده و در این مورد بین مهندسان طراح و محققان اختلاف نظر وجود دارد. در واقع علاوه بر مسایل مطروحه لازم است در انتخاب موقعیت استقرار و شکل هسته، عوامل مختلفی از جمله شرایط خاص زمین شناسی و ژئوتکنیک محل ، شرایط اقلیمی، مسایل و امکانات اجرایی موجود،‌کیفیت و کمیت مصالح قرضه ، شرایط توپوگرافی محل احداث و غیره مدنظر قرار گیرد. در هر حال مقایسه بین مزایا و معایب حاصل از مایل بودن هسته یا قایم بودن براساس مقاومت برشی نسبی مصالح هسته و پوسته های بالادست و پایین دست قابل ارزیابی خواهد بود. در این پژوهش با کنترل ضرایب اطمینان برای شیب ها در شرایط بارگذاریهای مختلف و تحلیل شرایط تنش در بدنه سد به بررسی پدیده قوس زدگی که خود یکی از عوامل شکست هیدرولیکی است پرداخته می شود و این امر مهم در یک سد موردی با دو شکل هسته متفاوت کنترل می گردد.
۱-۳ سیمای کلی رساله :
این رساله به گونه ای تنظیم شده است که ارتباط بین مطالب ارائه شده در هر فصل بطور نسبی رعایت شوند. به منظور رسیدن به اهداف موردنظر، رساله حاضر درپنج فصل تهیه شده است که فصول آن مندرجات زیر را شامل می شوند:
فصل اول شامل مقدمه و همچنین هدف از انجام این پژوهش می باشد.
در فصل دوم توضیحی در مورد ادبیات فنی و پیشینه پژوهش در ارتباط با موضوع داده شده است.
در فصل سوم به بیان عواملی که می توانند در هسته های خاکی با شکل هندسی متفاوت منجر به از دست رفتن پایداری آنها شوند پرداخته می شود.
در فصل چهارم به معرفی دستگاه مورد نیاز در این تحقیق و قابلیت های آن که برای آنالیز سدهای خاکی استفاده می شوند و روش کار و نحوه مدل سازی سد برای آنالیز پایداری سد توضیح داده شده است.