اثر زهکش های مختلف سد خاکی /فرزدان/انجام مقالات علمی و پایان نامه و پروپوزال تمام مقاطع

بررسی اثر زهکش های مختلف پوسته سد خاکی بر پایداری شیروانی ها و پدیده تراوش با استفاده از مدل Slope/w

(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

از زمان های گذشته ساخت سد های خاکی برای کنترل و ذخیره آب بوده است و به منظور تامین یک طرح دقیق و منطقی در سد های خاکی لازم است که وضعیت شالوده سد و مواد تشکیل دهنده آن کاملا مورد مطالعه و بررسی اولیه قرار گرفته و اجرای سد با روش های کنترل شده و دقیقا مطابق برنامه پیشنهادی طراح انجام شود.

از جمله عوامل مهم در خرابی سد های خاکی نشت از بدنه و همچنین زیر سد است و از آنجا که خط نشت آزاد مرز تفکیک ناحیه اشباع از غیر اشباع است تعیین دقیق موقعیت آن در مسائل پایداری سدها خاکی اهمیت دارد و به طور کلی به منظور تعیین محل سطح آزاد نشت از روش های مختلف تحلیلی چون فرمول های تقریبی و تجربی و یا حل از طریق رسم شبکه جریان استفاده می شود.

همچنین می توان از روش های مختلف عددی و نظیر روش های تفاضل های محدود و روش اجزای محدود و روش حجم محدود نیز در تعیین موقعیت سطح آزاد نشت بهره گرفت. (اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

در این پایان نامه از نرم افزار GEOSTUDIO استفاده می‏شود.

همواره محاسبه میزان نشت در بدنه سدهای خاکی مورد توجه بوده است و تا کنون روش‎های مختلفی جهت تعیین میزان نشت و همچنین تعیین سطح آزاد نشت در بدنه این سدها بکار گرفته شده است.

از جمله این روش‎ها، روش های تقریبی و فرمول‎های تجربی، همچنین حل با استفاده از ترسیم شبکه جریان می باشد که این دسته از روش‎ها از دقت کافی برخوردار نمی‎باشند. در این مطالعه از ماژول SEEP برای محاسبه تراوش از بدنه سد استفاده شده است.

برای بررسی پایداری شیروانی‏ها از ماژول Slope استفاده شده است. این ماژول امکان بررسی پایداری شیروانی سد خاکی به روش‏های مختلف از جمله بیشاب و … را فراهم کرده است

پس از خرابی فاجعه آفرین سد سن فرناندو در زلزله 1971 بر اثر روانگرایی و تخریب کامل سد اوشیما در زلزله 1978 ، آسیب پذیری سد های خاکی در مقابل زلزله های متوسط بسیار مورد توجه قرار گرفت.

گزارش های رامو و همکاران (1980) و سید ، شن و همکاران (1980) آمار خرابی های سد های خاکی در ایالات متحده ، ژاپن، مکزیک و چین از سال 1906 تا 1980 را جمع آوری و ارائه کرده اند که ملاحظه شد .

حدود 300 سد در اثر زلزله آسیب دیده و حداقل 10 درصد آنها کاملا خراب شده اند. به عنوان نمونه به آسیب دیدن سد اونو در سال 1912 در نزدیکی توکیو می توان اشاره کرد. این سد در نزدیکی توکیو و به منظور استفاده از نیروی برقابی ساخته شد. (اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

ارتفاع سد 120 فوت بوده و از خاک سرخ متراکم با هسته مرکزی رسی ساخته شده بود ([i]).

در بیشتر سد های خاکی که تحت زلزله های شدید قرار گرفته اند، الگوی نمونه خرابی مشاهده شده، ترک های طولی در تاج سد و ناحیه فوقانی شیب می باشد که گاهی با نشست تاج و حرکت افقی بخش هایی از خاکریز توام بوده است. در زلزله اوگا در ژاپن که 86 سد تحت تاثیر آن قرار گرفتند، 12 مورد از آنها تخریب شدند ([ii]).

تحلیل عددي سدها با روش المان محدود تقریباً در دهه 1960 میلادي آغاز گردید. سد خاکی اسکاموند از اولین سدهاي خاکی نسبتاً بزرگ در انگلستان بود که در اواخر 1960 توسط پنمن و همکارانش مورد تحلیل عددي بر اساس اجزاء محدود قرار گرفت ([iii]).

اندکی بعد از احداث سد اسکاموند، سد خاکی للین بریان نیز توسط پنمن و چارلز به روش تحلیل عددي و با استفاده از اجزاء محدود مورد مطالعه قرار گرفت ([iv]).

سد خاکی اروویل در سال 1972 در زمان اولین آبگیري توسط نوبري و دانکن به روش اجزاء محدود مورد بررسی قرار گرفت ([v]). سد ایل این فیرنیلو در مکزیک یکی از اولین سازه‏هاي خاکی سنگریزه‏اي می‏باشد که نتایج حاصل از اندازه‎گیري ابزار دقیق با مقادیر نتایج حاصل از تحلیل عددي به روش اجزاء محدود مقایسه گردیده است.

کلاف و وودوارد نیز در سال 1967 میلادي براي تحلیل یک سد مرتفع از روش المان محدود استفاده کرده‏اند ([vi])

رشیدی و همکاران (1391) پژوهش‏های متعددی درباره مدل‏سازی عددی جریان‏های نشتی از سدهای خاکی انجام دادند و نشان دادند روش‏های عددی می‏تواند یک ابزار خوب دقیق و سودمند برای مدل‏سازی پدیده‏های فیزیکی از جمله حرکت و جریان آب درون نشته‏های متخلخل باشد ([vii]).

میشرا و سینگ (2008) روند نشت در یک سد خاکی همگن دارای فیلتر افقی را با استفاده از روش المان محدود مورد بررسی قرار داده و برای حل مسئله با روش عددی از برنامه Ansys ، PLAXIS، SEEP/W استفاده شد.

براي آسان‏سازي مسئله سد را ايزوتروپيك و واقع شده بر روي يك پي نفوذناپذير و شرايط نشت را پايدار فرض شد ([viii]).

کولایی‏مطلق در سال 1391 در پایان‏نامه خود تحت عنوان “بررسی رفتاري سدهاي خاکی با استفاده از نتایج ابزاردقیق سد و تحلیل برگشتی (مطالعه موردي: سد خاکی شهر چاي)” ضمن تأکید بر اهمیت رفتارسنجی سدهاي در حال بهره‌برداری، با معرفی ابزار دقیق متداول در سدهاي خاکی به مطالعه موردي سد خاکی شهر چای ارومیه و رفتارنگاري این سد به دو روش، تحلیل اطلاعات قرائت شده از ابزار دقیق نصب شده در پی و بدنه سد و آنالیز عددي سد پرداخته شده است.(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

در تحلیل عددي سد مورد مطالعه به منظور پیش‏بینی رفتار سد در موقعیت‏هاي مختلف و شرایط متغیر بارگذاري یا شبیه‏سازي عددي سد، از نرم‏افزار GeoStudio استفاده شده است.

نتایج حاصل از این مطالعه که با محاسبه پارامترهاي مختلف از قبیل خط سطح آزاد جریان آب داخل بدنه سد (خط فراتیک)، میزان نشت آب از پی و بدنه، ضرایب پایداري شیب‎هاي بالادست و پایین‏دست سد، میزان نشست‏هاي آنی و تحکیمی سد، جابجایی‎هاي افقی داخل بدنه و همچنین انطباق آن‎ها با مقادیر حاصل از قرائت ابزار دقیق، همراه بوده است.

حاکی از رفتار صحیح بخش‏هاي مختلف پی و بدنه سد خاکی شهرچاي، در حال حاضر می‏باشد.

جهت تأمین ایمنی بیشتر ساکنین روستاهاي پایین‏دست و شهر ارومیه که در 12 کیلومتري پایین‎دست واقع شده، تعمیر و راه‎اندازي ابزارهاي معیوب و نگهداري و بهره‎برداري از ابزار دقیق موجود و رفتار‏سنجی دقیق و مستمر پی و بدنه سد توصیه شده است ([ix]).(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

پلاکسیس (1987) نرم‏افزار اجزای محدود دیگری است که در تحلیل مسائل خاکی و سازه‏ای در ارتباط با خاک است که در سال 1987 در دانشگاه دلف هلند در ابعاد مختلف و توانایی‏های متنوع گسترش یافت (به نقل از [x]).

ژانگ و لویی (2012) تاثیر پنجه وزنی سد را از طریق اجزا محدود در سد های خاکی بررسی کردند. آنها به این نتیجه رسیدند که ساخت این پنجه به طور قابل توجهی بر پایداری هسته سد و دیواره های سد در بارگذاری دینامیکی تاثیر گذار است. آنها همچنین طول بهینه ای برای پنجه سد ارائه دادند ([xi]).

باقری (2013) خرابی سد بتنی را تحت تاثیر تحلیل دینامیکی غیر خطی بررسی کردند.

آنها در این تحقیق با بررسی یک نمونه سد بتنی به عنوان مطالعه موردی و انجام تحلیل دینامیکی بر روی این سد ، خرابی ها و تاثیرات احتمالی به وجود آمده را مورد بررسی قرار دادند .

مهدی زاده و قنبری (1392) فركانس ارتعاش آزاد سد خاكي همگن بر بستر صلب را بررسی کردند. آنها در این تحقیق روشی مناسب جهت تعیین فرکانس ارتعاش طبیعی سازه ارائه کردند.

روش مورد استفاده آنها روش تحلیل جسم گسترده و فرض توابع شکل مثلثاتی است. پارامترهای مورد بررسی آنها شکل هندسی پی، نسبت پواسون خاک و نسبت الاستیسیسته بستر است.(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

و در نهایت فرکانس حاصل با نتایج مطالعات گذشته مقایسه شد ([xiv]).

پرنگ و اژدری (1392) اثر شکل دره و نوع تکیه گاه بر رفتار دینامیکی سد های سنگریزه ای را بررسی کردند. برای این منظور سه مدل مختلف سد سنگریزه ای را در برنامه Midas GTS مدل سازی کردند .

در تمامی این مدل ها طول و عرض سد ثابت و تفاوت مدل ها در شکل دره می باشد. و در نهایت نشست کل را اندازه گیری کردند ([xv]).

داوودی و همکاران (1392) رفتار دینامیکی سدهای خاکی کوتاه و بلند را تحت تاثیر زلزله های حوزه دور و حوزه نزدیک مورد مطالعه قرار دادند. هدف آنها بررسی احداث سد در مناطق مناسب از نظر آبگیری خوب با وجود نزدیکی به گسل بودن این مناطق بود ([xvi]).

لیو و همکاران (2014) با استفاده از میز لرزه رفتار دینامیکی سد های سنگی با رویه بتنی را بررسی کردند. پارامتر های مورد بررسی در این تحقیق عبارتند از: مسلح سازی با ژئوگرید، پایدارسازی شیب پایین دست با استفاده از بلوک های بتنی و جایگزینی منطقه بالای سد با لایه های بتنی. تاثیر هر پارامتر در نهایت با اندازه گیری نشست و نحوه شکست در هر مرحله مقایسه شد ([xvii]).

یوآن و همکاران (2014) نیز با استفاده از میز لرزه رفتار دینامیکی سدهای هسته رسی و رویه آسفالتی را بررسی کردند. آنها با شبیه سازی مطالعه موردی دو سد در کشور چین ، زلزله های با بزرگی و پارامتر های متفاومتی را بر آنها اعمال کردند ([xviii]).

یانگ و چی (2014) پایداری دینامیکی سدهای خاکی را با استفاده از روش اجزا محدود بررسی کردند.

آنها به این نتیجه رسیدند که این روش ، روشی مناسب برای محاسبه شتاب بحرانی، سدهای خاکی است. در نهایت با مقایسه نتایج، با روش بیشاپ ساده شده، صحت نتایج را بررسی کردند ([xix]).(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

کهور زاده و دهقانی (2014) تغییر شکل های سد خاکی در هنگام زلزله را با روش اجزاء محدود و با استفاده از نرم افزار ansys مورد مطالعه قرار دادند. آنها حالات مختلف از قبیل لغزش، واژگونی، نشست و جابجایی های افقی و قائم را در این تحقیق مدلسازی کرده و حالات بهینه را معرفی کردند ([xx]).

اخلاقی و نیک کار (2014) رفتار شبه استاتیکی سد های خاکی را با استفاده از روش اجزا محدود و نرم افزار Plaxis بر روی سدهای سن فرناندو و کیاتاما مطالعه کردند.

سپس نتایج حاصل شده را با نتایج تحلیل دینامیکی مقایسه کرده و صحت نتایج را بررسی کردند ([xxi]).

ونگ و همکاران (2013) پدیده شکست هیدرولیکی را با استفاده از یک مدل اجزا محدود مورد بررسی قرار دادند. آن‏ها آزمایش‏های خود را بر روی سد همگن و غیرهمگن به منظور بررسی تآثیر فشار آب حفره‏ای بر روند شکل‏گیری و آغار پدیده شکست هیدرولیکی انجام دادند. نتایج آن‏ها نشان داد که میزان فشار آب حفره‏ای در ایجاد این پدیده تأثیر چشم‏گیری دارد ([xxii]).

عبدالغفار و اسکات (1979) اثر زلزله سانفرناندو را بر روی سد خاکی سانتافله‏سیا بررسی کردند و ضمن نشان دادن فرکانس طبیعی سد و سرعت موج برشی در مصالح سهم نسبی مودهای ارتعاشی مختلف را به دست آوردند و این فرکانس‎ها را با فرکانس‎های طبیعی به دست آمده از نظریه تیر برشی مقایسه کردند ([xxiii]).

ویلند و مالا (2002) پایداری لرزه‏ای سد خاکی مات‎مارک با ارتفاع 117 متر را که در کشور سوییس بر روی یک فونداسیون ضخیم 88 متری قرار گرفته بود ارزیابی کردند.(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

تحلیل دینامیکی با استفاده از روش اجزای محدود دوبعدی برای مدل سد و فونداسیون انجام شد.

نگاشت ورودی شامل سه سری متفاوت از شتاب‏های مصنوعی بود که دارای شتاب‏های ماکزیمم افقی و قائم 0.42g و 0.28g بودند. خواص دینامیکی مصالح سد بر پایه آزمایش‏های دینامیکی و استاتیکی و اطلاعات موجود انتخاب شد. تحلیل‏ها نشان داد که سطوح لغزش سطحی می‏توانند در حین زلزله به میزان 2 تا 3متر حرکت کنند.

برای سطوح لغزش عمیق‏تر ماکزیمم تغییرمکان کمتر از 80 سانتیمتر بود و نشست‏های لرزه‏ای بر پایه کاهش سختی برشی مصالح در طی زلزله تخمین زده شد ([xxiv]).

گتمیری و مکرم (1382) با استفاده از نرم‏افزار Adina تحلیل‏های در سه مرحله ساخت، آبگیری و تحلیل دینامیکی تحت بار زلزله به ترتیب با استفاده از دو سری مدل رفتاری خطی و غیرخطی و الاستوپلاستیک انجام دادند.

برای تحلیل‏ها از مشخصات مصالح و هندسه یکی از سدهای در سدت ساخت با استفاده از هسته بتن آسفالتی استفاده شده است سپس برای رسیدن به درک کلی‏تر از رفتار سدهای با هسته بتن آسفالتی و آشکار شدن میزان حساسیت به پارامترهای هندسی از هندسه‏ای با ارتفاع دو برابر سد اول و شیب‏های بالادست و پایین‏دست تندتر استفاده شده است.

با توجه به نتايج به دست آمده مي توان گفت كه در روند طراحي سدهاي خاكي با هستة بتن آسفالتي حتمًا مي بايد شيب و ارتفاع نهايي بدنه سد را بر اساس بررسي دقيق رفتار لرزه اي آن با توجه به ارتفاع و شيبهاي گوناگون انتخاب نمود ([xxv]).(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

پریوو و همکاران (1985) با استفاده از نرم‏افزار داینافلو پاسخ دوبعدی و سه‏بعدی سد سانتافله‏سیا را در برار زلزله متفاوت بررسی کرده و نتایج حاصل را با اطلاعات ثبت شده مقایسه کردند.

برای این تحلیل‏ها از نظریه پلاستیسیته چندسطحی با سخت‏شوندگی سینماتیکی کامل استفاده کردند و در این محاسبات اثر بعد سوم روی پاسخ دینامیکی سد به خصوص بر روی تغییر شکل‏های ماندگار نشان داده شد و قابلیت تحلیل‏های دوبعدی در محاسبه پاسخ دینامیکی سد ارزیابی شد ([xxvi]).

طراحی و ساخت سدهای خاکی از جمله علومی است که قدمت آن به چند هزار سال میرسد و بسیاری از کشورهای واقع در مناطق خشک و نیمه خشک جهان از جمله کشورمان ایران، در این زمینه دارای تجربیات سودمند میباشد. نخستین هدف سد سازی را می توان نگهداری و ذخیره سازی آب دانست.

هدفی که تاریخچه سد سازی را به دوران قبل از تاریخ مدرن بشری باز می گرداند.

دورانی که از آن تعداد زیادی سد که اغلب خاکریزهایی ساده هستند در کشورهای دیگر به جا مانده است.

طراحان سازه‌هاي ژئوتكنيكي از قبیل سدهای خاکی با انواع گوناگوني از مواد ناهمگن و ناهمسان طبيعي مواجه هستند كه داراي شرايط پيچيده‌اي هم به لحاظ رفتاري و هندسي بوده و هم در طول عمر پروژه خصوصيات آنها ثابت نخواهد بود. (اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

با توجه به اینکه کلیه تحولات علمی صورت گرفته در پنجاه سال اخیر، به دلیل تنوع و تعداد عوامل موثر بر رفتار سدهای خاکی، بویژه اثر قابل توجه پدیدهها و عوامل طبیعی از جمله شرایط زمین شناسی و ژئوتکنیک، شرایط هیدرولوژیک و ژئوهیدرولوژیک منطقه و شرایط اقلیمی، این رشته علمی همچنان با مسائل و مشکلات پیچیده ای رو به روست که نادیده گرفتن آنها میتواند باعث شکست پروژه و بروز خسارات مالی و جانی فراوانی شود.

توجه به اين نكته ضروري است كه طراحي و اجراي يك سد، تنها بخشي از مجموعه فعالیت‌های پروژه است .

و در كنار آن كنترل ايمني و پايداري اجزاي مختلف آن با توجه به اهميت سازه سد از جنبه‌هاي مختلف در طول دوران ساختمان و بهره‌برداري از مهم‌ترین مسائل مي‌باشد.

بنابراين مي‌توان نتيجه گرفت كه سدها همواره بايد تحت كنترل باشند. بازرسي پيوسته در مورد عملكرد سدها مخصوصاً سدهاي خاكي، نه تنها از ديدگاه پيشرفت شناخت رفتار بخش‌های مختلف سد اهميت دارد بلكه از ديدگاه ايمني و رفع نواقص احتمالي و كمك به مهار شدن عواملي كه ممكن است باعث تخريب سد گردد از اهميت خاصي برخوردار است.(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

می توان حدس زد که در صورت وقوع هرگونه مشکل در رفتار سد، و احتمالاً شکست آن و آزاد شدن پتانسیل عظیم ذخیره شده در پشت سد، چه فاجعه عظیم انسانی و چه مشکلات دیگری به وقوع خواهد پیوست. بنابراین می توان دریافت که در ارزیابی و کنترل مداوام، مستمر و دقیق یک سد خاکی ، تا چه حد حائز اهمیت می باشد.

با توجه به وجود مدلهای ریاضی بسیار پیشرفته ای که با رویکرد اجزا محدود کار می کنند، مدل نرم افزاری SEEP/W نیز از مدل های پیشرفته و دقیق موجود می باشد.

در این پژوهش از نرم افزار SEEP/W جهت تحلیل تراوش از بدنه و پی سد خاکی در حالت پایدار بهره برده خواهد شد. هم‏چنین از مدل SLOPE/W برای بررسی لغزش شیروانی‏های استفاده خواهد شد.

1-1- تعریف واژه‏ها و اصطلاحات فنی

1-1-1- شیروانی خاکی

به توده هاي خاکي که نسبت به سطح افق به صورت شيب دار ايستاده باشند شيرواني خاکي گفته مي شود. اين شيرواني ها ممکن است طبيعي يا مصنوعي باشند.

اصولاً ممکن است در اثر عواملي چون وزن خاک ، وجود آب ، تأثير بارهاي خارجي ، کاهش عوامل مقاومتي و پاره اي عوامل ديگر اين شيرواني ها به صورت يک سطح گسيختگي فرو ريزد. اين گسيختگي که به سمت پايين شيرواني است اگر بر روي سطح مشخصي به نام سطح گسيختگي صورت گيرد لغزش ناميده مي شود .

در غير اين صورت که حرکت بخشي از خاک بر سطح مشخصي نيست جابه جايي آن را سيلان و در مواردي فروريزش مي نامند .

لغزش شيرواني هنگامي اتفاق مي افتد که نيروهاي رانش ناشي از وزن شيرواني بر نيروهاي مقاوم ناشي از مقاومت برشي خاک در سطح لغزش غلبه نمايد.(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

اغلب پايداري شيرواني توسط ضريب اطمينان آن در مقابل چنين گسيختگي اندازه گيري مي شود. در سد خاکی شیب شیروانی یکی از مهمترین قسمت سد به حساب می آید که برای بررسی آن از نرم افزار SLOPE استفاده می‎شود.

1-2- انواع سدها از نظر ساختار

1-2-1- سدهای سنگریزه ای

این سدها خودبخود غیر همگن می باشند و حتماً باید یک بافت آب بند در مرکز آن قرار گرفته باشد. شکل این سدها درست مانند سد ناهمگن خاکی با هسته رسی می باشد با این تفاوت که در مرکز سد به جای رس از سنگ ریزه نفوذ ناپذیر استفاده می شود و در دور تا دور سد سنگریزه های دشت تر ریخته می شود. در برخی موارد رویه سد را به جای سنگریزه با بتن می‎پوشانند که در آنصورت دیگر نیازی به هسته آب بند نمی باشد. اینگونه سدها اغلب از نوع بلند می‎باشند. این نوع سد در برابر زلزله بسیار مقاوم هستند . سنگ‌های ریخته شده برای سد بایستی خاصیت‏هایی از قبیل جذب کم آب ، سایش کم ، مقاومت فشاری بالا و در برابر سرد و گرم شدن مقاومت خوبی داشته باشند (شکل ‏3‑1).

1-2-2- سدهای بتنی وزنی

این سدها عمدتاً کوتاه هستند و ارتفاع آنها بین 15 تا 20 متر می باشد ، این سدها به دلیل وزن زیادی که با بتن برای آن بوجود می آورند بر اثر فشار آب حرکت نمی‎کند و از جای خود تکان نمی‎خورد. در این نوع سد سرریز شدن آب مشکلی ایجاد نمی‎کند . این سدها در دره‎های عریض ساخته می‎شوند . این نوع سد در برابر تغییر درجه حرارت نیز هیچگونه حساسیتی ندارد (شکل ‏3‑2).(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

1-2-3- سدهای بتنی قوسی

این سدها معمولاً در دره‎های باریک با شیب زیاد و از جنس سنگ اجرا می گردد و می‎تواند دو قوسی نیز باشند و در راستای عمود ی و افقی در ره دو حالت قوس داشته باشند. حسن این سدها این است که اگر به هر علتی در بدنه آن‎ها ترک ایجاد شود خود نیروی فشار اعمالی از جانب آب پشت سد باعث هم آمدن این ترک‏ها ( ترک‎های حرارتی) می‎شود (شکل ‏3‑3).

1-2-4- سدهای بتنی پشت بند دار

سدهای پشت بند دار از نوع بلند هستند و با عث جلوگیری از خمش‌های زیاد در بتن می‎شوند و برای تصور آن می توان اینگونه آنرا تشبیه کرد که دیواری بلند را که دارای پی در زمین است با تیرچه هایی در پشت آن نیز محکم نگه داشته شود تا فرو نریزد (شکل ‏3‑4).

1-2-5- سدهای لاستیکی

این سدهای اغلب بر روی رودخانه های فصلی زده می شود و این سدها از جنس لاستیک می‎باشند که در زمان مورد نیاز این سدها را از باد پر می‎کنند و این عمل باد کردن حجم سد را بالا می‎برد و سد مانع عبور آب می گردد. از این وع سد که کوتاه نیز می باشد در شمال کشور خودمان نیز وجود دارد (شکل ‏3‑5).(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

1-2-6- سدهای خاکی

سدهاي‌ خاكي‌ سدهايي هستند كه از جنس مصالحي طبيعي از قبيل قطعات سنگي نسبتاً بزرگ، شن، مخلوطي از خاك رس و سيلت ساخته مي شوند.

سدهاي‌ خاكي‌ بر خلاف‌ سدهايي‌ كه‌ از بتن‌ ساخته‌ مي‌شوند، خاصيت‌ شكل‌ پذيري‌ دارند و ممكن‌ است‌ آنها را بر روي‌ تقريباً هر نوع‌ مصالحي‌ ساخت‌.

كافي‌ است‌ كه‌ مقطع‌ سد را با شكل‌ پي‌ موجود و با مصالح‌ ساختماني‌ موجود و دسترس‌، تطبيق‌ داد و از مواد طبيعي‌ و شن‌ مخلوط‌ با خاك‌ رس‌ و سيليت‌ و حتي‌ قطعات‌ سنگي‌ بزرگ‌ استفاده‌ كرد. براي‌ پروژه‌هاي‌ كوچك‌ سد خاكي‌ متداولترين‌ نوع‌ سد است‌.

دليل‌ عمده‌ آن‌ است‌ كه‌ مصالح‌ آن‌ را مي‌توان‌ غالباً در محوطه‌ مخزن‌ يا محل‌ مناسب‌ ديگر به‌ قيمت‌ ارزان‌ در حوالي‌ پروژه‌ به‌ دست‌ آورد.

فراهم بودن‌ كارگر و ماشين‌ آلات‌ مورد نياز، در انتخاب‌ اين‌نوع‌ سد عاملي‌ مؤثر است. سدهای خاکی مصالحشان را از همان منطقه احداث و یا نواحی نزدیک تأمین می کنند ، و اصولاً دارای هسته رسی می باشند .(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

رس بر اثر تماس با آب مانع نفوذ و انتقال آب و رطوبت می‎گردد و مانند نوعی عایق رطوبتی عمل می‎کند .

اگر عمده مصالح تشکیل دهنده سد خاکی یکسان باشند، سد را همگن می‎گویند و در غیر اینصورت ناهمگن. اگر کل سد خاکی از رس باشد سد خاکی همگن است ، اما اگر هسته مرکزی سد رس باشد و دور هسته مرکزی را با سنگهای دانه درشت پر کرده باشند ، سد غیر همگن محسوب می شود.

از نظر تحلیل و آنالیز این نوع سدها بسیار حساس می‎باشند و در عین حال از نظر اجرا و پیاده‎سازی ساده‎تر می‎باشند. اجرای این سد در رودخانه‎های عریض ساده‎تر است.

مصالح این سد اعم از ریزدانه و درشت‎دانه بایستی در دسترس باشد. این سدها برای زمین‎هایی نامناسب از نظر مقاومت مناسب‏ترین نوع سد می‎باشند.

امروزه با پيشرفت علم مكانيك خاك و توسعه امكانات تكنولوژي و مطالعات دقيق‎تر توانسته‎اند سدهاي خاكي را با ارتفاعات قابل ملاحظه احداث نمايند، بطوريكه در زمان حاضر از مرتفع‎ترين سدهاي دنيا سدهاي خاكي و پاره‏سنگي هستند.

به علاوه زمين‏هائي را كه سابقاً براي اين منظور غير مناسب تشخيص مي‏دادند هم اكنون مي‎توانند آن‎ها را براي زيربناي احداث سد خاكي آماده سازند.

علي رغم اين پيشرفت‎ها هنوز مشكل است كه بتوان راه حل‎هاي رياضي محكمي براي مسايل طراحي سدهاي خاكي پيشنهاد نمود.(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

و در نتيجه بسياري از اجزاء سدها هنوز بر مبناي تجزيه و ذوق و ذكاوت مهندسين طرح و اجراءٍ مي‎گردند، به عبارت ديگر طرح تيپ دقيق و كامل وجود ندارد (شکل ‏3‑6).

به منظور تأمين يك طرح دقيق و منطقي در سدهاي خاكي لازمست كه وضعيت شالوده سد و مواد متشكله آن كاملاً مورد بررسي و مطالعه اوليه قرار گرفته و اجراي سد با روش‎هاي كنترل شده و دقيقاً مطابق برنامه پيشنهادي طراح انجام پذيرد. به عنوان يك اصل، اين دو نكته مسلم است كه:

سد به عنوان يك مخزن بايد غيرقابل نفوذ باشد.
در تمام وضعيت هاي ممكن (وضعيت بلافاصله پس از ساخت، ضمن ساخت، وضعيت‎هاي مخزن پر، طغيان، تخليه سريع، بارندگي و حتي در مواقع سيل‎هاي استثنائي چند هزار ساله) سد بايد مقاوم باشد.

روش ايجاد سدهاي خاكي امروزه عمدتاً با روش تراكم مكانيكي است، هرچند روش‎هاي ديگري مانند روش هاي هيدروليكي و نيمه هيدروليكي هم وجود دارد .

كه از اين روشها كمتر استفاده مي‎گردد، مگر در مورد سدهاي باطله كه ضرورتاًِ هيدروليكي است.

بخش اصلي سد خاكي كه توده خاكي كوبيده شده است (در حقيقت سازه سد) به نام بدنه سد ناميده مي شود، و زميني كه سد بر روي آن قرار گرفته تا آن حد كه تحت تأثير فشار حاصل از سد و نفوذ پذيري آب سد مي‎باشد به نام شالوده (فونداسيون) است.

به جز اين دو بخش اصلي، اجزاء ديگري از قبيل آب بندها، زهكش ها، پوشش‎ها و غيره وجود دارد كه اهميت آن‎ها به لحاظ حفاظت و ايمني و عملكرد سد براي آن نقش حياتي دارند.(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

در ساخت سدهای خاکی، آنچه که در واقع جلوی آب را می‌گیرد، یک هسته نسبتاً نازک رسی است.

خاک رس این خاصیت را دارد که با مرطوب شدن، به عایق خوبی برای نفوذ آب تبدیل می‌گردد. بجز هسته رسی،مابقی حجم سد را سنگ و خاک غیر محلول در آب تشکیل می‌دهد.

چرا که سنگهای محلول پس از مدتی باعث کاهش وزن سد و به هم خوردن نتایج محاسبات خواهند شد سدهای خاکی همواره با مشکل محدودیت ارتفاع مواجه اند و به درد دره‌های عریض و کم شیب می‌خورند.

بر عکس سدهای قوسی مناسب دره‌های عمیق و کم عرضند.

سد های خاکی از توده غیر قابل نفوذ ی تشکیل شده اند که در جهت عمود بر جریان رود خانه در محل مناسبی به منظور معینی احداث می شوند. این توده باید:

1- عادل خود را در حالات مختلف چه در ضمن خشکی یا پر آبی رودخانه و فصول مختلف حفظ نماید.

2- به عنوان مخزن و منبع آّب غیر قابل نفوذ باشد،غیر قابل نفوذ (نشت)باشد.

با تعاریف فوق می‎توان به این نتیجه رسید که در سد های خاکی هرگز نباید آب دریاچه از آن سریز شود چرا که سریزی آب دریاچه از روی سد با ضایعات بزرگ و جبران ناپذیر همراه خوهد بود .

لذا طغیانگر این سد ها باید قادر به تخلیه طغیان های استثنایی باشد.

مواد خاکی مقطع این سد ها صد در صد خاک برداری و یا خاک قرضه نیست و باید به منظور حصول مشخصات مورد لزوم با مواد خاکی و سنگی سایر قرضه ها (یا معادن ) به نسبت های معینی اختلاط یابد (شکل ‏3‑7).(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

[i] . Ozaka , M,Y. (1998) ,” Areview of considerations on seismic safety of embankments and earth and rockfill dams”. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. Vol 17, pp 439 – 458.

[ii]. Kramer Steven L, 1996 Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall,.

[iii]. Penman, A D M and Burland JB and Charles JA (1971), observed and predicted deformation in a large embankment dam during consruction. Proceeding of civil engineers, vol 49, may pp 1-21.

[iv]. Penman, A D M and Charles JA (1976), The quality and suitability of rockfill used in dam construction, Transactions of 12^th International Congress on Large Dams, Mexico, vol1, pp 533-556.

[v]. Nobari, E.S. and Duncan, J.M., “Effect of Reservoir Filling on Stresses and Movements in Earth and Rockfill dams,” Contract report S-72-2 U.S.Army Engineers Waterways Experimental Station, Vicksburg Mississippi, (1972).

[vi]. Clough, G. W. and R. J. Woodward. 1967. Analysis of Embankment Stress and Deformation. Proceedings Paper, J.Soil Mech. and Found. Div., ASCE 93(4):529-549.

[vii] . ارزیابی سه بعدی نشت و فرار آب از پی و بدنه سد خاکی شاه قاسم، مهدی رشیدی، منصور پرویزی، محمد صدقی اصل، 1391، یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران.

[viii] Mishra G. and Singh A. 2005. Seepage through a Levee. International journal of geo mechanics ASCE 5:74-79.

[ix] . کیوان کولانی مطلق، بررسی رفتاری سدهای خاکی با استفاده از نتایج ابزار دقیق سد و تحلیل برگشتی (مطالعه موردی: سد خاکی شهر چای)، پایان‎نامه، دانشگاه ارومیه، استاد راهنما: محمد مناف‏پور، میرعلی محمدی، 1391

[x]. Finn, W., D., L., Ledbetter, R., H., and Marcuson, W., F., North American Practice for Evaluating the Seismic Safety of Embankment Dams. Earthquake Geotechnical Engineering, Ishihara (ed), Balkema, Rotterdam, 1997.

[xi]. Zhang Kunqiang, Liu Fusheng , (2012) , “The Theoretical Research and Finite Element Analysis of Toe Weight on the Earth and Rockfill Dam Reinforcement”, Procedia Engineering , 28 , 744-749.

[xii]. Alembagheri ,M. (2013) ,“Damage assessment of a concrete arch dam through nonlinear dynamic analysis” , Soil Dynamics and Earthquake Engineering Volume 44, January 2013, Pages 127–137.

[xiii]. Rea , Dixon. Etc . (2007) ,” Mathematical models for the dynamic analysis of concrete gravity dams” , Earthquake Engineering & Structural Dynamics, Volume 3, Issue 3, pages 249–258.

[xiv] . مهدی زاده، م. و قنبری ، ع. (1392) “برآورد تحلیل فرکانس ارتعاش آ زاد سد خاکی همگن بر بستر صلب” ، هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران.

[xv] . پرنگ ، م. و اژدری ، م. (1392) ” اثر شکل دره و نوع تکیه گاه بر رفتار دینامیکی سدهای سنگریزه ای با هسته رسی” ، هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران.(اثر زهکش های مختلف سد خاکی )

[xvi] . داوودی ، م. و هنردوست ، ح . (1392) ” بررسی رفتار دینامیکی سدهای خاکی کوتاه و بلند تحت اثر زلزله های حوزه دور و نزدیک” ، هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران.

[xvii]. Liu , J. etc. (2014) , “Large-scale shaking table model tests of aseismic measures for concrete faced rock-fill dams” , Soil Dynamics and Earthquake Engineering , Volumes 61–62, Pages 152–163.

[xviii]. Yuan , L. etc. (2014) , “Seismic performance of earth-core and concrete-faced rock-fill dams by large-scale shaking table tests” , Soil Dynamics and Earthquake Engineering ,Volume 56, Pages 1–12.

[xix]. Yang , X. etc. (2014) , “Seismic stability of earth-rock dams using finite element limit analysis” , Soil Dynamics and Earthquake Engineering , Volume 64, Pages 1–10.

[xx]. Kahoorzadeh , M. and Dehghani , M. (2014) , “Modeling the deformation of Earth Dam during an Earthquake” , International Journal of Engineering Research and General Science Volume 2, Issue 4.

[xxi]. Akhlaghi , T. and Nikkar , A. (2014) , “Evaluation of the Pseudostatic Analyses of Earth Dams Using FE Simulation and Observed Earthquake-Induced Deformations Case Studies of Upper San Fernando and Kitayama Dams” , Hindawi Publishing Corporation , Volume 2014, Article ID 585462, 12 pages

[xxii]. 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.

[xxiii]. Abdel-Ghaffar, A., M., and Elgamal, A., W., M., “Elasto-Plastic Seismic Response of 3-D Earth Dams: Theory,” ASCE, Journal of the Geotechnical Engineering, Vol. 113, No. 11, pp. 1293-1308, 1987

[xxiv]. Wieland, M., and Malla, S., “Seismic Safety Evaluation of a 117m High Embankment Dam Resting on a Thick Soil Layer,” 12th European Conference on Earthquake Engineering, Vol. 3, Londa. Pp. 836-843. 2002

[xxv] . گتمیری. ب. و مکرم. ن. آنالیز دینامیکی سدهای خاکی با هسته بتن آسفالتی. ششمین کنگره ملی عمران. اردیبهشت 82. ایران.

[xxvi]. Prevost, J., H., Abdel-Ghaffar, A., M., and Lacy, S., “Nonlinear Dynamic Analysis of an Earth Dam,” ASCE, Journal of the Geotechnical Engineering, Vol. 111, No. 6, pp. 882-897, 1985.

لطفا برای مطالعه بیشتر به سایت فرزدان مراجعه بفرمایید.