4845
شناسه خبر: 4845
بازدید: 3

سدها از جمله سازه‌های مهندسی ساخت دست بشر می‌باشند که بطور مستقیم با آب و نیروهای مخرب آن در ارتباط هستند. یکی از مشکلات عمومی در سد های خاکی که از عوامل خرابی به شمار می‌رود مسأله پیدایش شکست هیدرولیکی در هسته رسی است. این پدیده اغلب در زمان اولین آبگیری سد، زمانی که فشار آب به طور ناگهانی در هسته افزایش می یابد، رخ می دهد. در این نوشتار سعی شده است این پدیده به طور کامل مورد بررسی قرار گیرد، با ما همراه باشید.

پیشنهاد مطالعه: بررسی و مطالعه پدیده قوس‌زدگی در سدهای خاکی

شکست هیدرولیکی در سد خاکی

مقدمه

در تحلیل تنش-کرنش میزان نشست قسمت‌های مختلف سد در مراحل مختلف ساخت و بهره‌برداری از سد برآورد گردیده و ضمناً احتمال وقوع شکست هیدرولیکی بررسی می شود. با باریک شدن دره و تند شدن شیب پاشنه‌ها و افزایش ارتفاع سد، احتمال ایجاد ترک خصوصاً در ناحیه هسته افزایش می‌یابد. عموماً ترک‌ها در ناحیه ایجاد کشش (کرنش‌های کششی) در اثر بار مرده بدنه سد و یا بر اثر آبگیری مخزن و یا وقوع زلزله حاصل می‌شوند.

در حالت عمومی ترک‌های هیدرولیکی در اثر پدیده فیزیکی جدایش در توده خاک یا سنگ، در اثر اعمال فشار آب بالا پدیدار شده و زمینه مناسبی را برای نشت آب و نهایتاً شکست فراهم می‌آورد. با استفاده از روش اجزاء محدود و بکارگیری مدل مناسب رفتاری مصالح در تحلیل بدنه سد می توان به سادگی نواحی محتمل به شکست هیدرولیکی را شناسائی نموده و مورد ارزیابی دقیق قرار داد و پیشگیری‌های لازم را اعمال کرد.

قدیمی‌ترین گزارش خرابی سدهای خاکی برای نمونه در سال 1863 مربوط به سد دیل دیک است که بر اساس گزارش ارائه شده به وسیله باینی 1981 در این سد، شکست هیدرولیکی اتفاق افتاد.

در سدهای خاکی این پدیده دارای نقش مخربی در سدها است و طراحان سدهای خاکی درصدد پیش‌بینی و جلوگیری از وقوع آن هستند. احداث سدها نقش حائز اهمیتی در مهار سیلاب، تولید نیرو و تأمین آب شرب مناطق شهری دارد.

به همین دلیل، آسیب شناسی سدها و پیشگیری از وقوع خرابی‌های آنها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. ولی واقعیت مطلب آن است که برای درک بهتر اتفاقاتی که از مرحله سخت شوندگی تا شکست هیدرولیکی اتفاق می‌افتد به توضیح روش حلقه‌های پیوسته پرداخته می‌شود.

برای بررسی این پدیده ابتداً باید ماهیت ترک و نحوه بروز و گسترش آن در محیط مورد توجه قرار گرفته و سپس مکانیزم‌های وقوع آن در سدهای خاکی مورد بررسی قرار گیرد. شکست هیدرولیکی در توده‌های خاکی، بصورت وقوع یا گسترش ترک خوردگی، در اثر افزایش فشار آب و ایجاد تمرکز تنش بر روی لبه ترک‌های موجود، می‌باشد. این خرابی متمایز از پدیده روانگرایی است که در آن افزایش فشار آب حفره‌ای موجب صفر شدن تنش موثر خاک شده و غالباً خرابی آن همراه ترک خوردگی خاک نیست. از سوی دیگر در غالب سدهایی که در اثر این پدیده مخرب دچار خرابی شده‌اند، پایین‌دست سد هیچ علامت هشداردهنده‌ای از خود نشان نداده است و یا اینکه فاصله بین بروز علائم و خرابی سد به قدری کوتاه بوده که عملاً عملیات موثری برای جلوگیری از خرابی صورت نگرفته است.

با تفاسیر فوق شناسایی مکانیزم‌های مختلف خرابی توسط این پدیده و همچنین زمان محتمل در وقوع مکانیزم‌های مذکور ضروری به نظر می‌رسد. تئوری ترک هیدرولیکی فقط در خاک‌های ریزدانه قابل اعمال است و در خاک‌های درشت دانه ترک هیدرولیکی ایجاد نمی‌شود و اصطلاحاً این خاک‌ها خود ترمیم هستند، یعنی حتی اگر ترک ایجاد شود خود به خود ترمیم می‌شوند. آنچه در یک سد خاکی تحت عنوان ترک هیدرولیکی عامل تهدید کننده به شمار می‌رود چند مطلب است.

اولین مورد در زمینه تزریق است، موارد دیگر در زمان ساخت و آبگیری می‌باشد. لیکن خطرناک‌ترین وجه آن ایجاد ترک هیدرولیکی در حین آبگیری است. به دلایل مختلفی مناطق کم تنش در سد بروز می‌کند که در زمان آبگیری می‌تواند خطر آفرین باشد.

از جمله این عوامل دره تنگ، عدم اصلاح کافی شیب کناره‌ها، شیب زیاد دیواره‌ها و ترک خوردگی و نفوذپذیری زیاد که باعث ورود آب به مناطق حساس می‌شود، عدم استفاده از رطوبت تراکم مناسب، وضعیت نامناسب بستر و استفاده از خاک‌های حساس می‌باشد.

بنابراین به طور کلی شکست هیدرولیکی می‌تواند در هسته ریزدانه سدهای خاکی اتفاق بیافتد. این پدیده اغلب در زمان اولین آبگیری سد وقتی که فشار آب به طور ناگهانی در هسته افزایش می‌یابد، رخ می‌دهد. کاهش تنش موثر قائم در هسته سد تسهیل کننده  وقوع این پدیده است، بنابراین یکی از مهم‌ترین عواملی که خطر وقوع ترک هیدرولیکی در هسته را افزایش می‌دهد، قوس‌زدگی است. در سدهای خاکی اغلب مصالح هسته نسبت به مصالح پوسته سختی کمتری دارند و در نتیجه نشست مصالح هسته نسبت به پوسته بیشتر است. این موضوع سبب می‌شود بخشی از تنش هسته به پوسته منتقل شود و در نتیجه سطح تنش در هسته کاهش یابد. این پدیده قوس‌زدگی نامیده می‌شود.

پیش‌بینی و راهکار

برای پیش‌بینی وقوع شکست هیدرولیکی در هسته سد، چندین روش مختلف وجود دارد که می‌توان آنها را در سه گروه کلی تقسیم‌بندی کرد. دسته اول استفاده از روابط تجربی حاصل از مطالعات آزمایشگاهی یا میدانی است. این روابط، فشار آب ایجاد کننده ترک را بر حسب سطح تنش در خاک ارائه می‌کنند. با مقایسه این فشار با فشار آب در المان‌های بالادست هسته، می‌توان وقوع شکست هیدرولیکی را تحقیق کرد. گروه دوم روابطی تئوریک هستند که بر اساس مدل‌های پیشنهاد شده در نظریه خمیری توسعه یافته‌اند. این روابط مانند روابط گروه اول، فشار آب بحرانی را ارائه می‌کنند. دسته سوم استفاده از مکانیک شکست است.

به طور نمونه برای یک سد ابتدا با استفاده از اطلاعات ابزار دقیق  طی دوران ساختمان، تحلیل‌های برگشتی انجام می‌شود تا عوامل واقعی مصالح سد به دست آیند. پس از آن توزیع تنش و فشار آب حفره‌ای در سد محاسبه می‌شود و بدین ترتیب امکان بررسی وقوع قوس زدگی و به دنبال آن وقوع شکست هیدرولیکی در هسته سد فراهم می‌شود. سپس با بهره‌گیری از شیوه‌هایی که ترک خوردگی در سد را پیش بینی کرده‌اند، پتانسیل وقوع شکست هیدرولیکی در سد مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.

این مسائل در کنار عوامل دیگری مانند حساسیت به نشست، مقطع نامناسب، خاک واگرا و عدم طراحی صحیح پرده آب بند و … سبب می‌شود که خطرات بزرگی این بنای خاکی را تهدید کنند. بنابراین اولاً باید طراحی به نحو صحیحی انجام شود و ثانیاً به نشانه‌های ترک هیدرولیکی توجه فراوان مبذول شود تا بتوان از بروز خطرات مربوط به پدیده شکست هیدرولیکی جلوگیری نمود.

منبع:

مقاله‌ی بررسی شکست هیدرولیکی در هسته سدهای خاکی از سید امید خامسی و علی اصغر میرقاسمی

نویسنده

محدثه شیخ علی
فارغ التحصیل ارشد مهندسی عمران از دانشگاه شیراز هستم. علاقه مندم، موضوعات مورد علاقه ی خود را که سد و سازه های مرتبط با آن است، با شما به اشتراک بگذارم.

مشاوره از طریق واتساپ