4860
شناسه خبر: 4860
بازدید: 14

در این نوشتار به دلیل اهمیت سدهای خاکی، ابتدا به بررسی نشت در سدهای خاکی می پردازیم سپس در ادامه به منظور کنترل این پدیده راهکارهایی را ارائه می دهیم بنابراین با ما همراه باشید.

پیشنهاد مطالعه: پدیده قوس‌زدگی در سدهای خاکی

مقدمه

سدها از نظر اقتصادی، اجتماعی و سیاسی دارای اهمیت بسیار زیادی می‌باشند. نقش سدها در توسعه کشاورزی، عمران مناطق روستایی و شهری، تامین آب آشامیدنی، تولید انرژی هیدروالکتریک، کنترل و تنظیم شدت جریان آب در رودخانه‌ها و… قابل توجه است. از طرفی این طرح‌های استراتژیک، نیازمند سرمایه‌گذاری‌های کلان می‌باشند. در جهانی که روز به روز بر وخامت اقتصادی ملت‌ها افزوده می‌شود و روز به روز نیاز به تامین آب آشامیدنی سالم افزایش می‌یابد، اقتصاد طرح‌ها حائز اهمیت زیادی است. به علت بالا بودن هزینه ساختمان سدها، مسائل اقتصادی و طرح راهکارهای اجرایی منطقی و بهینه نیز در کنار اخذ راهکارهای نگهداری سدها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد.

به علت اختلاف بار آبی که در دو طرف سازه‌های آبی احداث شده بر روی پی‌های نفوذپذیر وجود دارد، همواره نشت آب از پی‌ این گونه سازه‌ها وجود دارد. اثرات تراوش از خاک پی این سازه‌ها را می‌توان در سه بخش ایجاد نیروی زیر فشار، دبی نشت و گرادیان خروجی طبقه‌بندی نمود. نیروی زیر فشار، سبب کاهش مقاومت برشی بین سد و پی آن شده و باعث ایجاد تنش کششی، کاهش ضریب اطمینان پایداری در برابر پدیده‌های لغزش و واژگونی می‌شود. چنانچه سرعت نشت جریان آب در قسمت انتهایی سدها افزایش یابد، ممکن است که این سرعت بالا سبب حرکت ذرات خاک گردد. این موضوع تسریع کننده پدیده مهم دیگری با عنوان زیرشویی می‌گردد که اگر کنترل نشود، ممکن است موجب تخریب این‌گونه سازه‌ها شود. هدف از احداث پرده تزریق، پرده آب بند و سایر روش‌های آب‌بندی، جلوگیری یا کاهش این حرکت به سمت پایاب بوده و گرادیان خروجی نیز مهمترین معیار طراحی برای ضریب اطمینان نسبت به زیرشویی است.

محققین زیادی از چندین دهه گذشته مسائل نشت را به صورت تحلیلی و عددی مورد بررسی قرار داده‌اند و درستی نتایج مدل‌های عددی با داده‌های صحرایی در اغلب این مطالعات مورد ارزیابی قرار گرفتند. با توجه به این که دقت برداشت داده‌های آزما‌یشگاهی به مراتب از داده‌های صحرایی بیشتر است، بنابراین مطالعه و تحلیل مسئله نشت از پی‌های آبرفتی به کمک یک مدل آزمایشگاهی می‌تواند روابط مورد نیاز برای طراحی آن‌ها را به گونه‌ای علمی‌تر استخراج و درستی روابط تجربی را نیز مورد ارزیابی قرار دهد. اهمیت شبیه‌سازی آزمایشگاهی مسئله نشت را می توان به دو دلیل توجیه نمود؛ اول این که شرایط پی و خصوصیات زمین شناسی سایت مورد بررسی در صحرا و مدل، غالباً تفاوت زیادی را با هم دارند و دوم این که با تقریب معادلات ریاضی حاکم بر حرکت آب زیرزمینی، اغلب مقداری عدم اطمینان وارد مسئله شده و انتظار آن می‌رود که بین نتایج مدل‌های ریاضی و آزمایشگاهی تفاوت محسوسی وجود داشته باشد.

اولین مطالعات انجام شده در مورد بهینه‌سازی جریان نشتی از پی سدهای خاکی توسط ترزاقی انجام گرفته است. وی با تحلیل نشت حاصله از بدنه و پی سدهای خاکی و با توجه به ضریب نفوذپذیری مصالح تشکیل یافته، نتایج خود را ارائه داد. نتیجه کار او به این صورت بود که هرچه نسبت نفوذپذیری هسته نسبت به پی و پوسته کمتر باشد، نشت حاصله کاهش خواهد یافت. او با درنظر گرفتن عمق‌های مختلفی از پرده آب بند واقع شده در پی سد به ارزیابی جریان نشت از پوسته و پی پرداخت. ارزیابی او بر اساس روش شبکه جریان ترسیم شده برای هر حالت انجام گرفته بود.

با توجه به اهمیت پایداری سدهای خاکی، باید تراوش زیاد در پی آنها به شکل مناسبی محدود شود. روش‌های مختلفی برای کنترل تراوش از پی سدهای خاکی وجود دارد. انتخاب روش مناسب برای یک سد بستگی به عوامل مختلفی دارد. ولی به طور کلی باید از آب‌بندی مطمئن بوده و مسائل اقتصادی را نیز در نظر داشت. در برخی موارد ممکن است با توجه به نیازهای پروژه چندین راه حل مورد قبول باشد.

توجه : برای مدلسازی نشت در سدهای خاکی می توان از نرم افزار Geostudio استفاده نمود برای آشنایی با مدلسازی نشت در سدهای خاکی می توانید به آموزش نرم افزار GeoStudio مراجعه نمایید. شکل 1 نمایی از سد مدلسازی شده در این نرم افزار را نمایش می دهد.

نشت در سدهای خاکی

شکل 1 . آنالیز نشت در سدهای خاکی

پیامدهای نامطلوب نشت آب از سد

1 . تلف شدن آب ذخیره شده در پشت سازه خاکی در اثر نشت در سدهای خاکی

2 . ایجاد فشار منفذی در محیط متخلخل و کاهش تنش موثر بین ذرات خاک و در نتیجه کاهش مقاومت برشی آن

3 . اعمال فشار بالابر بر سازه‌های غیر قابل نفوذ (مانند سازه‌های بتنی، فولادی و …) در محیط

4 . به حرکت در آمدن ذرات خاک و ایجاد پدیده فرسایش درونی در محیط

5 . اعمال نیروی نشت بر توده خاک در جهت جریان

پیش‌بینی و راهکار برای کنترل نشت در سدهای خاکی

روش های کنترل نشت در سدهای خاکی

1 . استفاده از هسته با نفوذپذیری بسیار کم در بدنه سد به منظور کاهش نشت در سدهای خاکی

2 . استفاده از رویه‌ی آب‌بند در سطح بالادست سد (در صورتی از این روش استفاده می‌شود که سد همگن از درشت دانه تشکیل شده باشد. برای آب‌بندی از یک لایه غیرقابل نفوذ روی سطح بالادست استفاده می‌شود. این لایه از بتن یا آسفالت تشکیل شده است)

3 . استفاده از ترانشه و پرده آب‌بند در پی

4 . استفاده از پرده تزریق در پی (تزریق روشی است که توسط آن توده تزریق شده به خلل و فرج یا حفره‌های تشکیلات سنگی و خاکی تزریق شده و موجب بهبود مشخصات تشکیلات می‌گردد، به طوری که در اثر آن نفوذپذیری لایه‌ها کم، مقاومت لایه‌ها زیاد و تغییر شکل‌پذیری تشکیلات کم می‌شود. برای این منظور گمانه‌هایی حفر شده و سپس توده تزریق با فشار در تشکیلات تزریق می‌گردد تا اینکه  حفره‌های مقطع تزریق پر شده و شرایط مورد نیاز طراحی را فراهم نماید. مواد مورد استفاده برای دوغاب تزریق: سیمان، رس یا بنتونیت، سیمان -بتنونیت، سیمان-رس، رس یا بنتونیت با مواد شیمیایی (سیلیکات سدیم))

5 . استفاده از رویه با نفوذپذیری بسیار کم در کف مخزن 6 استفاده از دیوارهای آب‌بند نازک (دیافراگم) فلزی، بتنی و …

اثر تراز آب بالادست بر میزان دبی نشت

فشار ناشی از ارتفاع آب در مخزن سد باعث ایجاد جریان‌های زیرزمینی آب (جریانی که از بالادست به سمت پایین‌دست رخ می‌دهد و سبب تراوش آب در ترک‌ها، حفره‌های بتن و سنگ می‌گردد)، فشارهای منفذی و زیر فشار در بدنه، پی و تیکه‌گاه‌های سدهای خاکی و بندهای انحرافی می‌شود.

تراوش آب در حد معمول در تمام سدها و بندهای انحرافی رخ می‌دهد. ولی هنگامی که مقادیر آن از حدود طبیعی خارج شود، نیاز به بررسی و رسیدگی وجود دارد.

افزایش ارتفاع آب مخزن منجر به افزایش فشارهای منفذی، نیروی زیر فشار و دبی نشت در قسمت پایین‌دست سپری می‌گردد. همچنین این افزایش تراز آب افزایش شیب هیدرولیکی را به همراه دارد که در نسبت‌های کمتر عمق پرده آب‌بند موجب جوشش در محدوده پایین‌دست پرده آب‌بند می‌گردد.

در هر موقعیت معین دیواره سپری، دبی نشت با افزایش عمق دیواره کاهش می‌یابد. این امر با توجه به افزایش طول خطوط جریان خزشی و کاهش شیب متوسط هیدرولیکی از رابطه دارسی نیز قابل استنباط است.

بررسی پدیده جوشش و فرسایش درونی

آزمایش‌هایی که توسط ترازقی صورت گرفته است، نشان می‌دهند که روان‌شدگی ماسه‌ها و فرسایش درونی آن‌ها در فاصله d/2 از سپری اتفاق می‌افتد. (شکل 2) که در آن d عمق مدفون سپری است. در منشوری به عمق d و عرض d/2 روان‌شدگی ماسه پیش می‌آید که این محدوده در طراحی عمق سپری در پی سدهای خاکی و بندهای انحرافی بسیار مهم است و چنانچه کنترل نشود، موجب روان‌شدگی و افزایش شیب هیدرولیکی و در نهایت نیز منجر به خرابی در پایین‌دست پرده آب بند می‌گردد.

محدوده روان‌شدگی و احتمال جوشش ماسه در پای سپری

شکل 2 . محدوده روان‌شدگی و احتمال جوشش ماسه در پای سپری

 

اگر از ماسه تمیز ساحلی در پی مدل آزمایشگاهی به عنوان مصالح پی استفاده شود. پرواضح است که این خاک یکی از بدترین نوع مصالح برای پی سازه‌های آبی محسوب می‌شود. زیرا بر اثر بالا رفتن نیروی نشت و برابر شدن نیروی نشت با وزن مستغرق ذرات، پی ماسه‌ای رفتار جدید و نامتعارفی را از خود بروز می‌دهد. منشور انتهایی در پایین‌دست پرده آب بند با بالا رفتن گرادیان هیدرولیکی در آستانه جوشش قرار می‌گیرد. با افزایش عمق پرده آب‌بند این پتانسیل جوشش به تدریج کاهش یافته و از حالت بحرانی خارج می‌گردد. برای بررسی دقیق‌تر اثر عمق پرده آب بند بر پدیده جوشش و فرسایش درونی در هر حالت آزمایش، باید شیب هیدرولیکی افقی محاسبه گردد. (شکل 3)

 

شیب هیدرولیکی جهت بررسی نشت

شکل 3 . شیب هیدرولیکی جهت بررسی نشت

منابع:

1 . مقاله‌ی مطالعه آزمایشگاهی تأثیر پرده آب‌بند بر کنترل نشت و پدیده جوشش در پی سازه‌های هیدرولیکی از مهدی یوسفی، منصور پرویزی، محمد صدقی اصل

2 . مقاله‌ی ارزیابی تزریق‌پذیری پی سنگ و طراحی پرده آب‌بند سد خاکی کمندان از سمانه صادقی

3 . مقاله‌ی روش‌های آب‌بندی پی سد خاکی و انتخاب روش بهینه (مطالعه موردی : سد بینالود) از بهروز غلام احمدی و همکاران

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.
  1. تزریق آب بند غلطه نیست اسم معروفش این نیست. من پایان نامم سیپ سد خاکیه. تزریق گروت تو خلل فرج رو که به عملیات جت گروتینگ معروفه مگن پرده آب بند و در مورد سد های خاکی خوشحال میشم تبادل کنیم رو مقالاتی هم کار کنیم

    همه در مورد فونداسیون حرف میزنند بیاین یه فکری راجع به نشت بدنه بکنیم که خیلی خطرناکه و رگ آب درست می کنه

مشاوره از طریق واتساپ