7806
شناسه خبر: 7806
بازدید: 7

در این نوشتار به تشریح روش های تحلیل لرزه ای سد های خاکی خواهیم پرداخت. سپس به دسته بندی سدها بر اساس اندازه مخزن و ارتفاع اشاره خواهیم کرد و در انتها نیز، به تحلیل های مورد نیاز برای طراحی لرزه ای سدها خواهیم پرداخت، با ما همراه باشید.

به طور کلی دو روش متفاوت جهت ارزیابی پایداری و عملکرد سدهای خاکی و سنگریز در زمان زلزله مـورد استفاده قرار می گیرد. این روش ها در اغلب موارد مکمل یکدیگر بوده و ارزیابی نهایی بر اساس مجموع نتایج حاصل از آنها صورت می پذیرد. روش اول که از قدمت بیشتری برخوردار بوده و امروزه در طراحی سدهای خاکی و سنگریز کاربرد فراوان یافته، روش شبه استاتیک است.

روش دوم استفاده از تحلیل های دینامیکی است که با به کارگیری روش های تحلیل عددی، نظیر اجـزاء محـدود و یـا روش تفاضل های محدود، انجام می گیرد و در صورت امکانِ دسترسی به اطلاعات کافی از رفتار دینـامیکی خـاک، بـالطبع نتایج واقع بینانه تری را از پاسخ لرزه ای سد به دست خواهد داد.

علاوه بر این، روش های ساده ای از قبیل بلوک لغزش نیومارک برای تخمین تقریبی میزان جابجـایی هـای مانـدگار در بدنه سد در اثر زلزله وجود دارد. در این روش ها از نتایج روش های فوق به منظور تخمین جابجایی ها استفاده می شود.

پیشنهاد مطالعه: مراحل ساخت سد و بررسی اطلاعات مورد نیاز

روش های تحلیل لرزه ای

تصویر 1 – مدل سازی و آنالیز یک سد قوسی

روش تحلیل شبه استاتیک

ساده ترین روش در تحلیل رفتار یک سازه در زلزله، روش شبه استاتیک است. این روش نسبت به سایر روش های تحلیل لرزه ای ، متداول تر و به لحاظ قدمت، قدیمی تر است. در این روش پتانسیل لغزش یک توده خاک بـا استفاده از روش های مختلف تحلیل پایداری، مانند روش قطعات، مورد بررسی قرار گرفته و با اعمال یک ضریب زلزله افقی و یا قائم (بر حسب نیاز) ضریب اطمینان پایداری آن در مقابل لغزش محاسبه می گردد. در واقع، در این روش اثر زلزله به صورت استاتیکی و با اعمال نیروهایی که از حاصل ضرب ضرایب زلزله در وزن توده لغزنده در دو امتداد افـق و قـائم بـه دست می آید، در تحلیل لحاظ می شود. قدمت استفاده از این روش به قبل از سال 1950 باز می گردد. بنابراین می تـوان چنین استنتاج نمود که بسیاری از سدهای جهان که هم اکنون مورد بهره برداری قـرار گرفته اند، توسط ایـن روش طراحی شده اند. استفاده گسترده از روش شبه استاتیک کماکان نیز ادامه دارد. از جمله مهم ترین دلایـل آن مـی تـوان بـه سـادگی درک مفاهیم و سهولت کاربرد اشاره کرد که موجب شده، علیرغم پیشرفت هایی که در روش های تحلیل لرزه ای به مراتب دقیق تر و ابزار مورد نیاز آن بوجود آمده است، همچنان از سوی مهندسان مورد استفاده قرار گیرد.

پیشنهاد دانلود : ویدیو آموزش تحلیل شبه استاتیکی سدهای خاکی

روش تحلیل دینامیکی

در مقابلِ روش نسبتاً ساده شبه استاتیک، روش های تحلیل لرزه ای پیچیده تری وجود دارند که در آنها پاسخ سازه در طـول زلزلـه با استفاده از روش های عددی (مانند اجزاء محدود یا تفاضل محدود) مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. از این روش عموماً با نام روش تحلیل دینامیکی یاد می شود.

از مهم ترین مزایای این روش در مقایسه با روش شبه استاتیک، اعمال اثر تنش های اولیـه، تـأثیر پارامترهـای رفتـار مصالح در پاسخ سازه، تغییر مقاومت برشی در طول زلزله، اثر پارامترهای زلزله شامل دامنه، محتـوای فرکانسـی و مـدت دوام زلزله و همین طور امکان تخمین افزایش فشار آب حفره ای در طول زلزله است. از این روش ها، بـرای کنتـرل طراحـی اولیه (که بر اساس تحلیل شبه استاتیک انجام شده) استفاده می شود.

البته این روش از روش های تحلیل لرزه ای دارای محدودیت ها و مشکلاتی نیز هستند. از جمله آن ها می توان به عدم قطعیـت در کمیت هـای ورودی تحلیل همانند نوع مدل رفتاری مصـالح و مقـدار پارامترهـای مـورد نیـاز آن، ابهـام در پارامترهـای زلزلـه هـای ورودی و همینطور محدودیت های نرم افزاری اشاره نمود.

روش تحلیل تغییر مکان لرزه ای بلوک لغزشی

در کنار دو روش فوق، روش های ساده دیگری هستند که به عنوان یک روش مجزا مطرح نبوده و در تکمیل دو روش اول می توانند برای محاسبه تغییر مکان های ماندگار سد مورد استفاده قرار گیرند. در اینگونه روش های تحلیل لرزه ای با اسـتفاده از برخی مشخصات نظیر پارامترهای لرزه ای و ضرایب آستانه لغزش، می توان میـزان تغییر مکـان هـای مانـدگار حاصـل از زلزلـه را محاسبه نمود. روش های تحلیل تغییر مکان لرزه ای به ویژه در تکمیل تحلیل های شبه استاتیک با توجه بـه محـدودیت های این روش در تخمین میزان نشست های حاصل از زلزله می توانند کاربردهای فراوانی داشته باشند. از میان این روش ها، روش بلوک لغزشی نیومارک در ترکیب با تحلیل های دینامیکی خطی و یا معادل خطی برای تخمین میزان تغییر شکل ماندگار سد مورد استفاده قرار می گیرد.

محدوده کاربرد روش های مختلف تحلیل لرزه ای

میزان مخاطرات و خسارات ناشی از تخریب احتمالی سد، تابع عوامل مختلفی همچون بزرگی ارتفاع و حجم مخزن و نیز میزان تمرکز جوامع انسانی، صنایع، زمین های کشاورزی و تأسیسات زیرساختی در محدوده سد می باشـد. هر چقـدر اندازه یک سد از نظر ارتفاع و یا حجم مخزن بزرگتر یا هزینه های انسانی، اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی کـه بـه واسـطه تخریب احتمالی سد رخ می دهد بیشتر باشد بر میزان اهمیت سد افزوده شده و به تبع آن حجم بیشـتری از مطالعـات و تحلیل ها را طلب خواهد کرد. در نتیجه، نوع و گستردگی روش های تحلیل لرزه ای مورد نیاز برای هر سد باید متناسب با درجه اهمیت آن باشد. نحوه تعیین درجه اهمیت و درجه خطرپذیری سد در مراجع مختلف با توجه به شرایط هر کشور یـا منطقـه ای متفاوت است.

دسته بندی سد بر اساس اندازه

سدها از نظر اندازه بر اساس ارتفاع و حجم مخزن، مطابق جدول (1) به سه دسته تقسیم می شوند:

سد کوچک : به سدهایی اتلاق می شود که ارتفاع آن ها کمتـر از 15 متـر و حجـم مخـزن آن هـا کمتـر از 1 میلیـون متر مکعب باشد.

سد متوسط : سدهای با حجم مخزن کمتر از 5 میلیون متر مکعب و ارتفاع بین 15 تـا 30 متـر در رسـته سـدهای متوسط قرار دارند. همچنین سدهایی با ارتفاع کمتر از 15 متر که حجمی در حدود 1 تا 50 میلیون متر مکعب را دارا هستند جزء سدهای متوسط هستند.

سد بزرگ : سدهایی با ارتفاع بیش از 30 متر و یا حجم مخزن بیش از 50 میلیون متر مکعـب را شـامل مـی شـود. همچنین سدهایی با ارتفاع 15 تا 30 متر و حجم مخزن 5 تا 50 میلیون متر مکعب نیز در این دسته از سدها طبقه بندی می شوند.

جدول 1 – دسته بندی سدهای خاکی و سنگریز بر اساس اندازه سد

جدول 1

درجه بندی اهمیت سد بر اساس پتانسیل خطر

به منظور دستیابی به یک طرح موفق و ایمن و در عین حال اقتصادی همواره لازم است پتانسیل خطـر سـد در اثـر عملکرد نامطلوب آن تعیین شود. بدین ترتیب با مشخص شدن میزان اهمیت سـد و آثـار و تبعـات خرابـی احتمـالی آن می توان نسبت به انتخاب یک نوع تحلیل از روش های تحلیل لرزه ای مورد نیاز اقدام نمود.

سد Grand Coulee آمریکا

تصویر 2 – سد Gran Coulee در ایالات متحده آمریکا

پیشنهاد مطالعه: آشنایی با معروف ترین سدهای جهان و کاربرد آنها

همچنین لازم به ذکر است در صورتی که در طول عمر سد تغییراتی در طرح یا عوامل تاثیرپذیر از خرابـی سـد صـورت گیرد که منجر به بالاتر رفتن اهمیت سد گردد، لازم است پـس از ارزیـابی مجـدد، نسـبت بـه بـازبینی طـرح و احتمـالاً ایمن سازی آن اقدام گردد.

پتانسیل خطر سد بر اساس معیارهای جدول (2) تعیین می شود. با توجه به اینکه یک سد می تواند پتانسـیل هـای خطر متفاوتی از نظر تلفات جانی، آثار اقتصادی، فرهنگی و زیست محیطی داشته باشـد، بایـد بالاترین پتانسـیل خطر بدست آمده از جنبه های مختلف را به عنوان پتانسیل خطر سد انتخاب نمود.

جدول 2 – میزان پتانسیل خطر سد بر اساس تبعات و عواقب احتمالی ناشی از آسیب آن در زلزله

جدول 2

تحلیل های مورد نیاز در طرح لرزه ای سدها

حداقل تحلیل های لرزه ای مورد نیاز برای ارزیابی پایداری و عملکرد سد تحت زلزلـه، بـر اسـاس درجـه اهمیـت سـد (اندازه و پتانسیل خطر)، مطابق جدول (3) تعیین می شود. در خصوص کفایت تحلیل های مذکور، لازم است بر اسـاس شرایط خاص هر سد، گروه طراحی بر پایه قضاوت مهندسی تصمیم گیری نماید.

لازم به ذکر است روش های تحلیل لرزه ای مذکور در جدول (3) با فرض این است که مصالح پی سد، سـنگی یـا از نـوع آبرفت متراکم باشد. در صورتی که احتمال وقوع روانگرایی در مصالح پی یا بدنه سـد وجـود داشـته باشـد، ضـروری است تحلیل های لازم برای ارزیابی رفتار روانگرایی مصالح در حین زلزله و پس از آن انجام گردد.

جدول 3 – حداقل تحلیل مورد نیاز برای طرح لرزه ای سدهای خاکی و سنگریز

جدول 3

برای سدهای با ارتفاع بیش از 150 متر و یا حجم مخزن بیش از 2 میلیارد متر مکعب، لازم است کمیته ویژه ای برای ارزیابی عملکرد لرزه ای این سدها تشکیل گردد و نیاز استفاده از آزمایش های مدل سد نظیر سانتریفیوژ بررسی گردد.

برای سدهای با ارتفاع بیش از 100 متر واقع در مناطق با لرزه خیزی بالا توصیه می شود در انتهـای مطالعـات مرحلـه اول (مطالعات مرحله شناخت) روی گزینه منتخب بدنه، تحلیل دینامیکی با پارامترهای در دسترس مصالح انجام گردد تا در صورت عملکرد لرزه ای نامطلوب، سایر گزینه های بدنه مجدداً ارزیابی گردد. برای سدهای با ارتفاع کمتر یـا واقـع در مناطق با لرزه خیزی کم انجام تحلیل های پایداری سد به روش شبه استاتیک در این مرحله از مطالعات کفایت می کند.

نویسنده

مجید غواصیه
فارغ التحصیل کارشناسی مهندسی عمران از دانشگاه شیراز هستم. موضوعات مورد علاقه من راه سازی، حمل و نقل، مهندسی ترافیک و مسائل مربوط به محیط زیست می باشد.

مشاوره از طریق واتساپ