ضریب نفوذپذیری، آسیب پذیری، آسیب دیدگی

دانلود پایان نامه ارشد

پایداری شیب مرتبط است. اثر هندسه بر روی مسیر جریان به عنوان یک تاثیر ثانویه باید در نظر گرفته شود. تحلیل مراحل سه گانه دانکن و همکاران (1990)، محافظه کارانه بنظر می رسد. اما در یک تحلیل تنش مؤثر با توجه به اینکه فرصتی برای شبیه سازی دقیق تر رفتار خاک با توجه به زمان وجود دارد، طراحی خاکریزها را بهینه سازی کرده و در هزینه های ساخت نیز صرفه جوی به همراه خواهد داشت.

3-3- تحقیقات تحلیلی:
تو ایکس ترین( Tho X. Tran 2004)، به منظور بررسی پایداری شیب بالادست سد خاکی داوتینگ در شرايط کاهش سريع سطح آب، با استفاده از روش‍‍های تعادل حدي8 (LEM) و المان محدود9 (FEM)، اقدام به مطالعة تغيير رفتار تنش-کرنشي و فشار حفره‍اي، مکانيزم شکست کرده و ضریب اطمینان شیب بالادست را که در شرایط کاهش سریع سطع آب به شکل قابل توجهی کم شده، اما بازهم پایدار است، بدست آوردند[5] . بدین منظور با استفاده از روش المان محدود، که به وسيله برنامه PLAXIS انجام شده است، مشکل را تحليل کرده و اقدام به بررسی رفتار یکسری نقاط در بدنه سد می کند. براي رفتار مصالح انواع مختلف خاک از مدل خاک سخت شونده که يک نوع الاستوپلاستيک مدل هيپربوليک را توصيف مي‍کند و در قالب پلاستيسيته اصطکاکي سخت شونده فرمول‍بندي شده، استفاده شده‍است. ارزيابي ايمني به وسيله فرض کاهش (c-phi) تعريف شده است. شکل (3-8)، يک مقطع کلي از سد را قبل و بعد از عمليات ساخت يک ديوار حائل (عرض 0/6 متر و ارتفاع 33 متر) در بدنه سد و يک خاکريز پايدار‍کننده در شيب پايين دست، نشان مي‍دهد.

شکل( 3-8 ): مقطع کلی از سد[5]

سه نقطه (A در ميان لايه خاک نرم، B در پنجه بالادستي و C در ميانه جناح شيب بالادستي) به عنوان نمونه براي تحليل انتخاب شده‍اند. این نقاط با موقعیت متفاوت در نظر گرفته شدند و به کمک مدلسازی با نرم افزار PLAXIS ، برای هر سه نقطه مسیر تنش رسم شد. شکل (3-9)، مسير تنش داده شده به صورت تغيير در تنش‍هاي افقي و عمودي در حين کاهش سریع سطح آب، در نقاط A، B و C را نشان مي‍دهد. مي‍توان ديد که مسير تنش در نقطه A تقريبا در طول خطي که معرف ( 〖〖〖〗_h^’=ثابت) است، حرکت مي‍کند در حاليـــکه مسير تنش در نقطه C به سمت داخل و خارج خطوطــي که معرف ( 〖〖〖〗_h^’=ثابت) و 〖((〗_v^’-〖〖〖〗_h^’)/2=ثابت هستند حرکت مي‍کند. دريافتند که، کاهش در تنش‍هاي مؤثر قائم بزرگتر از افزايش در تنش‍هاي مؤثر افقي در بدنه سد مي‍باشد. مسير تنش در نقطه B به سمت خارج از خطوط ( 〖〖〖〗_h^’=ثابت) و 〖((〗_v^’-〖〖〖〗_h^’)/2=ثابت حرکت مي‍کند که به اين معناست که تغيير در تنش قائم مؤثر بيشتر از تغييرات در تنش‍هاي مؤثر افقي مي‍باشد. کاهش در تنش‍هاي اصلي مؤثر منجر به کاهش مقاومت برشي مؤثر خاک‍ها در شيب بالادست مي‍شود که باعث کاهش پايداري شيب بالادست مي‍گردد.

شکل (3-9 ): مسير تنش در کاهش سریع سطح آب در نقاط A، B وC [5]

زمانيکه آب در منبع در بيشترين سطح مي‍باشد، سطح شکست محتمل غالباً در شيب پايين‍دست، با بيشترين ميزان خطر اتفاق مي‍افتد. از آنجاييکه سطح آب شروع به پايين‍آمدن مي‍کند، خاک ها، از بالادست به شيب پايين دست حرکت می کنند. زمانيکه آب سطح 1/2 H را رد مي‍کند، شيب بالادستي مشرف به پايين دستي مي‍شود. مکانيزم محتمل فروريزش در بالادست اتفاق مي‍افتد و همانطور که در شکل (3-10)، نشان داده شده است، از تاج سد به سمت زمين حرکت مي‍کند. ممکن است پايداري ناکافي در شيب بالادست به محض اينکه سطح آب پايين‍تر از سطح 1/3 H قرار گرفت، اتفاق بيفتد[5]. مي توان توضيح داد که بار آب در زمان کاهش سريع سطح آب، از بين رفته است و فشار هيدروديناميکي نيروهاي کششي به سمت پايين ايجاد کرده است که منجر به کاهش مقاومت برشي شيب بالادست مي‍شود. به علاوه هيچ فشار مقاومي در مقابل بسيج شدن شيب بالادست وجود ندارد و فشار آب حفره اي منفي بسيار زياد در نتيجه اشباع خاک در شيب سد باقي مي‍ماند که مقاومت برشي مؤثر شيب بالادستي را کاهش مي‍دهد. به نظر مي‍رسد که ديوار حائل در مقابل هيچ شکستي در پوسته بالادستي نمي‍ايستد. بار آبي در منبع نقشي مهم در مقاومت در برابر شکست محتمل و افزايش پايداري شيب بالادست بازي مي‍کند.

شکل (3-10)-الف: بردارهای جابجای در زمان کاهش سریع سطح آب ( L/H=1/3 ) قبل از نوسازی [5]

شکل (3-10)-ب: بردارهای جابجای در زمان کاهش سریع سطح آب ( L/H=1/3 ) بعد از نوسازی [5]

نتايج ضريب ايمني FS براي شيب بالادست قبل از نوسازي (بدون ديوار حائل و خاکريز پايدارکننده)، در شکل(3-11)، با نسبت‍هاي L/H متفاوت رسم شده‍اند. نتايج نشان داده شده در شکل (3-11)، بيانگر اين است که FS به شکل قابل توجهي از شروع کاهش سریع، تا سطح 1/3 H کاهش مي‍يابد. زمانيکه L = 1/3 H مي‍باشد، FS تقريبا به کمترين مقدار خود FS = 1/4 مي‍رسد. تفاوت‍هاي FS در محدوده‍هاي پايين‍تر از 1/3 H چندان زياد نيستند و به طورکلي با مقدار FS = 1/22-1/4 ثابت مي‍ماند. مقدار FS تقريبا در سطح کاهش سطح آب 1/3 H به ميزان 34% و در زمان خالي‍شدن حدوداً 43% کاهش مي‍يابد [5].

شکل (3-11) : FS شيب بالادست در کاهش سریع سطح آب براي مقادير مختلف نسبت L/H با روش‍هاي متفاوت
(بدون دیوار حائل) [5]

نتايج ضریب اطمینان شيب بالادست بعد از نوسازي (با ديوار حائل و خاکريز پايدار‍کننده) نشـــان می دهد که، در سطح 1/3 H مقدار ضریب اطمینان برابر 1/47 و در زمان خالي‍شدن برابر 1/27 مي‍باشد. حضور ديوار حائل چندان روي مقدار FS در شيب بالا‍دست در زمان کاهش سریع سطح آب تاثير نمي‍گذارد. پايداري شيب بالادست سد اصلي داوتينگ در زمان کاهش سريع سطح آب، به ميزان قابل توجهي کاهش مي‍يابد. بيشترين ميزان خطر ممکن است در 1/3 H ، اتفاق بيفتد و نه هميشه در خالي‍شدن کامل. FS بحراني به علت مقاومت چسبندگي شيب و تعاملات بين وزن خاک و مقاومت برشي خاک، در آن لحظه که کاهش سریع سطح آب تغيير مي‍کند، اتفاق می افتد. با توجه به FS بالاتر مي‍توان استدلال کرد که، شيب کاملاً غوطه‍ور پايدارتر از شيب خشک مي‍باشد. ميزان کاهش متوسط FS در هر دو حالت قبل و بعد از نوسازي، تقريباً 35% در سطح 1/3 H و 44% در هنگام خالي شدن کامل می باشد. اما به هر حال شيب بالادست بازهم در حين کاهش سريع سطح آب پايدار مي‍ماند. نتايج به دست آمده از تحليل‍هاي LEM و FEM باهم سازگارند و منطقي مي‍باشند. مي‍توان از LEM و FEM در پيش‍بيني پايداري شیب های سد و هم چنين بررسي رفتارها در هنگام طراحي استفاده کرد. اين روش‍ها را مي‍توان به عنوان راهکارهايي مفيد در حل مسائل پايداري در نظر گرفت.
حاجی علیلوی بناب و بهروز سرند (2012 Haji Alilooi & Behrooz Serend’)، بررسی کردند که، احداث کانال بر روی خاک های مسئله دار بویژه خاک های متورم شونده، بدون توجه به مسائل ژئوتکنیکی منجر به آسیب دیدگی شیب خاکی و پوشش بتنی کانال ها می شود [6]. این محققین تلاش کردند به کمک مدلسازی عددی اثر رفتار خاک متورم شونده بستر و دیواره ها بر نیروهای ایجاد شده در پوشش بتنی کانال را مورد بررسی قرار دهند و تا حد امکان پایداری شیب سپس ترک خوردگی پوشش را کنترل کنند. با توجه به اطلاعات ارائه شده پی بردند که احداث کانال بر روی خاک های مسئله دار از جمله خاک های متورم شونده بعضاً اجتناب ناپذیر بوده و برای کاهش مخاطرات باید به دنبال روش های مناسب گشت. به همین منظور، مقطع کانال ذوزنقه ای دشت تبریز را با ابعاد واقعی با نرم افزار GEO-STUDIO 2007 مدل کردند و رفتار اندرکنشی خاک متورم شونده و رویه بتنی را مورد ارزیابی قراردادند. در این راستا برای بهینه سازی شکل مقطع کانال به منظور کاهش آسیب های وارد بر آن، آرایش درزهای طولی در سطح مقطع و دیواره ها به عنوان پارامترهای متغیر مورد بررسی قرار گرفت و پی بردند که، این کار با بهینه سازی موقعیت قرارگیری درزهای طولی در مقطع عرضی کانال و کنترل شیب دیواره ها امکان پذیر است. چون هدف از کار اخیر انجام شده توسط حاجی علیلوی بناب و بهروز سرند(2012)، بهینه کردن محل درز و شیب دیواره برای کاهش نیروی اندرکنشی بین پوشش و خاک زیر آن و به تبع آن کاهش آسیب پذیری پوشش می باشد، لذا تحلیل های مختلفی انجام شده و هر یک از این پارامترها مورد ارزیابی قرار گرفته و نهایتاً نتایج حاصل از هر حالت مقایسه گردیده و بهترین موقعیت درز و شیب دیواره پیشنهاد شده است. شبکه آبیاری و زهکشی دشت تبریز در شش ناحیه عمرانی و در سطح 40000 هکتار در حال اجرا می باشد. از مهمترین بخش های این پروژه عبارتند از: کانال اصلی AMC و کانال های درجه 2 و 3 و زهکش های اصلی. این مجموعه حدوداً 15850 هکتار از اراضی دشت تبریز را در بر می گیرد و در ساحل راست رودخانه آجی چای قرار دارد. ظرفیت کانال اصلی جهت انتقال آب به میزان 22 متر مکعب در ثانیه طراحی شــده است. عرض کف کانــال بین 5 تا 5/2 متـر و ارتفاع آن بین 2 تا 2/75 متر متغیر می باشد. دیواره های کانال دارای شیب 1 عمودی به 1/5 افقی می باشد. پوشش اصلی کانال پوشش، یک لایه بتن غیر مسلح درجا به ضخامت 125 میلی متر با عیار سیمان 300 کیلوگرم می باشد. عرض پوشش های بتنی اجرا شده در طول کانال 3 متر می باشد. در مدلسازی انجام شده در ابتدا عرض کف کانال 5 متر و ارتفاع آن 2/75 متر در نظر گرفته شد. در این برنامه برای مدلسازی مقطع کانال از المان های سه و چهار گره ای استفاده شده و تقریباً 2000 المان برای مش بندی بکار رفته است. مرز های خارجی مدل در طرفین کانال، در جهت جابجای افقی و در کف مدل در جهت جابجای قائم محدود شده است. برای مدلسازی نفوذ آب کانال به درون خاک، ارتفاع آب بصورت هد آب به المان های پوشش وارد شده و تحلیل های مربوط به نشت و تنش-تغییر شکل بصـورت همزمان انجام گرفته است. مدلســـازی پوشش به کمک المان های تیر و با ابعاد و مشخصات رویه بتنی انجام شده است. در جدول (3-3)، γ، φ، C، μ،E و K بترتیب وزن واحد حجم، زاویه اصطکاک، ضریب چسبندگی، نسبت پواسون، مدول الاستیسیته و ضریب نفوذپذیری می باشند.
جدول ( 3-2): برخی از پارامترهای ورودی نرم افزار[6]
پوشش
خاک متورم شده زیر کانال
k(m/day)
E (KN/m^2)
Μ
γ(KN/m^3)
E(KN/m^2)
μ
(KN/m^2)C
φ
γ(KN/m^3)
0/001
1/8×〖10〗^7
0/2
21
1000
0/4
50
20
19/2

مطابق شرایط واقعی شیب دیواره 1/5 افقی به 1 عمودی در نظر گرفته شده و تحلیلها برای دو تراز آب به شرح زیر انجام گرفت:
الف: ارتفاع آب درون کانال یک متر در نظر گرفته شد. (Water Level: 2/5m). همانطور که در جدول ( 3-4 ) مشاهده می شود ، زمانیکه تراز آب در کانال یک متر بالاتر از کف کانال می باشد، 8 حالت برای محل درزهای طولی دیواره کانال در نظر گرفته شده و تحلیل ها انجام شده اند.

جدول ( 3-3 ): حالت های تحلیلی در نظر گرفته شده[6]
تراز درزها
تعداد درزها
حالت های تحلیلی
1/75
1
Case 1
2
1
Case 2
2/25
1
Case 3
2/5
1
Case 4
2/5
2
Case 5
3/25

1/75
2
Case 6
3

1/75
2
Case 7
3/25

1/75
2
Case 8
3/75

از آنجا که پارامتر تعیین کننده برای ایجاد ترک خوردگی در پوشش، لنگر ترک خوردگی بتن می باشد، لذا با مقایسه مقادیر لنگر خمشی ایجاد شده در پوشش در اثر تــــورم خاک با مقدار لنگر ترک خوردگی بتـن می توان معیار مناسبی برای ارزیابی احتمال ترک خوردگی در رویه بتنی بدست آورد[6] . در شکل (3-12) مقادیر لنگرهای خمشی ایجاد شده در پوشش در اثر تورم خاک در حالت های مختلف تحلیل که در جدول (3-4) ارائه شده، به صورت یکجا آورده شده است. در این نمودار محور قائم مقادیر لنگر ایجاد شده و محور افقی موقعیت هر نقطه از پوشش را نسبت به محور تقارن کانال (X) نشان می دهد. با مراجعه به شکل (3-13) به راحتی می توان مفهوم مقادیر X را درک کرد.

شکل ( 3-12 ): نمودار لنگر خمشی رویه بتنی کانال در حالت(الف) [6]

همانطور که از شکل (3-12) قابل استنباط می باشد، بیشترین مقدار تمرکز لنگر خمشی در

پایان نامه
Previous Entries نفوذپذیری، ایالات متحده، سه مرحله ای Next Entries آسیب دیدگی، هیدرولیک