پایان نامه رایگان درباره نفوذپذیری، معیارهای طراحی، ضریب نفوذپذیری

دانلود پایان نامه ارشد

3.2

Vsed، حجم رسوب مورد نیاز (m³)، q، میزان آب مورد نیاز روزانه D , (m3 / day) ، دوره بهره برداری از سد (days) و Sy، Specific yield ، ()، می باشد. میزان Sy برای شن ریز دانه 25/0، ماسه درشت دانه 27/0، ماسه با ابعاد متوسط 26/0 و ماسه ریز دانه 21/0 فرض می شود (VanHaveren, 2004). ابعاد پروژه طوری باید انتخاب شود که میزان رسوبات انباشته شده برابر با مقدار محاسبه شده از معادله 3.2 باشد. رسوبات انباشته شده در بالا دست سد (wedge) تابعی از ارتفاع سد، شیب و ابعاد بستر رودخانه می باشد. با تعریف پارامتر L، که بیانگر طول رسوبات انباشته برحسب متر می باشد، داریم (Van Haveren, 2004 ).
4.2

h، ارتفاع سد بر حسب متر، S1، شیب تخمین زده شده سطح رسوبات انباشته شده (%) و S2، شیب بستر رودخانه (%) می باشد. بر اساس مطالعات صورت گرفته در طی گذشت زمان، مقدار S1، نزدیک به شیب بستر رودخانه (S2) می شود. ولی برای انجام محاسبات مقدار S1 حدود 80-60 درصد مقدار S2 می باشد (Van Haveren, 2004 ).
5.2

V، حجم مواد ذخیره شده در wedge L , (m3) ، طول رسوبات ذخیره شده (m)، که از معادله 4.2 محاسبه می شود، b، عرض سد (m ) و h، ارتفاع سد (m) می باشد. در شکلهای 13.2 و 14.2 سد نیمه مدفون نشان داده شده است. سدهای نیمه مدفون زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که شیب توپوگرافی زمین بین 2/0تا 4 درصد باشد. حتی در شرایطی که شیب زمین حدود % 10 تا % 16 نیز باشد، می توان از این نوع سد استفاده کرد (Nilsson, 1988). بهتر است سدهای نیمه مدفون در مکانی ساخته شود که سنگ بستر نزدیک به سطح زمین باشد (Nilsson ,1988). به منظور جلوگیری از این موضوع که مخزن سد از مواد ریز دانه پر شود می توان مانند شکل 12.2 سد را در قسمت های مختلف ساخت.

شکل 13.2 سد نیمه مدفون در حال احداث و سد ساخته شده در فصول خشک kitui, Kenya (Hut et al., 2007)
شکل 14.2 سد نیمه مدفون در طی سیلاب و بعد از آن Voi, Kenya (Hut et al., 2007)

برخی از انواع سدهای نیمه مدفون عبارتند از : سد نیمه مدفون بتنی، سد ساخته شده با مصالح بنایی، سد گابیونی با پوشش رسی، سد گابیونی با هسته رسی، سد پر شده با سنگ Stone-fill، و سد سنگی. هر یک از این مصالح باید در برابر نیروی فشار ناشی از ماسه و آب ذخیره شده در پشت سد مقاوم باشد. نیروی مقاوم، همان وزن سازه سد است.

شکل 15.2 سد بتنی (Nilsson, 1988)

شکل 16.2 سد ساخته شده از مصالح بنایی (Nilsson, 1988)

شکل 17.2 سد گابیونی با پوشش رسی (Nilsson, 1988)

شکل 18.2 سدگابیونی با هسته رسی (Nilsson, 1988)

در سد نیمه مدفون پر شده با سنگ قسمت اعظم بدنه سد با سنگ ساخته می شود سپس بوسیله دیوارهای بتنی پوشانده می شوند، که این امر سبب افزایش پایداری و آبندی سد می شود (Nilsson ,1988). سدهای نیمه مدفون لازم نیست به طور کامل، آبند باشند و آب می تواند به سمت پایین دست تراوش کند. محافظت در برابر فرسایش مهمترین نکته درباره سدهای نیمه مدفون می باشد. بهترین راه برای محافظت سد در برابر فرسایش، ساخت سد در Natural Rock Bars، می باشد زیرا اگر این موضوع در نظر گرفته نشود باید در سدهای نیمه مدفون از دیوارهای هادی Wing walls، استفاده کرد تا سد چندین متر در کرانه های رودخانه نفوذ کند (Nilsson ,1988). بهترین روش استحصال آب در سدهای نیمه مدفون روش وزنی است، اگر از چاه برای برداشت آب استفاده می شود باید موقعیت چاه در عمیق ترین قسمت مخزن سد باشد.

3.2 استفاده از سدهای زیرزمینی در معادن

در معادن سدهای زیرزمینی به منظور جلوگیری از ورود آب به محل اجرای عملیات معدن کاری مورد استفاده قرار می گیرند. فاکتورهای مهم در طراحی این نوع از سدهای زیرزمینی عبارتند از: وضعیت طبیعی لایه های زمین، تخمین فشار آب ذخیره شده در پشت سد و در نظر گرفتن تنش های دینامیکی حاصل از انفجار در توده سنگ. در طراحی سد این موضوع مهم است که سد ساخته شده برای ذخیره سازی آب بر روی قوی ترین لایه در دسترس که دارای کمترین ترک و شکاف است احداث می شود. مصالح مورد استفاده در بدنه سد و وضعیت لایه بندی زمین از نظر نفوذپذیری در برابر تراوش آب، باید وضعیت مناسبی داشته باشند. گاهی اوقات اگر مجبور باشیم که سازه سد بر روی لایه های تقریبا ضعیف که دارای ترک هستند اجرا کنیم، باید از روش های تزریق (Grouting)و آبندی سنگ بستر و بدنه ها استفاده کرد. یکی از پارامترهای مهم در طراحی سد زیرزمینی تخمین ضخامت ایمن و اقتصادی، سد می باشد. این ضخامت در سدهای زیرزمینی بکار رفته در فعالیت های معدنکاری نباید از سه تا چهار متر تجاوز کند. در تخمین ضخامت سد پارامتر های زیر تاثیر گذار می باشند:
1- تخمین حداکثر ارتفاع آب ذخیره شده
2- خصوصیات طبیعی لایه های اطراف سد
3- مقاومت خردشدگی مصالح مورد استفاده در سازه سد
4- مقطع عرضی گالری سد
5- شکل مقطع سد
6- نوع سد از نظر دائمی بودن یا موقتی بودن
روش های گوناگونی برای تخمین ضخامت سد بر اساس مراجع مختلف وجود دارد که عبارتند از:
1- روش kalmykov
2-The Directorate General of Mine Safty in India (DGMS)
3- روش Aldis
4- روش Peele

1.3.2 تخمین ضخامت سد بر اساس مقاومت خرد شدگی مصالح
Kalmykov، ضخامت ایمن برای یک سد بتنی غیر مسلح به شکل گوه (شکل 20.2)، با ضریب اطمینان در برابر خرد شدگی مصالح در حدود 5/3 تا 4 را به فرم زیر تعریف می کند.
6.2
B، عرض گالری، h، ارتفاع گالری، ، زاویه مرکز گوه ، ، مقاومت نهایی خرد شدگی مخلوط بتن، p کل فشار آب ، f، ضریب ایمنی، ، ضریب سربار (over loading) که برابر با 25/1می باشد و k، ضریب نوسانات مقاومت (k=0.6)، می باشد. فرمول پیشنهادی (DGMS) به فرم زیر می باشد، پارامترهای مانند فرمول قبلی، (Gupta et al., 1987).
7.2

مقاومت نهایی برابر با psi 3750 (MPa 86/25) در نظر گرفته شده است. برای ارتفاع آب بین 60 تا 150 متر، می توان % 25 به ضخامت سد اضافه کرد. اکثر سدهای زیرزمینی مورد استفاده در معادن در هند از آجر ساخته شده است. تخمین مقاومت آجر بسیار مشکل می باشد زیرا آجرهای مختلف بکار رفته در ساخت سدهای زیرزمینی دارای مقاومت های گوناگونی می باشند که این موضوع باعث سختی در تخمین مقاومت این مصالح می شود. در آجرهای پخته شده مقاومت خردشدگی Crushing Strength، بین MPa3/4 تا MPa 7/20 (psi 3000- 625) متفاوت می باشد. وقتی آجر کاملا خیس شود مقاومت خرد شدگی آن تا 25 درصد کاهش می یابد. در آجرهایی که پخته نمی شوند، یعنی در معرض نور خورشید قرار می گیرند تا خشک شوند، مقاومت خرد شدگی آن ها بین MPa 62/1تا MPa 76/3 (psi 545-235) متغیر می باشد. یک آجر به طور متوسط دارای مقاومت خرد شدگی MPa 24/17 (psi 2500)، مقاومت عرضی MPa62/6 (psi 960)، مقاومت کششی MPa69/4 (psi 680) و مقاومت برشی MPa73/1 (psi 250)، می باشد. مقادیر مقاومت برای آجر معمولا پایین تر از معیارهای طراحی برای ساخت سد می باشند. به همین دلیل استفاده از آجر برای ساخت سد زیرزمینی توصیه نمی شود (Gupta etal, 1987). معادله تخمین ضخامت سد زیرزمینی برای یک سد استوانه ای (شکل 19.2) توسط Aldis پیشنهاد شد (Gupta et al., 1987).

8.2

ri، شعاع داخلی سد، p، فشار کل آب بر سد و ، مقاومت نهایی خردشدگی مصالح سد می باشد. در این رابطه نکته مهم این است که مقدار همواره باید کوچکتر از 1 باشد، که این موضوع یکی از محدودیت های استفاده از این رابطه می باشد. رابطه زیر برای محاسبه ri مورد استفاده قرار می گیرد.

9.2

، نصف زاویه مرکزی انحنا یا قوس می باشد. در مناطقی که شرایط زمین (لایه بندی زمین ) خوب باشد ، تقریبا 20 تا 30 درجه می باشد ولی در مناطقی که شرایط زمین زیاد مناسب نباشد، ، تقریبا 12 تا 20 درجه انتخاب می گردد.

2 .3 .2 تخمین ضخامت سد براساس مقاومت برشی
تنش قائم ناشی وزن لایه ها، در شرایط موجود زیر زمین، برستونهای سنگی ساختگاه سد اعمال می شود. بنابراین تنها بخشی از تنش قائم لایه ها به سازه سد اعمال می گردد. در نهایت تا زمانی که ستون های سنگی در برابر تنش های وارد مقاومت کافی داشته باشند سازه سد نیز پایدار خواهد بود. تخمین ضخامت سد بر اساس مقاومت فشاری Compressive Strength ، مصالح بکار رفته در سازه سد خواهد بود. سازه سد زیرزمینی باید قادر به تحمل فشار هیدرواستاتیک آب باشد. پس محاسبه ضخامت سد بر اساس حداکثر مقادیر، طول صفحه برشی سنگ که سازه سد روی آن قرار می گیرد (مقاومت برشی سنگ بستر) یا مقاومت برشی مجاز مصالح انتخاب می شود. برای سد زیرزمینی با مقطع مستطیل ضخامت سد بر اساس رابطه زیر بدست می آید (Gupta et al., 1987).
10.2

، مقاومت برشی نهایی مصالح بکار رفته در سازه سد یا سنگ (هر کدام که کوچکتر است) و f، ضریب اطمینان می باشد. مقاومت برشی مجاز سنگ تا حد امکان بهتر است از آزمایشات در محل اجرای پروژه بدست آید، ضریب اطمینان در نظر گرفته شده در این حالت برابر با 5/2 می باشد. اگر مقاومت خرد شدگی و کششی مصالح مشخص باشد، مقاومت برشی بر اساس رابطه زیر بدست می آید (Gupta et al., 1987).

11.2

، مقاومت خردشدگی مصالح سد و ، مقاومت کششی مصالح می باشد. اگر در ساخت بدنه سد از بتن استفاده شود (Cement–conceret mixture)، می توان بر اساس روابط تجربی زیر مقاومت کششی و مدول الاستیسیته بتن را محاسبه کرد (Gupta et al., 1987).
12.2

13.2

مقاومت کششی بتن (psi )، ، چگالی بتن (100 to 145 pcf)، ، مقاومت فشاری یا خردشدگی (psi) می باشد. اگر ساختگاه سد از ستون های زغال سنگ Coal Pillar، باشد. در این حالت، مقاومت برشی مجاز از رابطه زیر بدست می آید. (Gupta et al., 1987).
14.2

، مقاومت برشی مجاز زغال سنگ می باشد.

3.3.2 تخمین ضخامت سد بر اساس تنش کششی مصالح سد
اگر فرض کنیم که سد فقط بر روی دو تکیه گاه قرار گرفته باشد در این حالت ضخامت سد بر اساس رابطه ارائه شده توسط Peele به صورت ، ، مقاومت کششی مجاز مصالح سد، می باشد. ولی به نظر برخی از محققان این فرضیه درست نمی باشد و سد بر روی چهار تکیه گاه (ساختگاه) قرار دارد. بنابراین رابطه زیر پیشنهاد می گردد (Gupta et al., 1987).

15.2

P، فشار کل آب بر سد، m، عدد پواسن مصالح بدنه سد، k، ضریبی است که برای حالت B h، به فرم معرفی می شود، f، ضریب اطمینان و ، مقاومت کششی نهایی مصالح بکار رفته در سد می باشد. در این حالت فرضیه مهم برای پایداری سد این است که، مقاومت کششی مصالح سد همیشه ازOute Fiber، سد بیشتر باشد. در غیر این صورت سد تخریب می شود.

4.3.2 تخمین ضخامت سد بر اساس نفوذ پذیری بدنه سد
Kalmykov، رابطه زیر را برای تخمین ضخامت سد از لحاظ کنترل نفوذپذیری مصالح بدنه سد معرفی کرده است.
16.2
K1، ضریب نفوذپذیری مصالح بکار رفته در بدنه می باشد که برای بتن با نسبت اختلاط 4 : 2 : 1 ، این مقدار برابر با تا خواهد بود، p، هد آب و A، سطح مقطع road way، می باشد.

5.3.2 تخمین پایداری سد و ستون های سنگی
Kalmykov، به منظور تخمین تنش نرمال وارد شده بر سد رابطه زیر را معرفی می کند:
17.2

، تنش نرمال اعمال شده به سد، k، ضریبی که برابر با 6/0 می باشد. N، تعداد قسمت های سد

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان درباره نفوذپذیری، ایالات متحده، ضریب همبستگی Next Entries پایان نامه رایگان درباره کارتوگرافی، هیدرولوژی، پوشش گیاهی