بررسی پارامتری رفتار سدهای پاره سنگی با رویه بتنی در شرایط استاتیکی و دینامیکی

سدهای پاره سنگی با رویه بتنی، نوعی از سدهای پاره سنگی هستند که بخش آببند در آن ها، رویه بتنی قرار گرفته بر دامنه بالادست می باشد. با آبگیری مخزن سد، بدنه سد و در نتیجه رویه بتنی دچار تغییر شکل گردیده و تاج سد دچار نشست می شود. تغییرشکل رویه بتنی باعث گسترش تنشهای کششی و فشاری در دال بتنی و بازشدگی درز پیرامونی می گردد. مطالعه رفتار بدنه سد و به ویژه رویه بتنی، در شرایط دینامیکی، به دلیل استقبال گسترده از ساخت این گونه سدها و کمبود اطلاعات در مورد چگونگی عملکرد این گونه سدها تحت اثر زلزله نیز، از اهمیت خاصی برخوردار است. چنانچه مقادیر تنشهای توسعه یافته در رویه بتنی بیش از حد مجاز باشد باعث ترک خوردگی رویه و نشت آب از طریق ترک ها می گردد. مقدار بازشدگی درز پیرامونی نیز یکی از عوامل مهم در میزان نشت آب در سدهای پاره سنگی با رویه بتنی می باشد. در مطالعه حاضر، تاثیر پارامترهای مختلف هندسی و مشخصات مصالح بدنه سد و همچنین رفتار سطح مشترک بین رویه و بدنه سد، در حالت استاتیکی و تاثیر نیروی وارده از طرف مخزن، ضخامت رویه بتنی، شتاب زلزله، مشخصات فیزیکی مصالح بدنه سد و ارتفاع سد بر رفتار بدنه سد و به ویژه رویه بتنی، در حالت دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به رفتار اتساعی و سخت شوندگی توده پاره-سنگی، به منظور شبیه سازی رفتار مصالح بدنه سد از مدل الاستو-پلاستیک دراکر-پراگر اصلاح شده کلاهک دار بهره گرفته شده است و رفتار رویه بتنی با استفاده از مدل الاستیک خطی، شبیه سازی شده است. رفتار اصطکاکی بین رویه بتنی و مصالح بدنه سد با استفاده از مدل رفتاری موهر-کولمب شبیه سازی گردیده و به علت اهمیت جابجائی نسبی بین رویه و بدنه سد در مقدار تنش های گسترش یافته در رویه بتنی، امکان لغزش و جدائی رویه نسبت به بدنه سد، فراهم گردیده است. تحلیل های انجام گرفته با کمک نرم افزار اجزاء محدود آباکوسبه کمک الگوریتم حل استاندارد و صریح و در شرایط دوبعدی و در حالت استاتیکی و دینامیکی انجام گرفته است.نتایج حاصل از تحلیل های انجام گرفته نشان می دهد که بخش عمده تغییرشکل های بدنه سد و رویه بتنی بر اثر آبگیری مخزن اتفاق می افتد. با افزایش ارتفاع آب در مخزن سد تغییرشکل رویه بتنی عمود بر امتداد رویه دچار افزایش گردیده و تنشهای کششی در ابتدا و تنش های فشاری در میانه رویه بتنی توسعه پیدا می کنند. مهمترین عامل در عملکرد سد، ارتفاع سد و مشخصات مصالح ناحیه اصلی بدنه سد می باشد. با افزایش ارتفاع سد و کاهش سختی مصالح ناحیه اصلی بدنه سد، رویه بتنی با نرخ افزایشی دچار نشست گردیده و تنش های کششی با مقادیر بزرگ در ابتدای رویه بتنی، گسترش می یابند. به طور کلی با افزایش نشست رویه بتنی مقدار تنش های کششی در رویه بتنی و همچنین مقدار بازشدگی درز پیرامونی، افزایش می-یابد، این در حالی است که چگونگی توسعه تنش های فشاری در رویه بتنی دارای روند مشخصی نیست. نیروی وارده از طرف مخزن سد، عامل مهمی در مقدار تنش های کششی و فشاری توسعه یافته در حین زلزله، در رویه بتنی می باشد. در شرایط دینامیکی، شتاب زلزله، مشخصات مصالح بدنه سد و ارتفاع سد عوامل موثر بر مقدار تنش های توسعه یافته در رویه بتنی هستند. به استثنای اثر ارتفاع سد و ضخامت رویه بتنی، عوامل دیگر تاثیر چشمگیری در میزان تنش های کششی و فشاری در 40 درصد انتهائی رویه بتنی، در نزدیکی تاج سد ندارند. موقعیت وقوع حداکثر تنش های کششی و فشاری در رویه بتنی در شرایط مختلف، متفاوت بوده و در فاصله 10 تا 40 درصدی طول کل رویه و نسبت به پاشنه سد، قابل مشاهده است. نتایج نشان می دهد که مقدار نشست تاج سد در شرایط استاتیکی و دینامیکی مقدار ناچیزی است و حداکثر تغییرشکل های ماندگار بر اثر زلزله در نزدیکی تاج سد و در دامنه پائین دست، رخ می دهند. این در حالی است که وقوع زلزله باعث گسترش مقادیر بزرگ تنش های کششی در رویه بتنی می گردد که باعث آسیب جدی و ترک خوردگی رویه بتنی خواهد شد.