بررسی تاثیر عدم قطعیت ها بر پایداری لرزه ای سدهای خاکی

چکیده یکی از کشورهایی که در میان کشورهای خاورمیانه با بحران کمبود آب مواجه است کشور ایران می باشد. مقابله با این بحران، و توسعه منابع آبی و استفاده بهینه از آب از مهم ترین ضرورت های حال حاضر ایران و سایر کشورهایی می باشد که با بحران آب مواجهند. در این راستا نقش سدها با هدف ذخیره سازی آب و تأمین آب شرب مورد نیاز و همچنین جلوگیری از وقوع سیلاب ها و کنترل آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. سدها را عمدتاً از نظر مصالح مصرفی در آن ها می توان به دو دسته سدهای بتنی و سدهای خاکی و سنگریزه ای طبقه بندی نمود. در این میان سدهای خاکی به جهت سهولت در اجرا، مصالح طبیعی موجود و هزینه ساخت کمتر، همواره مورد توجه بسیار قرار گرفته اند. معمول ترین نوع سدهای خاکی سدهای با هسته رسی آب بند می باشند. امروزه بدلیل بروز برخی مشکلات از جمله کمبود منابع طبیعی رسی و یا عدم امکان اجرای هسته رسی شامل ریختن و کوبیدن مصالح رسی (در رطوبتی نزدیک به اپتیمم) در مناطق مرطوب و یا نواحی سرد کوهستانی، سبب شدند، که انواع دیگری از عناصر آب بند در هسته سدهای خاکی مورد استفاده قرار گیرد که از این میان می توان به مصالح مخلوط چسبنده اشاره کرد، که بطور وسیعی در اجرای هسته سدهای خاکی مورد استفاده قرار می گیرند. در هسته این سدها، از مصالح رس با چسبندگی بالا بصورت مخلوط با مصالح درشت دانه مورد استفاده قرار گرفته است. افزایش مشخصات مکانیکی مصالح هسته سد در جهت تضعیف پدیده قوسی شدن در هسته از یکطرف و کاهش نشست درازمدت و پس از ساخت آن از طرف دیگر، از اهداف این اختلاط بشمار می رود. یکی از مسائلی که ذهن محققین را در ارتباط با این نوع مصالح به خود مشغول کرده است، بحث تولید فشار آب منفذی اضافی می باشد، که می تواند در مسئله پایداری سد اختلال ایجاد کند. بحث پایداری سدها همواره از مسائلی بوده است که بسیار به آن پرداخته شده است. ضرورت پایداری دینامیکی سدها در مناطق لرزه خیزی چون کشور ایران نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. کشور ایران به عنوان یکی از مناطق زلزله خیز جهان همواره در طی سالیان گذشته در معرض زلزله های ویران کننده ای قرار داشته است. شرایط طبیعی و زمین شناسی ایران از نقطه نظر وقوع زلزله به طورجدی در دستورکار مهندسین و برنامه ریزان قرار گرفته است. با توجه به اینکه سدهای بسیاری در مناطق زلزله خیز احداث شده و یا در دست ساخت قرار دارند، طراحی ایمن آنها در برابر زلزله از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخورداراست. بررسی دقیق پایداری لرزه ای سدهای خاکی از مسائل پیچیده در حوزه سازه های خاکی است. تنوع خواص دینامیکی بدنه سد و گوناگونی جنس و ضخامت شالوده که می توانند در انتقال، تضعیف و تقویت امواج زلزله نقش اساسی داشته باشند، وجود یا عدم وجود گسل فعال در محدوده محور سد، ویژگی های زلزله مانند فاصله مرکز زلزله تا سد، شدت و طول زمان وقوع زلزله، نوع و امتداد امواج رسیده به سد و محتوی فرکانسی امواج، همه از عواملی هستند که درپاسخ دینامیکی سد نقش به سزایی دارند. به طور کلی سدهای خاکی، سازه هایی سه بعدی، عظیم، نا همگن، غیرایزوتروپ و غیر ارتجاعی هستند که در اندر کنش با شالوده و آب مخزن می باشند. مدلهای عددی که بتوانند تمام عوامل فوق را در نظر بگیرند از پیچیدگی زیادی برخوردار خواهند بود. بسته به اینکه کدام یک از شرایط فوق به طور مشخص حاکم بر مسئله باشد مدل می تواند آن پارامتر را ملحوظ نموده و به منظور یافتن رفتار واقعی تر سد آنها را در نظر بگیرد. در سالهای اخیر پیشرفتهای صورت گرفته در هر دو زمینه نرم افزار و سخت افزار کامپیوتر بسیاری از این مشکلات را خصوصا در زمینه مدل کردن هندسه سه بعدی بدنه سدها و رفتار غیر خطی و غیر ارتجاعی خاک قابل حل نموده است. به همین نسبت پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه روشهای آزمایشگاهی و صحرایی در ارزیابی خواص دینامیکی مصالح سد و نتایج حاصل از آزمایش های ارتعاش اجباری سدها و ثبت پاسخ سدها در برابر زلزله های واقعی در جهت تصحیح و اعتبار بخشیدن به روشهای عددی و تحلیلی بسیار موثر بوده است. سدهای خاکی و سنگریزه ای از جمله سازه های ژئوتکنیکی هستند که گسیختگی در آنها می تواند منجر به خسارات جبران ناپذیری گردد، از اینرو در طراحی آنها لازم است تمام کنترلها و حساسیتهای لازم بعمل آید. یکی از این موارد، کنترل پایداری سد در طول زلزله و بعد از آن میباشد. بررسی دقیق پایداری سدهای خاکی در برابر زلزله از پیچیده ترین مسایل در حوزه سازهای خاکی است. علت این مسئله این است که مجموعه معلومات و روابط بین آنها در تحلیل این مسئله بسیار متنوع و متفاوت است. با توجه به وسعت کاربرد این نوع سدها و همچنین لرزه خیزی کشور ایران، برآورد ایمنی لرزه ای اینگونه سدها نقش ارزنده ای دارد. از مهم ترین بحث هایی که در سال های اخیر بسیار به آن بها داده شده است، بحث تحلیل های قابلیت اعتماد می باشد. در مسائل ژئوتکنیک لرزه ای به جهت وجود انواع عدم قطعیت ها شامل عدم قطعیت در خواص مصالح، بارگذاری و موارد مشابه، پرداختن به تحلیل های قابلیت اعتماد از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است. در این پروژه با توجه به اهمیت تاثیر نوع مصالح هسته- رس مخلوط و یا خالص- در پایداری لرزه ای سدهای خاکی، و همچنین جهت بررسی تاثیر فشار آی منفذی ایجاد شده در اثر زلزله در سد بر پایداری سد، از نتایج آزمایشگاهی که بر روی این نوع از مصالح توسط دکتر علی شفیعی و دکتر جعفری( پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله) صورت گرفته است، جهت مدل سازی نمونه خاکی در نرم افزار plaxis بهره گرفته شده است. با توجه به نتایج آزمایشگاهی، به دلیل رفتار زهکشی نشده مصالح ریزدانه هسته سد در هنگام بارگذاری لرزه ای، و ایجاد فشار آب منفذی اضافی در این مصالح هسته سد، امکان عدم پایداری سد در هنگام زلزله را افزایش می دهد. لذا در این تحقیق با استفاده از تئوری مجموعه های فازی، با در نظر گیری نتایج آزمایشگاهی و مدل سازی رفتار خاک در بخش هسته خاک، به ارزیابی پایداری لرزه ای سد گتوند از طریق محاسبه جابجایی نیومارک و ضریب اطمینان پرداخته می شود. با توجه به اهمیت مباحث قابلیت اعتماد و در نظر گیری عدم قطعیت ها در مسائل ژئوتکنیکی، در این تحقیق عدم قطعیت از نوع بارگذاری مدل سازی گشته است. در دو سطح خطر mcl و dbl نتایج قابلیت اعتماد ارائه می گردد. در نهایت این نتیجه حاصل می گردد، که در سدهای خاکی بدلیل عبور گوه گسیختگی از بخش کمی از هسته که داری مصالح با رفتار زهکشی نشده است، تاثیر نوع مصالح و در نتیجه تاثیر فشار آب منفذی اضافی ناچیز و قابل چشمپوشی می باشد.