تحلیل توأمان تنش و تراوش در توده سنگ ساختگاه سدهای بتنی

عدم تناسب رژیم آبدهی رودخانه ها با تقاضاهای مصرف، احداث سد به منظور ایجاد مخزن با گنجایش قابل اعتماد برای ذخیره و تامین بلندای لازم برای اهداف مختلف را ناگزیر می نماید. امکان پذیری احداث سد مستلزم تامین شرایط مناسب ژئوتکنیکی و هیدروژئولوژی ساختگاه می-باشد. افزایش ارتفاع سدها در سال های اخیر و لزوم احداث در ساختگاه های با مشکلات عدیده زمین شناسی در کنار اهمیت استراتژیک و فجایع ناگوار ناشی از عدم استحکام کافی تکیه گاه سنگی سدها، ضرورت شبیه سازی پدیده های مرتبط با رفتار توده سنگ پیرامون بدنه سدها را نمایان می سازد. تدوین شیوه جامع کاربردی در مدل های محاسباتی تحلیل تنش، تراوش، پایداری و لحاظ نمودن تأثیرات توأم آن ها برای اطمینان از ایمنی این ابرسازه ها در دوران بهره برداری از اهداف پژوهش پیش رو می باشد. بر این اساس یک مدل سه بعدی غیر خطی کاملاً همبسته تنش و تراوش با راهبرد حل به روش جداسازی برای شبیه سازی رفتار توده سنگ توسعه و در پی سدها به کار گرفته شده است. شبیه سازی رفتار با تئوری تعمیم یافته محیط متخلخل بیوت و گسسته سازی معادلات دیفرانسیل حاکم در قالب اجزای محدود و به روش گالرکین انجام شده است. ابتداء جایگاه مدل با توجه به سطوح مختلف تحلیل هیدرومکانیکی در توده سنگ شامل سنگ سالم، درزه های تصادفی، دسته درزه ها و ناپیوستگی های عمده تبیین شده است. برای توصیف رفتار غیر خطی درزه ها، از مدل بارتن- بندیس با اعمال ناهمواری بسیج شده سطح درزه و اثرات مقیاس استفاده شده است. تأثیرات ناهمسانی ناشی از چندین دسته درزه با شیب و جهات مختلف با مدل چند لایه و گسل به صورت صفحه ضعیف با شیب و امتداد مشخص با المان بدون ضخامت شبیه سازی شده است. برای دستیابی به جواب پلاستیسیته از الگوریتم حل مبتنی بر تحلیل الاستوویسکوپلاستیک با قانون جریان غیر همراه و انتگرال گیری زمانی صریح استفاده شده است. در این مدل تراوش در ناپیوستگی ها به صورت جریان لایه ای با قانون مکعب در نظر گرفته شده است. ارتباط بین باز شدگی مکانیکی و هیدرولیکی درزه ها با رابطه اولسون و بارتن لحاظ و مدل به محیط های غیر اشباع نیز گسترش یافته است. مدل توسعه یافته به منظور ارزیابی تأثیرات الگوهای مختلف هندسی و مکانیکی ناپیوستگی ها در رفتار هیدرومکانیکی پی سدهای بتنی وزنی به کار برده شده است. تحلیل حساسیت رفتار پی نشان می دهد ساده انگاری پدیده پیچیده هیدرومکانیک به دلیل افزایش تنش ها در تکیه گاه سدها و فشار بالا برنده در سطح تماس سد و سنگ همزمان با تغییر اندازه و جهت تنش های اصلی بدنه بسته به الگوی درزه داری توده سنگ بعضاً در خلاف جهت اطمینان بوده و می تواند پیامدهای ناگواری به دنبال داشته باشد. در پایان مدل در سد بتنی قوسی مالپاسه و تکیه-گاه پیرامون آن به صورت جامع و مستند به شواهد ساختگاه با موفقیت به کار گرفته شده است.