تاثیر موقعیت مکانی و زاویه سپر آب بند بر فشار بالا برندگی در سدهای انحرافی

تاثیر موقعیت مکانی و زاویه سپر آب بند بر فشار بالا برندگی در سدهای انحرافی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

تاثیر موقعیت مکانی و زاویه سپر آب بند بر فشار بالا برندگی در سدهای انحرافی

چکیده

برخی از تسهیلات مورد نیاز جهت ممانعت از انجام برخی از فرآیندها نظیر لوله کشی، کاهش شیب خروجی و مقدار نشت در سازه های هیدرولیکی،  ساخت سپرهای  آب بند و  زه کش می باشد. از این رو، این تحقیق نسبت به مقایسه کارایی سپر آببند را در پارامتر های طراحی مقاطع عرضی مفروض برای سد های انحرافی اقدام می نماید. بدین منظور، موقعیت های مکانی مختلف سپر آببند با زاویه انحراف متغیر در فونداسیون سد استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که کمترین مقدار فشار بالابرنده زمانی خواهد بود که سپر آب بند در پاشنه (بالادست) سد قرار داشته باشد. با ثابت نگهداشتن موقعیت مکانی سپر آببند طولی، انحراف زاویه سپر آببند نسبت به حالت قائم، منجر به کاهش فشار بالابرنده خواهد شد. تاثیر انحراف زاویه سپر آببند در قسمت بالادست سد، نسبت به حالت قائم، در کاهش مقدار فشار بالابرنده بسیار زیاد می باشد.

کلیدواژه ها:  سپر آببند، شیب خروجی، نشت، فشار بالابرندگی.

۱-مقدمه

برای سدهای ساخته شده بر روی فونداسیون خاک نفوذ پذیر، نفوذ آب در داخل خاک و اعمال فشار بالا برندگی و احتمالا حمل ذرات خاک بهمراه آن منجر به تحلیل رفتن خاک می شود. بنابراین سدهای احداث شده بر روی خاک نفوذ پذیر باید در برابر بالاروندگی و زیر شستگی طراحی گردند. آببند ها، مانند سپرهای فلزی یا پرده های بتنی، برای کاهش نیروهای بالابرندگی و نشت آب می توانند بکار گرفته شوند که به صورت قابل ملاحظه ای منجر به صرفه جویی در ابعاد سازه سد می گردد.

نفوذ آب به زیر سازه هیدرولیکی، یک فشار بالابرنده را برکف اعمال می کند. فشار بالابرندگی، وقتی که قسمت بالادست کاملا پر از آب بوده و در قسمت پایین دست هیچ آبی موجود نباشد، دقیقا در نقطه پایین دست سازه هیدرولیکی، بیشینه مقدار می گردد. اگر ضخامت کف کافی نباشد، وزن آن برای مقاومت در برابر فشار بالابرندگی کافی نخواهد بود. این مسئله ممکن است در نهایت منجر به ترکیدن کف شده، و بنابراین احتمال دارد که شکست سازه هیدرولیکی اتفاق بیافتد. شیب خروجی معمولا به صورت برآورد تاثیر پدیده زیر شستگی درنظر گرفته می شود. زیر شستگی زمانی رخ می دهد که شیب هیدرولیکی خروجی در نقطه پاییین دست به مقدار شیب هیدرولیکی بحرانی برسد. شیب خروجی زمانی بحرانی گفته می شود که نیروی تکان دهنده بالابر در هر سنگدانه، دقیقا برابر  با وزن غوطه وری سنگدانه در قسمت خروجی باشد.

روش حل برای مسائل مختلف با بکارگیری تبدیلات همشکل توسط هار (۱۹۶۲) داده شده است. ایجام (۱۹۹۴) نشت زیر سازه های هیدرولیکی با آببند مایل در انتهای پایین دست از پی سازه را تحلیل نمود. احداث نمودن آببند عمیق در مقابل سازه بتنی سد برای اصلاح مشکلات نفوذ آب، مورد بحث قرار گرفته و توسط دی سرویا (۲۰۰۴) ارائه شد. راه حل برای زیر نشت، سد نفوذناپذیر با سپر فولادی در خاک لایه بندی شده، توسط ژنگ-یی و وو (۲۰۰۶) ارائه شد، تحلیل های گسترده برای شرایط مختلف شامل سد عریض و سپر فولادی عمیق انجام شد. سپرهای آببند بتن پلاستیک در تعدادی از پروژه های سد برای کنترل نشت و افزایش ایمنی سازه، احداث شدند (دییر و همکاران ۱۹۸۸؛ کاهل و همکاران ۱۹۹۱). راه حل تحلیلی دقیق برای نشت جریان در زیر سدهای با آببند مایل قرارگرفته در هرکجا از طول پی سد، مورد نیاز بود. یک راه حل دقیق برای نشت جریان در زیر سازه سد با آببند مایل قرار گرفته در هرکجا در طول پی سد، بدست آمد (ایجام ۲۰۱۱). معادلات مشتق شده، برای محاسبه فشارها در نقاط کلیدی و شیب هیدرولیکی در طول تراز سطح بستر پایین دست استفاده شده اند. نتایج نشان می دهد که فشار هنگامی کاهش می یابد که انحراف آببند به طرف قسمت پایین دست سد باشد. این مسئله، پایداری سد را در برابر لغزش، افزایش داده و احتمال بوجود آمدن تنش کششی در مصالح سد را کاهش می دهد.

در این مطالعه، اثرات موقعت های مکانی مختلف و زاویه های سپر آببند بر شیب خروجی، نرخ نشت و نیروی بالابرندگی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، یک سد انحرافی با فونداسیون نفوذپذیر و آببند در زیر سد درنظر گرفته شده و با استفاده از مدل Seep/w شبیه سازی شده است. پارامترهای متغیر طراحی برای مکان های طولی مختلف سپر حایل و زاویه های متفاوت قرار گیری آن در زیر سد، متفاوت می باشند.

تاثیر موقعیت مکانی و زاویه سپر آب بند بر فشار بالا برندگی در سدهای انحرافی

۲- مواد و روشها

۲-۱- معادلات حاکم

دبی نشت بر طبق قانون دارسی عبارت است از (معادله ۱):

که در آن  دبی نشت (متر مکعب بر ثانیه)،  ضریب هدایت هیدرولیکی (m/s)،  مساحت مقطع عرضی (m²) و  گرادیان هیدرولیکی جریان می باشد. معادله پواسون، یک معادله از جریان آب در محیط متخلخل می باشد که از معادله شناخته شده لاپلاس تعیمیم داده شده است (معادله ۲):

راه حل معادله پواسون یکی از پیچیده ترین مسایل ریاضی بوده و روش های عددی برای حل معادلات دیفرانسیل کمک کرده و آنها را به مجموعه ای از معادلات جبری تبدیل می کنند. Seep/w یک نرم افزار برای حل معادلات پواسون بوسیله روش المان محدود می باشد.

۲-۲- روش شبیه سازی عددی

در این مطالعه، یک سد انحرافی با اندازه داده شده به صورت شکل ۱ درنظر گرفته شده است. شرایط مرزی مفروض عبارت اند از : ۳۵ متر ارتفاع بار پتانسیل بالادست و ۲۵ متر ارتفاع بار پتانسیل پایین دست برای سد انحرافی. دیوار های طرف راست، چپ و زیرین فونداسیون و همچنین زیر سد انحرافی به صورت نفوذناپذیر فرض شده، که به عنوان مدل پایه در نظر گرفته است. محاسبات نرخ نشت و شیب خروجی در تمامی حالت ها بوسیله روش المان محدود با استفاده از مدل Seep/w انجام شده است؛ قسمتی از بسته نرم افزاری ژئو استودیو ۲۰۰۷ (بی نام ۲۰۰۷).

تاثیر موقعیت مکانی و زاویه سپر آب بند بر فشار بالا برندگی در سدهای انحرافی

۳- بحث و نتایج

  به منظور مطالعه اثرات زوایای مختلف قرار گیری آببند بر نرخ نشت، شیب خروجی، و نیروی بالابرنده، چندین موقعیت مکانی نسبی ۰٫۰ ، ۰٫۱ ، ۰٫۲ ، ۰٫۳ ، ۰٫۴ ، ۰٫۵ ، ۰٫۶ ، ۰٫۷ ، ۰٫۸ و ۰٫۹ برای مقایسه در نظرگرفته شده اند. تمامی مقاطع عرضی برای تعیین جریان نشت باید در موقعیت  ۲۹٫۵ متر فاصله از بالادست سد قرار داشته باشند. در شکل ۵، نتایج حاصل از شبیه سازی عددی برای نیروی بالا برندگی نشان داده شده است. در شکل ۵، ضریب شدت (در جهت محور عمودی) نسبت نیروی بالا برندگی کل به نیروی بالا برندگی کل در مدل پایه (بدون سپر آببند به صورت شکل ۱) می باشد .

با توجه به شکل ۵، روشن است که کمترین مقدار نیروی بالا آمدگی در حالتی خواهد بود که آببند در بالادست و بیشترین مقدار برای حالت قرار گرفتن آببند در انتهای سد می باشد. بنابراین، می توان گفت که بهترین مکان برای آببند به منظور کم نمودن نیروی بالابرندگی، در بالادست سد(پاشنه) می باشد. در پاشنه سد، ضریب شدت ۰٫۳۵ است. به بیان دیگر، آببند بالادست موجب کاهش ۰٫۷۵ در نیروی بالابرندگی نسبت به شرایطی می شود که در آن از سپر آببند استفاده نشود. مطابق شکل ۵، هرچقدر که سپر آببند از بالادست/پاشنه دورتر شود، ضریب شدت به صورت خطی افزایش می یابد (   ، x  موقعیت مکانی نسبی آببند  و  y  ضریب شدت می باشد ،  )

تاثیر موقعیت مکانی و زاویه سپر آب بند بر فشار بالا برندگی در سدهای انحرافی

۴- نتیجه گیری

بخش عمده ای از این مقاله به مقایسه کارایی سپر آببند بر تعدادی از پارامترهای طراحی در مقاطع عرضی مفروض برای سد های انحرافی می باشد. موقعیت های مکانی مختلف برای سپر آببند با زاویه های انحراف متفاوت در فونداسیون سد، مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل ها بر پایه روش المان های محدود صورت گرفت. باید  تاکید شود که تمامی نتایج و تحلیل ها مربوط به نسبت خاص طول آببند به ضخامت لایه نفوذپذیر ( ) می باشد و انتظار می رود که اگر نسبت فوق، مقادیر بیشتری داشته باشد، نتایج تغییر کند و احتمالا این تغییر قابل ملاحظه است.

نتایج نشان داد که :

• کمترین مقدار نیروی بالا برنده و بیشترین مقدار شیب خروجی زمانی رخ می دهد که سپر آببند در بالادست سد قرار گرفته باشد و بالعکس.

• با بکارگیری سپر آببند ، کاهش چشمگیری در مقدار نشت بوجود خواهد آمد، در شرایطی که سپر آببند در پاشنه بالادست و پاشنه پایین دست سد قرار داشته باشد، کمترین مقدار دبی نشت مشاهده می گردد و بیشترین مقدار دبی نشت زمانی اتفاق می افتد که سپر آببند در وسط سد قرار گیرد.

• هنگامی که سپر آببند به پاشنه پایین دست سد نزدیک می گردد و وقتی که زاویه قرار گیری بیشتر می شود، درصد کاهش نیروی بالابرندگی در نقطه E افزایش خواهد یافت و درصد کاهش نیروی بالابرندگی کل کاهش پیدا می کند.