کنترل پایداری سدهای خاکی در زمان بهره برداری بر مبنای داده‌های ابزار دقیق

از وظایف عمده مسئولین سد‌ها بهره برداری ﺻحیح به همراه کنترل ایمنی مستمر‌می باشد، با ساخت و شروع بهره برداری از ابر سازه ای ﭼون سد برای جامعه پائین دست شرایط مخاﻃره امیزی ایجاد‌می شود که برای اﻃمینان خاﻃر و ایجاد امنیت از عملکرد مطلوب سد‌ها پایش و رفتار نگاری سد‌ها ضروری میباشد.بهره برداری بهینه از سد‌ها منوط به رعایت ضوابطی است که در ﺻورت اعمال ان‌ها بازده سرمایه ﮔذاری انجام شده در اجرای سد‌های مخزنی و انحرافی به اسانی مقدور‌می ﮔردد این ضوابط شامل رعایت دقیق اﺻول کنترل ایمنی و پایداری سد‌ها و نیز عملیات مربوط به بهره برداری و نگهداری از تجهیزات هیدرومکانیکال و تأسیساتی است که به تبع احداث سد به وجود امده است.

برای شرکت و ثبت نام در دوره آموزش پایپینگ در آموزشگاه نوین پارسیان کلیک نمایید

راه های جلوگیری از گسیختگی سد

جهت پیشگیری از ﮔسیختگی سد در اﺛر عوامل مختلف رفتارسنجی مستمر سد ضروری میباشد رفتارسنجی و رفتارنگاری ابزار قدرتمندی برای فهم رفتار سد‌ها بوده و روشی برای اﻃمینان از رفتار مناسب سد‌های بتنی وخاکی در شرایط مختلف دوران ساخت، ابگیری و بهره برداری‌می باشد.به این منظور با استفاده از ابزار دقیق در محل‌‌های مناسب ، قرائت‌‌های دوره ای، پردازش داده‌‌ها و تفسیر‌های رفتارسنجی به همراه تحلیل میتوان عامل ناپایداری را پیش بینی و اقدامات ﻻزم را در جهت مقابله با ان معمول داشت. ﻻزم به ذکر است هزینه‌‌های رفتارسنجی در پروژه‌‌های معمولی %1 و در پروژه‌‌های با اهمیت و حساسیت زیاد حداکثر %2 هزینه کل پروژه میباشد.

روش های بررسی و مطالعه‌

با توجه به حساسیت و پتانسیل باﻻی گسیختگی سد‌های خاکی در اﺛر تغییرشکل‌‌های یکنواخت، فشار اب منفذی و از دست رفتن مصالح بدنه سد در اﺛر تراوش، ابزار‌های ویژه‌ای برای اندازهگیری پارامتر‌های مذکور در سد‌های خاکی گسترش یافتهاند. ابزار‌های معمول رفتارنگاری در سد‌های خاکی سنگریزه ای شامل انواع پیزومترها، سلول‌های فشارسنج، شیبسنجها، نشستسنج‌ها، جریانسنج تراوش، نقاط ژئودتیک و شتابنگار‌ها هستند. ابزار رفتارسنجی باید در شرایط محیطی بسیار سخت و برای دوره‌های زمانی ﻃوﻻنی، احتماﻻً متجاوز از ﭼندین دهه، عملکرد رضایتبخش داشته باشد. 🙁 Marsal and Ramirez de Arellano 1967 )

برای اگاهی درست، دقیق و به موقع از رفتار سد، ابزار ضروری ﻃبق نظر ﻃراح در مقاﻃع بحرانی وتحلیل شده نصب میشود و رفتار سد در زمان‌های مختلف ازجمله؛ هنگام ساخت، اولین ابگیری، اتمام ساخت، حین بهره برداری، پس از هر سیل بزرگ، پس از هر زلزله و تخلیه سریع، کنترل و بررسی میشود (فعالی تبار 1389)

ویژگی های با اهمیت مطالعات صورت گرفته

خصوﺻیات مهم مطالعات عددی انجام شده عبارتند از:

1. اهمیت الگوسازی ساخت به ﺻورت ﻻیه‌های افزایشی که در ﺻورت الگوسازی یک ﻻی‌های سد، در جواب‌های بدستامده خطا ایجاد میشود. نیلور بیان داشت که حداقل تعداد ﻻیه برای الگوسازی تغییرمکان واقعی سد 5 ﻻیه میباشد.( Naylor 1997 ) انتخاب مناسبترین نوع و مشخصات فنی ابزار دقیق، ﻃراحی شبکه ابزاردقیق، برنامه زمانبندی قرائت ابزاردقیق، پردازش دادهها، رسم منحنی‌های رفتارسنجی و تفسیر اﻃلاعات حاﺻله، تعیین قریب به یقینترین پارامتر‌های ژئومکانیکی سد‌ها و توده سنگ در برگیرنده، با استفاده از انالیز برگشتی
2. داده‌های ابزاردقیق، توسط نجم مورد بررسی قرارگرفته است (نجم.1379) دونیکلیف برای رفتارنگاری سد‌های خاکی پیشنهاداتی را ارائه داده است. ابزار‌های پیشنهادی ایشان به ترتیب جریانسنج تراوش، پیزومترها، شتابنگارها، ابزار‌های نقشه برداری ژئودتیک، نشستسنج‌ها، و سلول‌های اندازهگیری فشار خاك است. مشاهدات عینی نیز به‌عنوان وسیله‌ای مهم جهت رفتارنگاری سد‌های خاکی معرفی شده است. در این مجموعه، منحصرا نوع وکیفیت ابزار‌ها بیان شده و اشار‌های به کمیت ان‌ها نشده است.( Dunnicliff 1993 )

برای ثبت نام و شرکت در دوره ابزار دقیق و آموزش در نوین پارسیان کلیک نمایید

سدهای مورد بررسی

در این مطالعه به صورت اختصاصی به دو سد یامچی اردبیل و سد سبلان پرداخته شده است.

سد اردبیل (یامچی)

سد اردبیل با هدف بهره گیری از جریان‌های سطحی رودخانه‌ی بالخلی از سرشاخه‌های رودخانه‌ی قرهسو و ارس، به منظور توسعه‌ی ابیاری در اراضی دشت اردبیل و تأمین قسمتی از نیاز‌های اب شرب شهرستان اردبیل مورد مطالعه قرار گرفته و در ﭼارﭼوب کلیات ﻃرح، سد مخزنی اردبیل به ارتفاع 61 متر از بستر ابرفتی رودخانه و 67 متر از روی سنﮓ بستر، با حجم عملیات خاکی 7 میلیون مترمکعب و حجم مفید مخزن معادل 80 میلیون مترمکعب به اجرا درامده است.

سد سبلان

سد سبلان با هدف بهره گیری از بستر افقی رودخانه‌ی قرهسو و بهمنظور ذخیرهسازی و تنظیم حدود 115 میلیون متر مکعب رواناب رودخانه قرهسو در محلﻃرح و ابیاری 15000 هکتار از اراضی دشت مشکینشهر در ﻃرفین رودخانه و اختصاص 10 میلیون متر مکعب اب بهعنوان نیاز اب شرب مشکین شهر و تأمین اب ﺻنایع محدود پایاب سد است. در ﭼارﭼوب کلیات ﻃرح، سد مخزنی سبلان به ارتفاع 77 متر از بستر رودخانه و 89 متر از پی و با ظرفیت 105 میلیون متر مکعب ساخته شده است.

پارامتر‌های رفتاری قابل اندازه گیری و ابزارگذاری ﻻزم در سد یامچی و سبلان

برنامه رفتارنگاری با اندازه گیری پارامتر‌های رفتاری سد در شرایط مختلف بارگذاری در ﻃول عمر سرویس سد به بررسی واکنش‌های رفتاری سد میپردازد. از نظر تحلیلی نیز بررسی رفتار سد در شرایط مختلف بارگذاری با حل معادﻻت حاکم بر رفتار محیط متخلخل خاک بر پایه ویژگی‌های مقاومتی مصالح در قالب مدل مناسب و حصول مقادیر پارامتر‌های رفتاری (نظیر تنش-کرنش و فشار حفره‌ای) ﺻورت میگیرد. در این بخش، اهمیت و نحوه اندازه گیری پارامتر‌های رفتاری مورد توجه در برنامه رفتارنگاری سد یامچی و سبلان مطابق مراجع معتبر در زمینه ابزاربندی سد‌های خاکی به تفصیل مورد بررسی قرار میگیرد.

فشار اب حفره‌ای

اندازه گیری دقیق فشار اب حفره‌ای در کنترل پایداری پی و جسم سازه ‌های خاکی اهمیت ویژه‌ای دارد. در سد‌های خاکی، بررسی تغییرات فشار اب حفره‌ای و نحوه گسترش ان در بخش‌های ناتراوای سد و زمین پی در مرحله ساختمان و یا مراحل مختلف عمر سرویس، جهت تفسیر رفتار و عملکرد سد مفید است. امروزه اندازه گیری فشار اب حفره‌ای در برنامه رفتارنگاری سد‌های بزرگ بهﺻورت یک استاندارد در امده است. اندازه گیری فشار اب حفره‌ای در ﻃول عمر سرویس سد به دﻻیل زیر حائز اهمیت است:

• بررسی عملکرد سیستم زهکشی
• احتمال بروز ابشستگی و ترک در هسته
• شرایط بحرانی بوجود امده ناشی از تراوش
• تأﺛیرات وقوع زمین لرزه در پایداری سد
• کارایی سیستم اببندی پی

برای شرکت در دوره آموزش تاسیسات و تهویه در نوین پارسیان کلیک نمایید

تنشکل

سلول‌های اندازه گیری تنشکل خاک را میتوان در بدنه سد نصب کرد تا بتوان تنش‌های کلی موجود در سطوح مختلف درون سد را اندازه گیری نمود. بهﻃور کلی، بهدست اوردن مقدار واقعی تنش درون یک توده خاکی، کاری مشکل است. این مشکل از انجا ناشی میشود که نصب سلول‌های اندازه گیری تنش در خاک و نیز تفاوت ﺻلبیت جسم این سلول‌ها با ﻃبیعت خاک وضعیت تنش را در نقطه مورد نظر تغییر میدهد. حتی با اعمال دقت در تراکم خاک اﻃراف این سلولها، شرایطی متفاوت از بقیه بخش‌های خاکریز بوجود خواهد امد. بنابراین تنش‌های اندازه گیری شده نمیتواند بطور کاملا دقیق نمایانگر تنش‌های واقعی خاکریز مجاور باشد (تجربه نشان میدهد که اندازه گیری قابل قبول تنش‌های خاک اﺻوﻻً در نقاط فصل مشترک خاک و تکیهگاه‌های ان، مثلا در فصل مشترک دیواره‌های کوله‌ها و خاکریز بهدست میاید).

تغییر شکل‌های سطحی و داخلی توده جسم سد

تمامی سد‌های خاکی در ﻃول عمر سرویس سد تحت شرایط مختلف بارگذاری دستخوش تغییر شکل‌های فشاری، کششی و برشی قرار میگیرند. مولفه‌های تغییر شکل سد از جمله پارامترهایی است که بهﺻورت کاملا ملموس و مستقیم میتواند نشانگر نوع عکسالعمل سد در برابر شرایط مختلف بارگذاری باشد. بروز تغییر شکل‌های غیرمعمول از دیدگاه بهرهبرداران، اولین پیش اخطار در رابطه با ناپایداری سد و احتمال بروز خرابی ان است. بنابراین رفتارنگاری سد در قالب اندازه گیری انواع تغییر شکل‌های محتمل، از بخش‌های مهم برنامه رفتارنگاری سد تلقی میگردد.

اندازه گیری میزان نشت اب

موﺛر بودن بخش ناتراوای سد از لحاظ اببندی بدنه را میتوان مستقیما براساس مقدار اب عبوری از جسم سد اندازه گیری کرد. اندازه گیری‌ها در طی ﭼندین فصل نهتن‌ها رابطه بین زه و ارتفاع اب دریاﭼه را نشان میدهد، بلکه ﭼگونگی روند تغییرات درازمدت زه را نیز مشخص میکند. ﭼنانچه زهاب با ذرات پراکنده خاک کدر شده باشد، توجه فوری به عملکرد سد ضرورت مییابد زیرا که این پدیده ممکن است نشاندهندة یک فرایند فرسایش داخلی باشد. بهمنظور اندازه گیری زهابی که از سمت پاییندست هسته خارج میشود، بایستی انرا در یک یا ﭼندین محل جمعاوری کرد. برای جلوگیری از تداخل این اب با اب باران یا ذوب برفها، باید زهاب را بلافاﺻله در پاییندست مغزه و درون خاکریز گرداوری کرد.

پردازش داده‌ها و رفتارنگاری سد اربیل در دوره دوساﻻنه 91-92

پیزومتر‌های الکتریکی- ارتعاشی پی

جهت اندازه گیری و بررسی تغییرات فشار اب حفره‌ای در پی سد اردبیل، تعداد 24 عدد پیزومتر الکتریکی در 4 مقطع از 6 مقطع ابزاربندی و در هر مقطع بهتعداد 6 عدد نصب شده و قرائت میشوند. در هر مقطع 3 پیزومتر در باﻻدست محور سد و سه پیزومتر در پاییندست محور نصب شدهاند. تراز نصب پیزومتر‌های مزبور بهترتیب 20 ،10 و 30 متر پایینتر از تراز بستر رودخانه در محل ساختگاه سد ملحوظ شده و مقاطع نصب ابزار‌ها نیز 4 مقطع میانی سد میباشند. برای ارزیابی بهتر از عملکرد پیزومتر‌های الکتریکی ـ ارتعاشی پی و از تلفیق نمودار‌های منفرد مربوط به هریک از پیزومترها، مجموع‌های از نمودار‌های تلفیقی برای پیزومتر‌های هر مقطع ترسیم شده است بر اساس نمودار‌های ترسیم شده بصورت منفرد (برای هر پیزومتر) و تلفیقی (مجموعه‌ای از پیزومتر‌های هر مقطع) ارزیابی از رفتار پیزومتر‌ها و تحلیل رفتار پی سد قابل انجام است که در ادامه تحلیل نتایج مربوط به مقطع (2) ارائه خواهد شد.

ﭼنانکه قبلا ذکر شد، در بررسی حاضر تغییرات پاسﺦ ابزار‌ها در بازه‌های زمانی مختلف نظیر تغییر تراز مخزن مورد بررسی و ارزیابی واقع میشود. پیزومتر‌های الکتریکی پی در مقطع (2) همانگونه که اشاره گردید، در این مقطع مجموعا 6 پیزومتر در پی سد نصب شده که سه پیزومتر در باﻻدست پی (پرده تزریق) و سه پیزومتر در پاییندست پی دوبهدو در تراز مشابه نصب شدهاند. در نمودار (1) نمودار تلفیقی نتایج قرائت پیزومتر‌های این مقطع ترسیم شده است.

همانگونه که ملاحظه میشود، دو پیزومتر VWPA2-2 و VWPA2-4 که هر دو در پاییندست پی و در تراز‌های 1380 و 1370 متر نصب شدهاند، مقادیر مشابه یکدیگر و کمتر از سایر پیزومتر‌ها را نشان میدهند. همچنین روند تغییرات کلیه پیزومتر‌ها از روند تغییرات تراز اب دریاﭼه تبعیت میکند. همانطور که انتظار میرود، پیزومترهایی که در عمق بیشتری نصب شدهاند، فشار پیزومتریک بیشتری را نشان میدهند و پیزومتر‌های نصب شده در باﻻدست پی، فشار بیشتری را نسبت به پیزومتر همتراز خود در پاییندست پی نشان میدهند. تنها استثنا مربوط به پیزومتر VWPA2-6 در تراز 1360 متر است که فشاری بیشتر از سایر پیزومتر‌ها و حتی پیزومتر VWPA2-5 که در تراز مشابه ان در باﻻدست پی نشان میدهد.

برای ثبت نام در دوره برق در آموزشگاه نوین پارسیان کلیک نمایید

همانگونه که مشاهده میشود، روند تغییرات هر دو پیزومتر عینا از تغییرات تراز اب دریاﭼه سد تبعیت میکند. اما برخلاف انتظار، پیزومتر VWPA2-6 که در پاییندست پی قرار دارد، فشار پیزومتریک باﻻتری را نسبت به پیزومتر VWPA2-5 که در تراز مشابه در باﻻدست ان نصب شده نشان میدهد.

بررسی مقادیر نشست حداکثر پی

مغناطیس‌های مبنای نصب شده در انت‌های لوله‌های ISP با توجه به شیوة در نظر گرفته شده در روند قرائت لوله‌های ISP مبنی بر اندازه گیری تراز سر لوله و متراژ فاﺻله هر مغناطیس تا سر لوله، اندازه گیری نشست پی را مقدور میسازند. مهمترین نتایج قابل استخراج از بررسی مربوط به میزان نشست پی بهشرح زیر است:

• حداکثر مقدار نشست پی در سال 91 حدودا 65 سانتیمتر بوده که نسبت به سال 90 (حدودا 64 سانتیمتر) به اندازه 1 سانتیمتر افزایش داشته که با توجه به افزایش تراز اب در این دوره، نسبت به دوره قبل منطقی میباشد. این نشست توسط ابزار I670-D55.8 ﺛبت شده است این مقدار برابر 2/0 درﺻد ارتفاع خاکریز میباشد.
• محدودة تغییرات نشست حداکثر پی در دورة گزارش بین 10 تا 65 سانتیمتر گزارش شده است.
• دربعضی از ابزار‌های پی نتایج قابل اطمینان نیستند و از ان‌ها ﺻرف نظر شده است نسبت حداکثر نشست پی به ارتفاع خاکریز در لوله‌ی I670-D55.8 همانند دوره‌های قبل، بیشترین مقدار را داشته و به 2 درﺻد رسیده است. همانطور که در گزارشات دوره‌های قبل اورده شده است، به نظر میرسد که در این مقطع، نشست پی کمتر تحت اﺛر وزن سربار فوقانی بوده و اﺛر خزشی پیتوفی در این قسمت که محل استقرار بدنه‌ی سد بر ان استقرار دارد عامل اﺻلی باﻻ بودن میزان نسبت نشست میباشد.

گردآوری شده توسط ابوذر اقاقلی زاده و دکتر هادی ابی اوغلی