سمینار سدهای خاکی
دانشجو: صادق رئیسی استبرق
استاد راهنما : آقای دکتر رضاپور
سمینار سدهای خاکی
هدف اصلی احداث سد:
مهار آبها وهدایت آن به مناطقی که کمبود آب دارند
• علل دیگر طراحی وساخت سد:
آبیاری زمین های مزروعی
تامین آب آشامیدنی
تولید برق آبی
کنترل سیلابها
حفاظت خاک و …
مقدمه
سد می تواند از نوع مخزنی ویا انحرافی باشد
• سد مخزنی آبهای موجود در فصلهای پر آب را جهت فصلهای کم آب ذخیره می سازد
• سد انحرافی تنها سطح آب را به اندازه کافی بالا می آورد تا آب به مسیرهای مورد نظر هدایت گردد
• سدها بطور کلی به دو دسته تقسیم می شوند :
1- سدهای بتنی که به صورت وزنی ویا قوسی هستند
2- سدهای خاکی و سنگریزه ای
مشخصات یک محل مناسب برای سد
مشخصه اصلی یک محل مناسب برای یک سد مخزنی
داشتن شکل یک بطری برای خطوط تراز توپوگرافی محل است به نحوی که یک دره تنگ در انتهای یک مخزن وسیع قراربگیرد
• مشخصه های اقتصادی پیچیده هستند وهزینه ساخت تنها در
ارتفاع انعکاس ندارند.
طول سد نیز از فاکتورهای تعیین کننده دیگر است
• هیدرولوژی نیز نقش مهمی را ایفا می کند
فاکتورهای دیگر تعیین محل مناسب سد
• پی مناسب
• در دسترس بودن مصالح موردنیاز در فاصله ای مناسب از محل سد
• سرریز مناسب سد
• نشت آب از مخزن سد
• ارزش مایملکی که درزیرآب قرارمیگیرند نسبت به درآمد حاصل از احداث سد
• نحوه انحراف آب به هنگام ساختمان سد
طبقه بندی سدها
• سدها ممکن است به دو گروه زیر طبقه بندی شوند
• سدهای صلب بتنی با مصالح بنایی که ممکن است وزنی؛ قوسی
ویا پایه دار باشند
• سدهای خاکی که ممکن است خاکی؛ سنگریزه ای ویا مخلوطی
از این دو باشند
مقایسه سدهای صلب و خاکریز
یک دره تنگ وبه شکل وی با پی و دیواره های محکم و مناسب
بهترین مقطع یک سد قوسی است
• یک دره با وسعت متوسط و عمق خاک رویی کم تا متوسط می تواند برای یک سد وزنی یا پایه دار مناسب باشد؛ این مقطع
البته برای احداث یک سد خاکریز ویا سنگریزه ای مناسب است
• یک دره وسیع با خاک رویی عمیق معمولاً منجر به انتخاب یک سد خاکریز می گردد
• یک دره نامنظم به انتخاب سدی با مقطع مختلط می گردد
تاریخچه خرابیهای سدهای خاکی وسنگریزه ای
• شاید هیچ نوع سازه ای که توسط انسان ساخته شود به اندازه
سد بزرگی که دارای دریاچه وسیع بوده و در پایین دست آن
منطقه پر جمعیتی وجود دارد دارای زمینه خطر برای جان و
مال افراد نباشد
• اولین بررسی که در مورد سدهای خراب شده صورت گرفت
نشان داد که فقط 25 سد از کل 200 سد خراب شده مورد
بررسی بیش از 30 متر ارتفاع داشته اند وتنها 20 سد پس از
1920 احداث شده بودند
طبقه بندی علل خرابی 200 سد
-1 لبریز شدن 30 درصد
-2 شسته شدن دانه های ریز 25 درصد
-3 لغزش 15 درصد
-4 نشت از لوله آب بر 13 درصد
-5 خرابی در پوشش غیرقابل نفوذ بالادست 5 درصد
-6 دلایل متفرقه 7 درصد
-7 غیرمشخص 5 درصد
پنج دسته اصلی خرابی ها
-1 خرابی کامل وناگهانی یک سد در هنگامیکه مورد استفاده قرار گرفته ومعمولاً
همراه ازبین رفتن کامل سد و خسارات شدید مالی وجانی می باشد وبه صورت فاجعه ای بزرگ عنوان می شود
-2 خرابی واز بین رفتن سدهای کوچک که بدون استفاده از متخصصین ساخته شده دارای مفاهیم علمی ومهندسی کمتری است
-3 خرابی کم برروی دریچه ها؛ پایه ها و … اتفاق می افتدو یا دارای مشخصه ظاهری عملکرد نظیر ترک خوردگی؛ نشت کردن و آب بردگی است که البته سد
خراب نشده ولی به خرابی قسمتی از آن مشهور شده است
-4 خرابیها و اتفاقاتی که در حین ساختمان سد وقبل از تکمیل اتفاق می افتد که معمولاً اصلاح شده وسد پس از احداث بخوبی عمل کرده است
-5 خرابی در مورد سدهای قدیمی که درباره آن اطلاعات کمی دردسترس است
موارد طرح ایمن سد خاکی
-1 به هیچ وجه نبایدخطر لبریز شدن سد وجود داشته باشد
-2 خط تراوش باید بخوبی درداخل بدنه سد بوده با شیب پایین دست برخورد ننماید
-3 آبی که از داخل یا پی سد عبور می نمایدنبایدقادربه حمل مصالح باخود باشد
-4 نباید هیچ راهی برای عبور آزاد آب از بالادست به پایین دست سد وجود داشته باشد
-5 شیبهای بالادست و پایین دست باید در مقابل شرایط مختلفی که احتمال اتفاق
آنها وجوددارد پایدارومقاوم باشند
-6 تنشهای برشی ایجاد شده درپی سد بایدکوچکترازمقاومت برشی فونداسیو ن بایک ضریب اطمینان مناسب باشد
-7 شیب بالادست باید بخوبی درمقابل امواج دریاچه سدوشیب پایین دست درمقابل بارندگی محافظت گردد
سدهای خاکی هیدرولیکی
حفاری های هیدرولیکی وسیع در خلیح پاسیفیک آمریکا که منجر به
کشف طلا در کالیفرنیا در سال 1849 میلادی شد؛ گسترش سدهای
خاکی هیدرولیکی را موجب گشت . این روش به سرعت بعنوان یک
روش اقتصادی برای ساختن سد شناخته شد در این روش هیچگونه
کنترلی برروی کوبیدن وتراکم خاک وجود ندارد .
• اگر چه خرابیهای زیادی در این گونه سدها در مراحل اولیه بخصوص
درخلال یا بلافاصله پس از ساختمان سد اتفاق افتاد لیکن بسیاری از این
سدها موفقیت امیز بودند و هنوز مورد استفاده اند .
• دربررسی مجددی که در مورد پایداری چنین سدهایی انجام شده است
مشاهده شده که بعضی از این گونه سدها دارای اطمینان مرزی یا کمتر
از استاندارد مورد نیاز در مقابل زلزله هستند و به تقویت؛ کاهش در
شیب و یا اصلاح وضعیت زهکشی نیاز دارند .
سدهای سنگریز
• این گونه سدها نیز برای اولین بار در کالیفرنیا در اواسط قرن نوزدهم
مورد استفاده قرار گرفته تا دهه چهارم قرن بیستم این گونه سدها
بصورت زیر مشخص می شدند:
• یک قسمت سنگریز سست بعنوان بخش اصلی بدنه و اسکلت باربر سد؛
یک رویه غیر قابل نفوذ در سمت آب و یک قسمت انتقالی بین این دو
• وزن سنگها عامل مقاوم در مقابل نیروی آب می باشد و هیچگونه عمل
قوسی یا طره ای نمی تواند در این گونه سدها موثر باشد
• اکثراً معتقدند که سنگریز را درخلال ساختمان باید مرطوب یا غوطه ور
نمود تادرامرنشست تسریع وتسهیل بعمل آید
سدهای خاکی و سنگریز مدرن
سال 1940 آغاز دگرگونی تدریجی در طرح و اجرای سدهای خاکی و سنگریز است
. این امر با گسترش و تکمیل و سائل حمل و تراکم خاک همراه بوده است
• . با جایگزین شدن لایه نسبتاً صلب بالا دست در سدهای سنگریز با یک لایه انعطاف
پذیرتر در طرح اینگونه سدها اصلاحاتی ایجاد شد . به این ترتیب که فیلترهایی با
ضخامتهای مختلف در دو طرف هسته مایل رسی قرار می گرفت
• بهمین ترتیب محاسبات پایداری و تکنیکهای آزمایشگاهی به سرعت گسترش یافت
و نظیر همه رشته های مهندسی و طرحهای بزرگ ساختمانی خرابیهائی نیز در بین
راه ایجاد گردید
• با افزایش دقت و کنترل در طرح و اجرای سدها و نیز افزایش جمعیت در پائین
دست اینگونه سدها تاکید بسیار بیشتری بر روی مطالعات هیدرولیکی و ط رح و
اجرای سرریزهای رزرو و اضطراری باید بگردد
انتخاب شکل سد خاکی
یک سد خاکی ممکن است دارای مقطع یک قسمتی ( همگن ) بایک زهکش داخلی باشد که معمولاً بصورت زهکش دودکشی ، عمودی و یا مایل است . شکل کلی مقطع ممکن است دو قسمتی باشد
انتخاب شکل سد خاکی
در سالهای اخیر تغییراتی در طرح محل هسته مرکزی پدید آمده است .
قبلاً هسته مرکزی یا در وسط و بصورت عمودی و یا بصورت پوسته ای
مایل بر روی سنگریز و یا شیب ساخته می شد ولی اخیراً حالت بینا
بینی در نظر گرفته می شود که میتوان آنرا مایل نام گذاشت که محل
هسته در مرکز بوده و دارای شیبی برابر می باشد
انواع معمولی سدهای پاره سنگی
مقاطع تیپ سدهای خاکی روی پی نفوذ ناپذیر
مقاطع تیپ سدهای خاکی روی پی نفوذ ناپذیر
گونه های مختلف از دیدگاه همگنی بدنه سد
1 نوع همگن : نوع همگن به سدی گفته میشود که تمام بدنه آن از •
یک نوع مصالح ساخته می شود . در این نوع سد ، چون قسمت عمده
سد ، از زه اشباع می شود و دامنه پایاب نیز تحت تاثیر زه می باشد ،
لازم است که شیب دامنه ها خیلی کم گرفته شود تا دامنه پایاب در
برابر زه و دامنه سراب در یک تخلیه سریع مقاوم باشد
• اگر در این نوع سدها هیچ گونه تکنیک زهکشی به کار برده نشود ممکن
است دامنه پائین دست در اثر زه اشباع شود از این رو قرار دادن زهکش
افقی یا پنجه سنگی در پایاب ، و ایجاد پوشش بالا دست در بستر مخزن
ورودی دامنه بالادست از روشهایی هستند که به منظور کنترل زه و
پایداری بیشتر سد بکار برده می شوند
گونه های مختلف از دیدگاه همگنی بدنه سد
2 نوع مطبق: نوع مطبق ( یا مغزه دار ) از معمولی ترین نوع سدهای خاکی است •
. در این نوع ، نقش آب بندی سد بعنوان مخزن به عهده مغزه است و نقش ا ستحکام
و پایداری را عمدتاً پوسته سد ایفا می کند . پوسته پائین دست علاوه بر استحکام ،
نقش زهکش را نیز دارد
• حداقل عرض قاعده مغزه باید برابر ارتفاع سد باشد چنانچه این عرض از ارتفاع
کوچکتر باشد بعنوان تیپ دیافراگمی تلقی می گردد . همچنین اگر عرض قاعده از
حد معینی بزرگتر باشد سد به نوع همگن تبدیل می شو د
• ارتفاع مغزه ترجیحاً باید به تاج سد برسد و در صورتی که از این حد کمتر است ،
لازم است تا آن حد باشد که سد از خطر سیفون مویینی مصون باشد ، زیرا آب
مویینی به علت کشش سطحی به سمت بالا حرکت می کند و در شرایطی ممکن
است در بخش دیگری به سمت پائین جریان یابد
گونه های مختلف از دیدگاه همگنی بدنه سد
3 نوع دیافراگمی : در این نوع سد ، تمام بدنه از مواد درشت دانه یا •
مخلوط ساخته می شود و فقط بخشی که نقش آب بند را دارد بصورت
دیوار یا پرده غیر قابل نفوذ در بدنه سد تعبیه می گردد که ممکن است
به صورت دیافراگم مرکزی یا در دامنه بالا دست به صورت یک دیافراگم
مایل باشد
• جنس این پرده نفوذ ناپذیر را می توان از خاک رس ، سیمان ، چوب و
غیره انتخاب نمود . دیافراگم مایل به نام پوشش مخفی نیز نامیده
می شود . پرده های آب بند اعم از این که در قسمتهای مرکزی یا
کناری قرار گیرند باید تا بالاترین نقطه سد ادامه یابند
• در صورتی که شالوده زیرین نفوذ پذیر بوده و کم عمق باشد ترجیحاً
باید ادامه پرده آب بند تا انتهای بخش نفوذ پذیر شالوده برسد
نوع دیافراگمی سدهای خاکی
نوع دیافراگمی سدهای خاکی
• دیافراگم داخلی که از مواد صلب مانند بتن ساخته شوند ممکن است به
علت نشست سد در بعضی از نقاط شکسته شوند ، از این رو ترجیح داده
می شود که مغزه دیافراگمی در وسط سد از خاک رس ساخته شود که
0 برابر ارتفاع سد / 0 تا 5 / عرض این مغزه خاکی در قاعده سد باید از 3باشد
• قرار دادن مغزه دیافراگمی در وسط سد از سهولت ساخت برخوردار
است در حالی که دیافراگم مایل نسبت به دیافراگم محوری تا حدی
پایداری بیشتری را در برابر زلزله تامین می کند
• چنانچه جدار دیافراگمی تمامی ارتفاع از تاج سد تا انتهای شالوده
نفوذ پذیر را نپوشاند آنرا دیافراگم ناقص نامند . ممکن است بخشهای
عمیق شالوده را در زیر دیافراگم ناقص به وسیله تزریق یا پرده سپرهای
فلزی و غیره آب بندی نمود
مقاطع تیپ سدهای سنگریزه ای
مشخصات بهترین نوع خاک
مشخصات بهترین نوع خاک
• بعد از آزمایشات و بررسی های متعددی که توسط دانشمندان
و کارشناسان سد سازی بعمل آمده است نتیجه گرفته اند که
بهترین نوع خاک از نظر دانه بندی برای ساختن سد خاکی باید
دارای مشخصات زیر باشد:
• رس ( 15 ) درصد کل خاک مصرفی
• لیمون ( 15 ) درصد کل خاک مصرفی
• ماسه نرم ( 50 ) در صد کل خاک مصرفی
• ماسه درشت دانه ( 20 ) درصد کل خاک مصرفی
• اگر خاکی با مشخصات فوق در محل ساختمان سد موجود
نبوده و مخارج حمل خاک با آن مشخصات از مناطق دیگر
مقرون به صرفه نباشد ، در این صورت سد خاکی را با هسته
مرکزی تقریباً غیر قابل نفوذ طرح کرده و می سازند خاکی که
در هسته مرکزی به کار برده می شود، رسی یا رس دار
می باشد که باید حداقل 20 درصد کل دانه بندی خاک بکار
میلیمتر ) d= رفته در هسته مرکزی دارای قطری برابر ( 0.05
باشد . ضمناً اگر از خاک معمولی در ساختمان سد خاکی
استفاده شود ، باید توجه داشت که قطر دانه بندی آن بزرگتر یا
مساوی ( 100 ) میلیمتر نباشد
نیازهای اساسی طرح
1 شیب خاکریز باید در تمام شرایط ساختمانی و عملکرد بعدی از جمله افت سریع •
آب و زلزله پایدار باشد
2 خاکریز نباید تنشی بیش ازظرفیت باربری خاک پی را بر فونداسیون وارد سازد •
3 تراوش از طرفین خاکریز سد ، فونداسیون و دیواره ها باید کنترل شود به ترتیبی •
که شسته شدن دانه های ریز یا آب بردگی بوسیله حل شدن دانه ها در آب اتفاق نیفتد
4 ارتفاع آزاد سد باید به حد کافی باشد تا از لبریز شدن آب توسط موجها جلوگیری نماید
این ارتفاع باید شامل مقداری که فونداسیون و خاکریز نشست می کند نیز باشد
5 ظرفیت سرریز لوله های خروجی باید به اندازه کافی باشد تا از لب ر یز شدن و خرابی سد جلوگیری شود
مسائل مربوط به سدهای خاکی
• پدیده لغزش
• تغییر رژیم هیدرو ژئولوژی
• کنترل پایداری سد
پدیده لغزش در دیواره های دریاچه سد طی اولین بار پرکردن سد
• معمولاً بر اثر افزایش فشارهای حفره ای اضافی و فشارهای
تراوش و نیز لغزنده شدن سطوحی که دارای احتمال لغزش
هستند چنین لغزشهایی می توانند به وقوع بپیوندند که بر دونوع هستند :
-1 لغزش های جدید
-2 احتمال لغزش های قدیمی ( فعال شدن لغزشهای قدیمی)
تغییر سیستم آب زیر زمینی در بالا دست و پائین دست
• میتواند موجب :
1- تراوش از طرفین کف یا دیواره های دریاچه سد
گردد . چون معمولاً منظور از تاسیس یک سد ، ذخیره مقدار معینی آب
می باشد . اگر میزان تراوش از دریاچه زیاد شد نمی توان آب مورد نیاز
را ذخیره نمود و باید جهت رفع اشکال فکری کرد
2- افزایش ناشی از افت سریع آب دریاچه سد . افت سریع آب •
می تواند موجب بوجود آمدن مسائل مختلفی گردد و باید گفت که در
برخی موارد می تواند پائین رفتن آب در عرض ایام روز سریع تلقی
شود . و یا می تواند در شرایط دیگر در مدت یکی دو ساعت سریع
نباشد . این موضوع بستگی به میزان نفوذ پذیری خاک دارد
کنترل تراوش
1 ایجاد دیواره جدا کننده یا نفوذ ناپذیر •
• توسط ایجاد پرده تزریق
• توسط حفر ترانشه در زیر هسته مرکزی و پرکردن آن از مواد و مصالح نفوذ ناپذیر
• استفاده از گل حفاری در ایجاد دیواره جدا کننده ( کانالی حفر می گردد و دیواره آن توسط گل حفاری نفوذ ناپذیرمی گردد )
• ایجاد دیوار جدا کننده بتنی به منظور جلوگیری از تراوش آب
2 ایجاد زهکش ها : در بدنه و گاهی اوقات در پی سد ایجاد زهکش می تواند •
مسئله تراوش را کنترل نماید
3 ایجاد فیلترها : که در ارتباط با زهکش ها کار می کنند و نقش جلوگیری از •
آب بردگی دانه های ریز خاک خصوص در هسته مرکزی را ایفا می کنند
4 هسته مرکزی : جزء اصلی بدنه سد خاکی را تشکیل می دهد و نقش آن ایجاد •
غیر قابل نفوذترین قسمت سد می باشد تا نقش اصلی جلوگیری از عبور آب را بعهده
داشته باشد
5 چاههای زهکش :اگر تراوش از طریق پی سد کاملاً کنترل نشود می توان با •
حفر تعدادی چاه در پائین دست به کنترل نسبی آن اقدام نمود و فشاره ای حفره ای
و تراوش را در پی سد کنترل نمود
6 ایجاد پوشش غیر قابل نفوذ در بالا دست :از این پوشش به همراه چاههای •
زهکشی ذکر شده در فوق استفاده می شود
کنترل تراوش
کنترل پایداری سد
1 قسمت بالا دست خاکریز سد در کوتاه مدت ، دراز مدت و
در حالات افت سریع آب ، استاتیک و دینامیک
2 قسمت پائین دست خاکریز سد در حالات مختلف جریان آب
3 لغزش کوهها و سنگها و شیبهای طبیعی مشرف به دریاچه
4 روان شدن خود سد و یا فونداسیون آن بر اثر زلزله و …
اجرای ساختمان سد
الف مسیر و بند انحرافی : 1- اولین مرحله احداث باید کل کنترل ها جهت آب
بردگی دانه ها پایداری سطوح شیبدار و … انجام گردند
2 ترمیم و اصلاح و آماده سازی دیواره های جانبی سد قبل از اقدام به •
خاکریزی باید قسمتهای سست اطراف دقیقاً کنترل شوند
3 تزریق ( سطحی و عمیق ) کاملاً محاسبات لازم صورت گیرند شامل ؛ •
فاصله سوراخها ، میزان مواد تزریقی ، میزان فشار تزریق ، زمان شروع و توقف تزریق
• ب اجرای بدنه سد : مشخصات مختلف بطور دقیق اجرا شوند از جمله خاکریزها
، فیلترها ، زهکش ها و سنگریزه ا
• ج اجرای سرریز : محاسبات و اجرا دقیقاً صورت پذیرند . با کنترل عوامل
هیدرولوژی ، تشخیص کنترل جریان خروجی در سیلاب و حداکثر ممکن آب ب ر دگی
در زیر سرریز ، تشخیص ارتفاع آزاد سد و تعیین محل دقیق سرریز
تراوش درسد های خاکی
تا حدود نیم قرن طراحی سدهای خاکی و خاکریزها تنها بر
اساس تجربه صورت می گرفت و با استفاده از مقاطع
خاکریزهایی که عملکرد خوبی داشته اند به احداث خاکریزهای
جدید اقدام می شد ولی امروزه به طرح علمی سدهای خاکی
پرداخته می شود . بیشترین عامل پیشرفت در ارتباط با مسئله
تراوش در سدها و تاثیر آن در پایداری آنهاست . که این موضوع
برای اولین با ر بعنوان یکی از علل خرابی سدها مورد توجه قرار
گرفت و بعدها منجر به تدوین مسئله تراوش و جریان آب در
سد گشت
شبکه جریان
همانگونه که در بحث های مکانیک خاک مطرح است یکی از راه حلهای تشخیص نحوه جریان آب در خاک روش ترسیم شبکه جریان می باشد
تراوش آب در سدها
• در کلیه مسائلی که تراوش از زیر سدی یا از طریق پی هاست شرایط
مرزی مشخص است ولی در مسئله جریان آب در داخل سدها ( در بدنه
سد ) مرز بالا یا بالاترین خط جریان نا مشخص است و بایستی آنرا
مشخص نمود در میان راه حلهای نظری که برای تراوش با سطح آزاد
وجود دارد تنها یکی از آنها که در رابطه با سد خاکی اهمیت دارد راه
برای جریان در یک لایه خاک نفوذ ناپذیر ( Kozeny ) حل کوزنی
افقی منتهی به یک لایه نفوذ پذیر افقی دیگر می باشد که بر اساس
تئوری ریاضی اعداد مختلط قابل بیان می باشد که در این حالت کلیه
خطوط جریان از ج مله خط آزاد جریان آب ( خط تراوش ) و کلیه
خطوط هم پتانسیل سهمی های هم کانونی را تشکیل می دهند
رسم خط آزاد جریان آب ( خط تراوش )
البته قبل از بیان تئوری مربوط به ترسیم سهمی ها ی فوق لازم به ذکر است که برای رسم خط آزاد جریان آب ( خط تراوش ) باید شرایط زیر
را رعایت نمود .
• شرط اول : این است که ارتفاع نقطه برخورد هر خط هم پتانسیل با خط
جریان آب نمایشگر ارتفاع آب بر روی این خط هم پتانسیل است .
• شرط دوم : خطوط جریان در مرز بین دو خاک با نفوذ پذیری های
عبوری از میان Δq مختلف بنحوی تغییر شیب می دهد که مقدار دبی
خطوط جریان ، جریان مجاور در دو طرف مرز ثابت می باشد
تراوش از درون سدهای خاکی
• در مقطع سدهای خاکی سطح سفره آب بالاترین خط جریان می باشد
که موقعیت آن باید قبل از ترسیم شبکه جریان تخمین زده شود
ساده ترین حالتی است که یک خاکریز می تواند داشته باشد که خاکی
متشکل از مصالح همگن و همسان بر روی یک پی غیر قابل نفوذ واقع شده است .
CD یک خط جریان است ومنحنی AB در این حالت فصل مشترک سد و پی ناتراوای نیز بالاترین خطوط جریان می باشد
در بالا دست جریان بار BC • چون در تمام نقاط واقع بر دامنه
یک خط هم BC هیدرولیکی مقدار ثابتی است پس خط
پتانسیل می باشد هرگاه سطح آب در پائین دست به عنوان
سطح مبنی انتخاب شود نتیجه می شود که پتانسیل
برابر اختلاف ارتفاع آب در BC هیدرولیکی خط هم پتانسیل
است . در شکل قب ل b بالا دست و پائین دست یعنی برابر با
نیز یک خط هم پتانسیل است ، AD سطح خروجی جریان
که در آن پتانسیل هیدرولیکی صفر است . فشار در هر نقطه ای
که بر روی بالاترین خط جریان قرار دارد برابر صفر است . و
بنابراین گرادیان هیدرولیکی در نقاط روی این خط برابر ارتفاع
آب است . و باید فواصل قائم نقاط تلاقی خطوط هم پتانسیل با
باشد Δh بالاترین خط جریان یکسان و برابر
کاربرد صافی ها
• در محل خروج جریان آب از یک سد خاکی باید همواره مصالح مناسب بعنوان صافی بکار برد .
وظیفه صافی نگهداشتن کل تراوش در داخل سد است .
چون در صورتی که آب بر روی شیروانی پائین دست جریان پیدا کند ، موجب فرسایش تدریجی شیروانی از پائین دست می شود .
حالات دیگری برای سطح صافی ممکن است
نه می تواند خط جریان AD دراین حالات سطح
باشد و نه خط هم پتانسیل ، چون بردار سرعت جریان
خواهد داشت AD تصاویر عمود و مماس بر
کاربرد صافی ها
اشکال مختلف خرابی در یک سد خاکریزه ای
اشکال مختلف
خرابی در
یک سد
خاکریزه ای
لبریز شدن و ارتفاع آزاد
لبریز شدن: به حالتی گفته می شود که در آن آب دریاچه از بالای تاج
سد سرریز نماید که در چنین حالتی به واسطه فرسایش و آب شستگی
کل موجودیت سد می تواند به خطر بیفتد . عوامل موثر در جلوگیری از
لبریز شدن سد . ظرفیت کافی سر ریز ، و ارتفاع آزاد کافی می باشد
• ارتفاع آزاد: یعنی اختلاف ارتفاع بین تراز حداکثر سطح دریاچه در
تخلیه سیلاب و تراز حداقل تاج ، باید برای جلوگیری از لبریز شدن س د
بعلت موجهای تولید شده در سطح دریاچه کافی باشد . در انتخاب ارتفاع
آزاد باید به نشست تابع زمان بدنه و پی زیر سد توجه دقیق نمود
پایداری
بدنه و پی سد باید در هنگام ساخت و تمام شرایط بهره برداری پایدار باشد .
به همین علت شیبهای وجوه بالادست و پائین دست باید به قدر کافی ملایم و وضعیت تنشها در بدنه و پی سد نسبت به
خرابی برشی به قدر کافی مطمئن باشد
کنترل تراوش ( نشت)
برای جلوگیری از فرسایش به علت پدیده رگاب
)piping)
مهاجرت مصالح ریز دانه از هسته نفوذ ناپذیر ، و باتلاقی شدن پائین دست ، باید تراوش آب از بدنه و پی سد کنترل شده باشد . بنابراین شیب هیدرولیکی ، فشار و سرعت تراوش باید به حد مجاز برای مصالح انتخابی نگه داشته شوند
محافظت شیب بالا دست
شیب بالادست سد باید در مقابل فرسایشهای
موضعی به علت تاثیر موج ، و فشار و حرکت
یخ به نحو مناسبی محافظت گردد
آب بندی لوله های عبور داده شده از بدنه سد
باید با آب بندی نمودن محیط لوله ها و یا هرگونه
مجاری عبور داده شده از جسم سد توجه خاص
نمود وبا تعبیه جزئیات مناسب از هر گونه احتمال
نشت از این ناحیه جلوگیری کرد
مکانیسم های خرابی سدهای خاکریزه ای و روشهای جلوگیری از آنها
مکانیسم های خرابی سدهای خاکریزه ای و روشهای جلوگیری از آنها
مکانیسم های خرابی سدهای خاکریزه ای و روشهای جلوگیری از آنها
کنترل تراوش
در طرح یک سد خاکی باید در صورت امکان نوع خاک طوری انتخاب شود که اثر تراوش آب حذف و یا کاهش داده شود
• در محلهایی که گرادیان هیدرولیکی زیاد است ممکن است تراوش منجر به فرسایش و پیدایش مجراهایی در داخل سد شود این فرسایش در مواردی که خاک به خوبی کوبیده نشده باشد بیشتر
است و ممکن است موجب خرابی سد شود . به همین دلیل است که برای کاهش میزان تراوش از یک هسته مرکزی ناتراوا استفاده می گردد
• عملاً تمام بار آبی دراین هسته از بین می رود در صورتیکه هسته بار یک باشد گرادیان هیدرولیکی قابل ملاحظه ای بوجود می آید و در صورتیکه گرادیان هیدرولیکی خروجی از هسته مرکزی سد قابل ملاحظه باشد خط فرسایش زیادی در فصل مشترک خاک مجاور هسته مرکزی وجود دار د
• برای حفاظت از این خط می توان از یک لایه زهکش که بین هسته مرکزی و لایه خاک در پائین دست قرار دارد استفاده نمود
Piping پدیده
• چنانچه گرادیان هیدرولیکی در قسمت تراوش آب از شیب بدنه سد در قسمت پائین دست افزایش یابد ، ممکن است موجب شسته شدنخاک گردد
بخصو ص اگر عمل تراکم به خوبی انجام نشده باشد ، این عمل یک پدیده پیش رونده است ، ابتدا ریزترین ذرات شسته می شوند ، با شسته شدن این ذرات ، مقاومت خاک در مقابل جریان کم شده و گرادیان هیدرولیکی افزایش می یابد
با ا فزایش گرادیان هیدرولیکی ، ذرات درشت تر شسته می شوند و به تدریج عمل فرسایش با سرعت بیشتری انجام گرفته و موجب تشکیل تونلی در درون سد می گردد
یا فرسایش Piping و به پدیده تشکیل آن Pipe به این تونل درونی
درونی یا رگاب می گویند
زمانیکه تونل مزبور با پیشروی خود به قسمت بالا دست برسد ، آب
مستقیماً وارد آن شده و با سرعت زیاد جریان پیدا می کند . جریان آب
موجب گشادتر شدن تونل می گردد دراین مرحله سقف تونل فرو
می ریزد و شکسته شدن کامل سد به وقوع می پیوندد .
Piping پدیده
یک پدیده پیش رونده است . با بازرسی ، Piping • پدیده
مرتب سد می توان به موقع به وجود آن پی برد . این پدیده
ممکن است مدتها بعد از ساخته شدن سد بوجود آید ، مشروط
بر آنکه عاملی موجب افزایش قابل ملاحظه گرادیان هیدرولیکی
در قسمت خروج گردد . چنانچه در قسمت خروج ؛ از فیلتر
مناسب استفاده شود ، خطر فرسایش درونی از بین رفته و یا به
مقدار زیادی کاهش می یابد . انتخاب فیلتر مناسب با استفاده
از منحنی دانه بندی صورت میگیرد
Piping پدیده
زهکش دودکشی
این زهکش تشکیل شده از یک فیلتر که دانه بندی آن باید به ترتیبی
طراحی گردد که بتواند مانع عبور ذرات خاک از هسته گشته و از به اشباع در آمدن قسمتی از سد که در سمت پائین رود قرار دارد نیز جلوگیری کند
زهکشی در بدنه سد
زهکشی در بدنه سد به منظور جمع آوری و هدایت زه عبور کرده در
بدنه و یا از پی می باشد و هدف آن این است که دامنه پایین دست حتی
الامکان خشک نگاه داشته شود و نیز از ایجاد هرگونه اضافه فشار آب
حفره ای در مناطق مختلف سد جلوگیری گردد .
• از آنجا که زهکشهای دارای نفوذ پذیری زیاد ( واز قطعات درشت دانه )می باشند، لازم است ارتباط آنها با بدنه و ( بخصوص با مغزه سد )
به صورت تدریجی باشد یعنی الزاماً منطقه ای به نام فیلتر بین زهکش و
خاک بدنه تعبیه گردد . این فیلتر ممکن است از یک لایه و یا چند لایه
تشکیل شده باشد که هر لایه ای برای لایه زیرین نقش فیلتر را دارد
زهکشها
وجود زهکشها همراه با فیلتر نه تنها موجب هدایت زه و گردآوری و تخلیه آب به مجاری پیش بینی شده میگردد بلکه در مواردی که منطقه های ضعیف احتمالی در اثر گرادیان هیدرولیکی آب برای شسته شدن و پوک شدن مستعد هستند ، وجود یک فیلتر مناسب از این پدیده جلوگیری می کند و
اصطلاحاً از پیدایش پدیده پایپینگ ممانعت می کند
• مواردی که تکانهای حاصل از زلزله یا نشستهای نامساوی موجب ایجاد شکافهایی در جسم سد گردد و آب بتواند با سرعت و دبی زیاد و پیش بینی نشده ای از آن ترکها جریان یابد وجود فیلتر در تمامی مواردی که دو لایه با دانه بندی متفاوت در کنار یکدیگر قرار دارند و نیز جهت هدفهایی که در بالا ذکر گردید بویژه در طرفین مغزه سد ، ضروری است
زهکشها
بعنوان یک معمار ، ظرفیت زهکشها برای عبور دادن آب زه
باید حداقل دو برابر مقداری باشد که از رابطه دارسی حساب می شود
• در مواردی که احتمال تقریبهایی دراندازه گیری ها باشد و یا
تعیین مقدار دقیق ظرفیت بر اساس قانون دارسی میسر نباشد
ویا در صورت احتمال ورود آب از مجاری دیگر ی به غیر از نفوذ
زه، باید ضریب اطمینان را هرچقدر مقدور باشد بزرگترانتخاب نمود
• هزینه اضافی که جهت ضخیمتر کردن زهکش به کار می رود سد را در برابر تخریبهای حاصل از عدم ظرفیت زهکش بیمه می کند
زهکش لایه ای افقی
این نوع زهکش که در دامنه پائین دست و در قاعده سد قرار می گیرد ، تمامی زه درون بدنه و قسمت عمده زه پی را به طرف بیرون سد هدایت میکند
• این نوع زهکشها ، همانگونه که قبلاً اشاره شد بوسیله یک یا چند طب قه فیلتر به
خاک بدنه سد متصل می گردند
• ممکن است یک پنجه سنگی و یا یک لایه زهکشی در پنجه سد ، سیستم زهکشی
افقی را تکمیل کند
• نقش دیگری که زهکش افقی ممکن است داشته باشد در شرایطی است که پی
تحکیم پذیر و نفوذ پذیر باشد ، در این صورت وجود لایه ای از زهکش ا فقی می تواند
تحکیم لایه زیرین را ( در اثر وجود بار سد ) تسهیل و تسریع کن د
• طول و ضخامت زهکش باید بر اساس میزان مح تمل زه و شرایط دیگر تعیین گردد
• عموماً می توان حداکثر طول زهکش افقی را با اطمینان کامل سه برابر ارتفاع سد در نظر گرفت
زهکش مایل
• قرار دادن زهکش مایل در نیمه پائین دست سد با شیبهای مختلف در سدهای همگن نیز کاملاً معمولی است ابتدای این نوع زهکش تقریباً به محور سد یعنی تا زیر تاج آن می رسد و انتهای آن به زهکش افقی متصل می گردد
• وجود این نوع زهکش که عمدتاً هدایت زه به زهکش افقی است ، در مناطق زلزله خیز به پایداری سد نیز کمک می کند ، زیرا در صورت بروز شکستگی ها در بخش غیر اصطکاکی بدنه از گسترش آنها و ایجاد جریانهای قوی آب جلوگیری می کند
در مناطق زلزله خیز قرار دادن لایه های فیلتر در دامنه بالادست به منظور التیام
شکستگیهای احتمالی نیز در جهت اطمینان است ، که در این مورد رعایت معیار دانه بندی
فیلتر ممکن است با همان دقتی که برای زهکش پائین دست منظور می شود ضروری نباشد
• ممکن است زهکش مایل را به طور قائم ایجاد نمود که در اینصورت محل آنرا می توان در
محور سد یا بالادست و پائین دست انتخاب کرده و حتی زهکش مایل را نی ز می توان در
بدنه بالادست قرار داد . محل قرار دادن زهکش و نوع آن بستگی به مسائل اقتصادی و
شرایط دیگر دارد .
زهکش مایل
زهکش مایل
چنانچه حجم زهکش میانی سد نسبت به حجم کل بدنه مقدار قابل توجهی باشد، باید
آنرا مغزه زهکشی نامید .
این مورد نیز در سد سازی تجربه شده است و بعنوان نمونه میتوان
در یوگسلاوی یاد نمود که به ارتفاع 18 متر دارای یک مغزه زهکشی به Vrtac از سد
ارتفاع 12 متر وعرض قاعده 18 متر می باشد
پنجه سنگی
پنجه سنگی سیستمی است که از سنگهایی با قطعات درشت تشکیل می شود و می تواند بدون وجود زهکش افقی و یا توام با زهکش افقی مورد استفاده باشد
• اندازه قطعات سنگهای تشکیل دهنده پنجه سنگی حدود 15 تا 20 سانتیمتر معمول است .
پنجه سنگی نیز باید با لایه های فیلتر به بدنه شالوده اتصال بیابد . بعنوان نمونه دانه بندی لایه های فیلتر
یک پنجه سنگی را می توان به شرح زیر انتخاب نمود :
یک لایه 30 سانتیمتری از ماسه ریز ( 15 % آن برابر 09/میلیمتر)
یک لایه 45 سانتیمتری از ماسه دشت ( 15 % آن برابر 81/میلیمتر)
یک لایه 60 سانتیمتری از شن ( 15 % آن برابر 37میلیمتر)
انواع اصلی زهکشی بدنه در سدهای خاکی
• ارتفاع حداقل پنجه سنگی باید چنان باشد که خط زه با اطمینان کامل از دامنه پائین دست دور
نگه داشته شود و اگر در سطح پائین دست آب جمع می شود این آب نیز مو جب کم شدن راندمان
پنجه سنگی نگردد .
ارتفاع پنجه سنگی را می توان تاارتفاع سد در نظر گرفت .
• خط الراس پنجه سنگی باید به قدر کافی بالاتر از سطح آب جمع ش ده در پائین دست باشد تا از
هر گونه اثرات موج روی جبهه پایین دست جلوگیری نماید . در بعضی موارد اقتصادی نیست که
سطح پنجه سنگی را برای این هدف بالاتر قرار دهند و در چنین مواردی سنگ چینی را تا یک ارتفاع
1 متری بالای سطح آب جمع شده در پایین دست ادامه می دهند . / حداقل قائم یعنی تا 5
• جبهه ورودی آب در پنجه سنگی با شیب یک به ی ک و جبهه خروجی آن ادامه شیب پائین
دست ساخته می شود .
پنجه سنگی
مغزه زهکشی وشکل ساده انواع زهکشها
مغزه زهکشی وشکل ساده انواع زهکشها
انواع دیگر زهکشها در پنجه سد
دو نمونه از زهکشهای لایه ای در بدنه سد
شرایط صافی های و طراحی فیلتر
وقتی که جریان نشت آب از یک خاک با دانه های نسبتاً ریزبه مصالح درشت دانه تر وارد می شود ، این خطر وجود دارد که ذرات ریز خاک به داخل مصالح درشت دانه تر شسته شوند
• اگر این کار دریک مدت زمان طولانی انجام بگیرد ، ذرات ریز ممکن است تمام فضای بین مصالح درشت دانه را پر کرده و آن را مسدود نمایند
• برای رفع چنین مشکلی بین دو لایه ریز و درشت ، از یک لایه فیلتر
( یا فیلتر محافظتی ) استفاده می شود
بعنوان مثال مقطع سد خاکی شکل زیر را در نظر بگیرید
اگر در پنجه سد ، بین خاک بدنه اصلی سد و سنگریزه های زهکش ، لایه فیلتر منظور نگردد ، ذرات ریز قسمت اصلی به سمت سنگریزه ها شسته شده و آن را مس دود می نمایند و در نتیجه سیستم زهکش سد از کار می افتد یا آنکه به تدریج مصالح سازنده بدنه به بیرون شسته شده و حفره اولیه ایجاد خرابی تشکیل می گردد
استفاده از فیلتر درپنجه سد خاکی
برای انتخاب صحیح مصالح فیلتر باید دو معیار زیر بر آورده شود
1 – اندازه حفرات مصالح فیلتر باید به قدر کافی ریز باشد تا از شسته شدن خاک مورد محافظت به داخل آن جلوگیری شود
2 مصالح فیلتر باید دارای نفوذ پذیری بالا باشند تا از بوجود آمدن نیروهای نشت زیاد و فشار هیدرواستاتیک درمصالح فیلتر جلوگیری شود
تعیین منحنی دانه بندی مصالح فیلتر
منحنی دانه بندی خاک مورد حفاظت ، α در شکل فرض کنید منحنی
5 تعیین شوند ، دو حد D15S 5 و D85S باشد اگر برای این منحنی
به دست می آیند D15F بالا و پایین
• از این دو نقطه ، دو منحنی تقریباً به موازات منحنی دانه بند ی
خاک مورد محافظت عبور داده می شود
• حد فاصل بین این دو منحنی ، محدوده قابل قبول برای منحنی دانه بندی فیلتر می باشد
• با همین اصول می توان منحنی دانه بندی سنگریزه های پنجه سنگی را طوری تعیین نمود که از فرسایش مصالح فیلتر به داخل آن جلوگیری شود
تعیین منحنی دانه بندی مصالح فیلتر
روش کدگرن
کدگرن د ر 1960 شبکه های جریان متعددی نظیر شکل الف و ب اسلاید بعدی برای مطالعه شرایط نشت به فیلتر شیبدار واقع در قسمت پائین دست سدهای خاکی رسم نمود
یعنی W • بر پایه مطالعات او نمودار شکل پ را برای تعیین
حداقل ضخامت لازم برای مصالح فیلتر در پائین دست یک سد
ضریب نفوذ ، KF خاکی پیشنهاد نمود ( با توجه به شکل پ
ضریب نفوذ پذیری مصالح سد خاکی KS پذیری مصالح فیلتر و
می باشد . )
ضخامت فیلتر پایین دست یک سد خاکی
تعیین ضخامت زهکش
بطور کلی برخی شرایط در تاسیسات خاکی وجود دارند که به فیلتر نیاز دارند
• اول آنکه آب از شیب پائین دست خاکریز مستقیماً خارج نشود
• دوم آنکه بر اثر جریان آب از یک خاک به خاک دیگر و یا از یک خاک به زهکش جابجایی ذرات خاک صورت نگیرد
• برای اینکه یک زهکش بتواند جریان طبیعی آب را از خود عبور دهد و در خود جمع نکند حداقل سطح مقطعی لازم دارد که می توان آنرا به کمک قانون دارسی بدست آورد
بررسی مواد تشکیل دهنده زهکش
اگر فرم ساختمان زهکش برابر شکل زیر طرح شود، برای بررسی قطر
دانه بندی و ضخامت لایه های مختلف آن به توصیه های بعد عمل
می نمایند
لایه سوم : این لایه در مجاورت بستر سد قرار گرفته و آخرین
لایه زهکش را تشکیل می دهد که 15 درصد قطر دانه بندی
9 انتخاب شود d این لایه نیز باید کوچکتر یا مساوی 2
• نتایج محاسبه و نوع مواد و ضریب نفوذپذیری در مورد لایه ها
اگر میلیمتر فرض شود برابر جدول بعد تنظیم می شود
تعیین ضخامت زهکش
• قطر دانه بندی لایه های مختلف زهکش بر مبنای 15 درصد قطر دانه های ریز مواد تشکیل دهنده جسم سد ، مخصوصاً در پائین دست آن محاسبه و برآورد می شود
• مثلاً اگر 15 درصد دانه بندی مواد تشکیل دهنده جسم سد کمتریا مساوی یکصدم میلیمتر فرض شود، در این حالت 15 درصد قطر دانه بندی لایه های مختلف زهکش به شرح زیر برآورد خواهد شد:
• لایه اول : این لایه که اولین لایه زهکش می باشد ، باید 15 درصد
9 انتخاب شود d قطر دانه بندی مواد بکار رفته در آن کوچکتر یا مساوی
• لایه دوم : این لایه که بعد از لایه اول قرار گرفته است ، باید 15
درصد قطردانه بندی مواد بکار رفته در آن کوچکتر یا مساوی
9انتخاب شود d1
بررسی مواد تشکیل دهنده زهکش
روشهای کنترل تراوش
با استفاده از روشهای مختلف کنترل تراوش ، سدها را باید از تاثیر نامطلوب یا خطرناک تراوش که
ممکن است از طریق بدنه سد یا فونداسیون و یا دیواره های جانبی آن انجام پذیرد محافظت نمود
• این روش ها ممکن است میزان تراوش را کم کرده و یا کم نکند ولی باید خطرات احتمالی خرابی
ناشی از ناپایداری شیب های موجود آب بردگی و غلیان فونداسیون و یا شسته شدن دانه های ریز را
به حداقل برساند
• اکثر سدهای خاکی و سنگی به کنترل تراوش داخلی جهت بهبود وضعیت پای داری یا کنترل شسته
شدن دانه های ریز و یا هر دو نیاز دارند
با تقسیم مقطع عرضی سدهای خاکی به چند قسمت مرتب و پشت سر هم و تعبیه زهکش های افقی ،
افقی عمودی ( دودکشی ) ، افقی مایل و متمرکز در پنجه سد تراوش داخلی وعبور آب از
درون این نوع سدها را کنترل می نمایند
• مهندسین مجموعه ای از فیلترها و زهکش های عمودی و افقی را بهترین روش کنترل تراوش
داخلی سد می دانند
• دراین صورت قسمت پایین دست بدنه سد را می توان از هر نوع مصالحی در نظر گرفت
روشهای کنترل تراوش
دراین سیستم زهکش به طریقی طرح شده است که علاوه بر کنترل معمولی و تراوش
نقاط نشت متمرکزی که احتمالاً در اثر ترک خوردگی هسته مرکزی ایجاد می شود را نیز کنترل می نماید
اگر در مقطع یک سد سنگریز مرکب از یک هسته مرکزی غیر قابل نفوذ و پوسته
ای با دانه های درشت سنگ باشد به منظور جلوگیری از آب بردگی مصالح هسته
مرکزی ، چه از طریق ترک خوردگی و چه به جهت شسته شدن دانه های ریز تحت
گرادیان هیدرولیکی زیاد به فیلتر های چند لایه نیاز می باشد . حائز اهمیت است که
مصالح فیلتر بالا دست بتواند به داخل ترکهای هسته مرکزی رفته آنها را پر کند و فیلتر
پائین دست از مصالحی
باشد که در آنها
ترکی ایجاد نگردد
روشهای کنترل تراوش
• ممکن است ساختمان یک سد را به منظور کنترل تراوش بطور
منظم و پشت سر هم به چند قسمت تقسیم نمود بطوریکه هر
قسمت برای قسمتهای دیگر مجاور فیلتر باشد
مقطع چنین سدی می تواند به شکل زیر باشد :
1-هسته مرکزی
2-ماسه حداکثر 2% از الک شماره 2 و 0
3-شن از الک شماره 2 تا 4 اینچ
4-قلوه سنگ و قطعه سنگ از 4 اینچ تا 46 اینچ
کنترل تراوش در فونداسیون و دیوارهای جانبی سد
روشهای مختلفی برای کنترل تراوش از طریق فونداسیون وجود دارد .
روشی که برای یک سطح مناسب باشد بستگی به عوامل مختلفی دارد
ولی به طور کلی باید از خاکریز مطمئن بود و مسائل اقتصادی را نیز در
نظر داشت در بعضی از موارد ممکن است با توجه به نیازهای پروژه
چندین راه حل مورد قبول باشد
1 ) پرده تزریق
2) دیوارهای جدا کننده بتونی
3) دیوارهای جداکننده خاکی
4) پوشش بالادست
5) سپر کوبی
6) زهکش های عمودی
7) چاههای زهکشی
کنترل نشت از
پی سد
برای جلوگیری از نشت
( تراوش ) آب از
پی سدهای خاکی
و سنگریزه ای که بر
روی پی های نفوذپذیر
ساخته می شوند،
باید تدابیر کافی در نظر
گرفته شود
در صورت کم بودن عمق پی نفوذپذیر ، می توان مطابق شکل الف ، ترانشه عریضی
در زیر هسته سد احداث و آن را توسط مصالح نفوذ ناپذیر پر کرده و متراکم نمود . با
توجه به محدودیتهای اجرایی حداقل عرض کف ترانشه به 3 متر و حداکثر عمق
اجرایی ترانشه به 20 متر محدود می شود
در صورتی که عمق پی نفوذ پذیر زیاد باشد ، می توان مطابق شک ل ب یک پرده
آب بند با استفاده از تزریق به وجود آورد . با پیشرفت تکنیکهای تزریق در آبرفت ،
استفاده از این شیوه رواج خوبی دارد . عمل تزریق معمولاً در چند خط موازی درون
چاهکهایی که به صورت یک در میان در فواصلی در حدود 2 تا 3 متر قرار گرفته اند
، انجام می شود . تکنیک تزریق باید برای پی موجود مناسب باشد
کنترل نشت از پی سد
استفاده از دوغابهایی که ماده چسباننده آنها سیمان است ، بسیار متداول است ، لیکن برحسب شرایط پی می توان از مواد شیمیایی خاص نیز استفاده نمود .
این مواد برای شرایط مشکل تر می باشند و مخارج آنها نیز بالاتر است
• . پرده های آب بند تزریقی بیشتر در سنگهای شکاف دار و آبرفت درشت دانه موثرمی باشند.
چنین پرده هایی تا عمق 100 متر نیز اجرا شده اند.
پرده تزریقی را می توان به عنوان یک راه حل ترمیمی بعد از احداث سد بااستفاده از چاهکهایی که از بدنه سد عبور کرده اند ، مورد استفاده قرار داد
کنترل نشت از پی سد
در شکل اسلاید بعد تکنیک جدیدتری برای احداث دیوار آب بند با استفاده هیدروفرز نشان داده شده است .
در این تکنیک ابتدا ترانشه ای به عمق مورد نظر توسط هیدروفرز احداث می شود . برای جلوگیری از ریزش جدار ، درون ترانشه توسط گل بنتونیت پی می شود
• هیدروفرز یک جام حفار مکعب مستطیل می باشد که در پایین آن سرمته هایی وجود دارد که به کمک نیروی هیدرولیک دوران می کنند و محصولات حفاری را به دورن جام پر می کنند . با پرشدن جام ، جام به کمک جرثقیل بالا آورده شده و تخلیه می شود . درحین حفاری به وسیله گل بنتونیت از ریزش جدارها جلوگیری می شود . بعد از اتمام عملیات ، درون ترانشه توسط بتن پلاستیک پر شود . با این تکنیک پرده هایی به عمق بیش از 30 متر اجرا شده است
• استفاده از سپر کوبی نیز شیوه دیگری است که در کشور ما به علت
قیمت گران کمتر مورد توجه قرار می گیرد
مطابق شکل، استفاده از کف پو ش نفوذ ناپذیر بالادست نیز یکی از
روشهای متداول برای کم کردن مقدار نشت و پایین آوردن گرادیان
هیدرولیکی می باشد . این شیوه باید همراه با چاههای زهکش پایین
دست باشد
دیوار آب بند
تاثیر کف پوش
بالا دست و دیوار
آب بند
بازده کف پوش بالادست و پرده آب بند
حفاظت دامنه های سدهای خاکریز
دامنه های سدهای خاکی و پاره سنگی در معرض هوازدگی ،
فرسایش حاصل از آب ، باد و طوفانهای سیلزا ، امواج ، یخ زدگی و
سایر عوامل طبیعی قرار دارند و بنابراین نیاز به حفاظت دارند .
• نوع حفاظت تابع نوع مصالح در دسترس و اقتصاد است .
• در مورد دامنه بالا دست ، بیشترین آسیب پذیری به علت اثر امواج است
• البته تخریب شدن لایه محافظ دامنه ، موجب تخریب سد نمی
گردد اما زمینه آسیب پذیری و تخریب را آماده کرده ، ناپایداری
لایه های زیرین را تشدید می کند .
حفاظت دامنه پایین دست
دامنه پایین دست سدهای خاکی و پاره سنگی ، همواره درمعرض هوازدگی و فرسایش بادی و در بیشتر موارد در معرض فرسایش آبی حاصل از بارندگی و جاری شدن سیل است . اثر یخ زدگی واحتمالاً تخریبهای حاصل از فعالیت حیوانات را نیز نباید از نظر دور داشت .
-به منظور حفاظت دامنه پایین دست ، در شرایط اقلیمی مناسب ، یک
پوشش محکم و منظم گیاهی و چمن کاری می تواند کارآیی لازم را
داشته باشد.
-البته باید توجه داشت که بوته های بلند و درخت کاری به هیچ وجه مناسب این نوع پوشش گیاهی نیست زیرا نه تنها رشد پوشش گیاهی اصلی را تضعیف می کند بلکه ریشه عمیق بوته ها و درختها به آسیب پذیری دامنه سد کمک می کند
در مواردی که سبزه کاری و ایجاد پوشش گیاهی مقدور نباشد ، باید لایه ای از شن و قلوه سنگ محافظ ، مواد حاصل از حفاری تونلها ، سنگهای خرد شده مشابه آنچه که در بالا دست به کار می رود ، روی دامنه پایین دست پوشانده شود .
• از مواردی که در دامنه پایین دست باید به آن توجه بیشتری شود ، محلهای تماس دامنه پایین دست با تکیه گاههای سنگی دامنه های طبیعی است که در این محلها جریان آبهای سطحی بارندگی نسبت به سایر نقاط دامنه پایین دست بیشتر است زیرا نه تنها مسیر هدایت آبهای جاری شده بر دامنه پایین دست است بلکه آبهای جاری شده از تکیه گاههای سنگی طبیعی نیز در این مسیر تمرکز یافته و شدت و دبی حرکت آب افزایش می یابد و ممکن است فرسایش شدیدی را منجر گردد
حفاظت دامنه بالادست
از موارد مهمی که موجب آسیب پذیری دامنه بالادست می شود ، اثر امواج است امواج به دو علت اصلی می تواند دامنه بالادست را شستشو داده و به دریاچه بریزد .این دو علت عبارتند از:
– اثر ضربه موج که دانه ها را در یکدیگر حرکت می دهد
– اثر شستشوی برگشت موج که نیرویی در جهت ثقل و بر روی سطح شیب دار دامنه به قطعات و دامنه سد وارد می آورد .
بارندگیهای شدید و سیلابهای حاصل از آنها از سمت تاج سد به طرف دریاچه ، یخ زدگی ، و سایر عوامل جوی و اقلیمی هر کدام به نحوی می تواند موجب تضعیف مقاومت بخش بالایی دامنه بالادست گردد .
بدیهی است آن بخش از دامنه بالادست که زیر سطح آب قرار دارد و در معرض تاثیر عوامل ذکر شده نیست ، به همین علت ، محافظت دامنه، تا چند متر زیرتر از پایینترین وضعیت آب دریاچه کافی است .
در طراحی محافظ ، عواملی از قبیل طول وارتفاع موج ، جهت باد ، سرعت باد ، عمق نسبی آب ، زمان تناوب موج ، شکل دریاچه ، شیب دامنه ، زاویه میل موج در برخورد با دامنه ، میزان یخ زدگی ، میزان بارندگیهای شدید سیل زا ، و بعضی عوامل دیگر دخالت دارد .همچنین در صورتی که محافظ از نوع سنگچین باشد ، وزنقطعات سنگ ، وزن مخصوص آنها ، دانه بندی ، زبری سطح آنها ،جنس و دوام دراز مدت آنها ، ضخامت لایه سنگچین ونوع اجرای آن یعنی دستی یا ماشینی بودن آن ، تاثیر مستقیم دارد
حفاظت دامنه بالادست
در تعیین اثر امواج روی دامنه بالادست ، مشخصات زیر مورد نیاز است
1 سرعت باد طرح در محل ، امتداد و جهت و مدت باد
2 محاسبه برد موثر دریاچه .
3 دوره تناوب موج مهم آب عمیق برای برد موثر و سرعت باد
طرح ، و محاسبه طول و ارتفاع موج آب عمیق .( ارتفاع موج مهم عبارت است از میانگین ارتفاع یک سوم بلندترین امواج در مسیر موج از منحنی توزیع آماری در آب عمیق ، که عمق آن از نصف طول موج آب عمیقبیشتر است .)
4 ارتفاع موج طرح ، که معمولاً بیش از ارتفاع موج مهم انتخاب می شود
انواع سنگ چینی و عوامل موثر
اصطلاح سنگ چینی ( یا خشکه چینی ) به پوششی گفته می شود که قطعات سنگ ، بدون وجود ملات یا خمیره ، در کنار یکدیگر قرار گیرند .
* در صورتی که این قطعات به وسیله دستگاههای ماشینی روی هم ریخته و انباشته گردد به نام سنگچین ماشینی یا سنگ ریزی نامبرده می شود
* صورتی که به صورت دستی در کنار یکدیگر قرار داده شود ، سنگچین دستی نامیده می شود .
سنگ چینی ماشینی یا سنگریزی
تجربه های گذشته نشان داده است که احداث حفاظ سنگی به وسیله سنگ چینی ماشینی ، برترین نوع حفاظت دامنه های خاکریز است . اندازه قطعات و دانه ها باید مناسب انتخاب شود و استحکام قطعه سنگها و تراکم آنها و ضریب شکل آنها قابل قبول باشد . به جز در موارد نادر ، سنگ چینی باید روی لایه ای از فیلتر قرار گیرد تا از شسته شدن خاک دامنه سد به درون سنگچین جلوگیری شود
مزیت سنگ چینی دستی
در سنگ چینی دستی ، قطعات به صورت منظم و محکم در کنار یک دیگر قرار گرفته و همانند یک سنگفرش ، کنار قطعه سنگها در یکدیگر قفل می شود و همین امر موجب تشکیل لایه ای صلب می گردد که احتمالاً تحمل جابه جاییها و نشستهای موضعی در آن ، نسبت به یک لایه سنگچین ماشینی کمتر است . همچنین یک لایه منفرد سنگچین دستی به علت احتمال جابجا شدن
قطعات در اثر امواج یا خرد شدن گوشه های قطعات ، آسیب پذیری بیشتری دارد.
با توجه به دلایل ذکر شده و با توجه به هزینه کارگر ، استفاده از سنگ چینی
دستی به ندرت کاربرد دارد .
جدول زیر یکی از جداولی است که وزن قطعات ،اندازه آنها و ضخامت لایه سنگچین را بر اساس ارتفاع موج پیشنهاد می کند
بررسی دوام و علل آسیب پذیری لایه سنگ چینی
1 جدا شدن دانه ها و تجمع یافتن دانه های سنگچین در ضمن اجرای آن و پیدایش حفره هایی که موجب شسته شدن لایه بندی می شود .
2 جدا شدن و تجمع یافتن قطعات سنگهای بزرگتر از اندازه در لایه سنگچین که در
نتیجه موجب شسته شدن خاکهای بدنه سد در لایه سنگچین می شود .
3 ادامه نیافتن لایه سنگچین به زیر تراز حمله موج در پایینترین تر از آب دریاچه . در این
مورد در تخلیه های بعدی آسیب پذیری بیشتر است .
4 اشتباه در محاسبه موج طرح و تخمین شدت حمله موج در حد کمتر از م قدار واقعی .
5 کیفیت ضعیف قطعه سنگها از عوامل دیگر تخریب شدن لایه سنگ چینی ا ست ،
بنابراین دوام فیزیکی و یکپارچگی قطعه سنگها را نباید در طراحی سن گ چین فراموش کرد .
مطالعه تجربی و دوام سنگچین در چند سد
به منظور بررسی دوام یا آسیب پذیری لایه های سنگچین بعضی از مهندسان و پژوهشگران روی سدهای ساخته شده مطالعاتی انجام داده اند . از جمله این بررسی ها ، می توان پژوهشی از کارشناسان کانادایی را که در سال 1970 انجام گرفته است در اینجا ذکر نمود .
در این بررسیها ، آسیب دیدگی جزیی به معنای جابه جا شدن بعضی از سنگها
روی سطح دامنه است و آسیب دیدگی عمیق به مفهوم تخریب قسمتهایی از
سنگچین تا حد آشکار شدن لایه زیرین ، و منظور از آسیب دیدگی کلی شسته
شدن بخشی از بستر لایه زیرین سنگچین در اثر امواج است . همچنین
درصد آسیب دیدگی نسبت به طول سد سنجیده شده است .
برآورد و محاسبه اولیه ابعاد سد خاکی
(Free board ) ارتفاع آزاد
ارتفاع آزاد اختلاف ارتفاع تراز حداقل تاج با تراز حداکثر
دریاچه در هنگام سیلاب می باشد .
عوامل موثر در انتخاب ارتفاع آزاد عبارتند از :
1 تراز آب در بالای سرریز در زمان عبور دبی حداکثرخروجی
2 ارتفاع موج
3 نشست تابع زمان بدنه سد و پی آن
4 شرایط پائین دست
ارتفاع موج نقش مهمی را در انتخاب ارتفاع آزاد بازی می کند . برای تعیین ارتفاع
حداکثر موج در دریاچه پشت سد معمولاً از روابط تجربی زیر استفاده می شود :
برای تعیین ارتفاع آزاد باید به نشست تابع زمان بدنه و پی سد توجه خاص داشت . برای جبران این نشست ، تاج سدهای خاکی بصورت قوس محدب در راستای طول سد ( عرض دره ) ساخته می شود تا پس از وقوع تمام نشست ها ، سطح تاج بصورت افقی و در تراز مورد نظر قرار بگیرد .
در سدهایی که به عللی ارتفاع آزاد آنها در مقابل موجهای تولید شده کم است ، یک دیوار موج شکن در وجه بالا دست و به موازات تاج سد احداث می گردد .
بر آورد تقریبی حجم خاک مصرف شده در واحد طول سد
محاسبه و برآورد حجم تقریبی خاک مصرف شده در واحد
طول سد خاکی با توجه به ارتفاع و شیب دیوارهای جانبی
و عرض تاج سد ، از دیاگرامهای موجود که در زیر نشان
داده شده است استفاده می نمایند .
پایداری سطوح شیبدار (شیروانی ها)
چنانچه بین دو نقطه از سطح زمین ، اختلاف ارتفاعی وجود
داشته باشد ، تشکیل یک سطح شیبدار می دهد که ممکن است
به یکی از سه حالت : شیب های طبیعی زمین ( مثل تپه ها )
شیب هائی که بوسیله خاکبرداریها بوجود می آیند و شیب هائی
که توسط خاکریزها بوجود می آیند ، باشد .
1 لغزش های چرخشی
2 لغزش های انتقالی
3 لغزش های مرکب
انواع مهم گسیختگی خاک در شیب ها عبارتست از :
در لغزش های چرخشی ، سطح گسیختگی ممکن است دایره ای یا غیردایره ای باشد .
بطور کلی لغزش های دایره ای در خاکهای همگن و غیردایره ای در خاکهای غیرهمگن رخ می دهد .
لغزش های انتقالی و مرکب در شرائطی پیش می آید که شکل سطح گسیختگی تح ت تاثیر لایه زیرین ، که مقاومت آن به مقدار قابل
ملاحظه ای با لایه روئی تفاوت دارد ، قرار گرفته باشد . لغزش انتقالی معمولاً درشرایطی پیش می آید که لایه زیرین در عمق کمی از سطح شیب قرار گرفته است .
در این حالت ، سطح گسیختگی ، کم و بیش یک سطح مستوی موازی شیب می باشد .
لغزش مرکب، معمولاً در شرائطی که لایه زیرین درعمق بیشتری قرار گر ف ته باشد ، رخ می دهد سطح گسیختگی ، در این حالت ، شامل قسمت انحناء د ار و مستوی می باشد .
علت اصلی شکست سطوح شیبدار را بیشتر شدن تنش برشی از
مقاومت برشی در سطح شکست دانست و بنابراین محاسبات
پایداری سطوح شیبدار، در حقیقت مقایسه نیروهائی که باعث
گسیختگی می شوند با نیروهائی که از گسیختگی جلوگیری می
کنند ، در سطح شکست می باشد .
گسیختگی خاک
نیروهائی که در محاسبات مربوط به پایداری سطح شیبدار در نظر گرفته می شوند ، عبارتند از :
الف نیروهای مخرب
به مجموع نیروهائی که باعث لغزش سطح شیبدار می شوند نیروهای مخرب می گویند .
یکی از مهمترین این نیروها ، وزن توده خاک بالای سطح شکست می باشد
ب نیروهای مقاوم
به مجموع نیروهائی که از لغزش سطح شیبدار جلوگیری می کنند ، نیروی مقاوم می گویند که مهمترین عامل آ ن کاهش مقاومت برشی خاک در سطح شکست می باشد .
عوامل ایجاد نیروهای مخرب
1 افزایش بار خارجی روی سطح شیبدار نظیر ، ساختمان ، آب و غیره .
2 افزایش وزن واحد حجم خاک در اثر ازدیاد درصد رطوبت .
3 خاکبرداری در قسمتی از سطح شیبدار .
4 ایجاد تونلی توسط زه آب .
5 ضربه ، نظیر انفجار و یا زلزله
عوامل کاهش نیروهای مقاوم
1 تورم رس به علت ازدیاد درصد رطوبت .
2 فشار آب منفذی .
3 ترکهای ایجاد شده در اثر خیس و خشک شدن متناوب خاک .
4 انتقال و پیشرفت گسیختگی در مورد خاکهای حساس .
5 از بین رفتن عناصر چسباننده ذرات خاک .
6 از بین رفتن فشار منفی منفذی ( کاپیلاریته ) .
مقدار ضریب اطمینان هر سطح لغزش را به این ترتیب تعیین
می کنند که ، ابتدا کلیه نیروهای مخرب و مقاوم را روی سطح فوق
مشخص کرده و سپس ، گشتاور این نیروها را نسبت به مرکز سطح لغزش
محاسبه می کنند . با در دست داشتن گشتاور نیروها ، از رابطه زیر ، ضریب
اطمینان بدست می آید :
حداقل ضریب اطمینان برای خاکهائی که فاقد چسبندگی هستند یک و هفت دهم
و برای بقیه خاکها یک و نیم در نظر گرفته می شود
فشار آب حفره ای به یکی از اشکال زیر بروز می نماید
فشار حفره ای ناشی از سفره آب زیرزمینی یا فشار هیدروستاتیک .
• فشار حفره ای ناشی از جریان یکنواخت آب در خاک . ( تراوش )
• فشار حفره های ناشی از مرحله تحکیم خاک به هنگام بارگذاری و یا
بعبارت دیگر فشار حفره ای ناشی از فشار همه جانبه در آزمایش فشار
سه محوری .
• فشار حفره ای ناشی از تغییر شکلهای برشی و لغزشی وبعبارت دیگر
فشار حفره ای اضافی ناشی از برش در آزمایش سه محوری
روش محاسبه ضریب اطمینان
روشهای مختلفی برای محاسبه ضریب اطمینان وجود دارد . بطور کلی
روش اصلی شامل استفاده از سطح شکست بصورت قوسی از دایره یا یک
قطعه لغزان یا هر دو است
همچنین در بعضی از موارد از سطح شکست بصورت مارپیچ و قطعه لغزانی شامل چند قسمت از قوس و یا قوسهای مرکب می توان استفاده کرد .
برای استفاده از هر یک از روشهای بیان شده
می توان از تنش کلی یا تنش موثر استفاده نمود
پایان