پاورپوینت مقایسه رفتار سدهای خاکی و بتونی در مقابل زلزله


مقایسه رفتار سدهای خاکی و بتونی در مقابل زلزله

فلات ایران از نظر لرزه خیزی بسیار پیچیده بوده و هر 5 سال یک زلزله مخرب در کشورمان رخ می دهد . لذا برای دستیابی به لرزه خیزی یک گستره، سه دسته داده های دیرینه زلزله شناسی، تاریخی و دستگاهی باید مورد استفاده قرار گیرند.
چکیده

قبل از طراحی و ارزیابی لرزه ای سازه ها لازم است که عواملی از قبیل لرزه زمین ساخت گستره طرح Seismotectonic)) انتخاب زمین لرزه برای سطوح مختلف طراحی، برآورد صحیح پارامترهای لرزه ای و انتخاب پارامترهای لرزه ای مد نظر قرار گیرند.

زمین لرزه ها معمولاً بر اثر عبور امواج لرزه ای از محدوده ای در پوسته زمین که حرکت گسل ها از آنجا سرچشمه می گیرد ایجاد م یگردند و به دنبال هر زمین لرزه متوسط تا بزرگ خسارات عمد های به روستاها، شهرها و دیگر سازه های مهم وارد شده و هزاران نفر نیز جان خود را از دست میدهند.
مقدمه:

مساله گسلش در محدوده سدها، همواره از جنبه های مختلف مد نظر مهندسین طراح بوده و بررسی های متعددی در این زمینه صورت گرفته است . صدها سد کوچک و بزرگ در نقاط مختلف جهان در معرض تکانهای
شدید زمین و احیانا جابجایی مستقیم در امتداد گسلها در محدوده ساختگاه قرار گرفته و طیف وسیعی از پاسخ ها، از شکست کامل تا رفتار بسیا رمقاوم از آنها مشاهده شده است.

در آنالیز خطر زمین لرزه باید کلیه منابع لرزه ای از جمله گسلها ( نقطه ای، خطی، ناحیه ای، صفحات شیب دار لرزه ای و منابع ناحیه زمینه) را مدل نمود و در محاسبات مد نظر قرار داد.
منابع نقطه ای، خطی، و ناحیه ای کمابیش در اکثر نقاط ایران یافت می شوند ولی منابع صفحات شیب دار در بعضی ا زمنابع مثل مکران و منابع ناحیه زمینه در منطقه زاگرس یافت میشوند.

بررسی های لرزه خیزی و زمین شناسی سیمای کلی منطقه را ترسیم می نماید که پس از آن باید بر روی شرایط محل متمرکز شد . از آغاز ثبت دستگاهی زمین لرزه ها کمتر از صد سال می گذرد و از سوی دیگر برخی زمین لرزه های بزرگ دارای دوره بازگ شت طولانی می باشند. لذا به منظور شناخت لرزه خیزی گستره یک محل و برآورد خطر زمین لرزه نیاز بیشتری به داده های مرغوب لرزه ای است.
عوامل موثر در انتخاب پارامترهای لرزه ای در سدهای بتونی:

با استفاده از شواهد روی گسل و جنبش آن می توان سن رویداد زمین لرزه را تعیین نمود و همچنین به کمک داده های زمین لرزه و کاربرد روشه ای آماری که عدم قطعیت داده ها را دارد محاسبات خطر زمین لرز ه می نماید، می توان بهبود نسبی را در برآورد خطر و خطرپذیری زمین لرزه برای ساختگاههای مختلف بدست آورد و دوره زمانی مطالعه را به ویژه در مورد رخدادهای بزرگ، به چندین سده تعمیم داد.

تشریح سنگها و گسلها، تفسیر ساز و کار زمین لرزه ها و گسلهای موجود در گستره طرح در برآورد توان فعالیت هر یک از گسلها در یک چارچوب واحد ، امکان پذیر است ولی به دلیل نقصان داده های لرزه خیزی، از نظر لرزه زمین ساختی، آگاهی ا زویژگیهای لرز هخیزی، بخشهای گسترد های از پوسته ایران چندان مطلوب نیست و این به سبب ایجاد دیدگاههای متفاوت درباره پهنه بندی لرزه زمین ساختی ایران شده است . لذا برای تفکیک آنها از یکدیگر عواملی از قبیل توزیع سطحی رو مرک ز زمین لرز هها بر روی نقشه، ضرایب لرز هخیزی، ساز و کار کانونی زمین لرزه ها، بزرگی، عمق کانونی، تاریخچه زمین ساختی ،میدان تنش و ویژگیهای زمین ساختی ناحیه باید در نظر گرفته شوند.

عواملی از قبیل بزرگی زمین لرزه طراحی، فاصله ساختگاه تا کانون زلزله، نزدیکی به گسل فعال، خواص فیزیکی و ضخامت روباره در ساختگاه، شرایط زمین شناسی محل، جهت انتشار شکست گسل، نوع گسلش و توپوگرافی منطقه در برآورد پارامترهای جنبش نیرومند زمین ( شتاب، سرعت، مقدار جابجایی، طیف پاسخ شتاب و …) در ساختگاه یک سد مهم می باشند. این اطلاعات که به صورت ناقص و غیرهمگن نسبت به زمان جمع آوری میگردند فیلتر نشده اند و لذا برای افزایش قابلیت اعتم اد و سازگاری اطلاعات، فیلتر کردن داد ه ها بسیار حایز اهمیت است و نهایتاً میزان خطر زمین لرزه را می توان بر اساس مقادیر شتاب، سرعت و … مرتبط با حضور گسل در نزدیکی محل سازه بیان نمود.

بر اساس نقشه پهنه بندی مقدماتی در آیین نامه 2800 ایران، ساز ههای آبی به سه منطقه خطر نسبی پایین و خطر نسبی متوسط و خطر نسبی بالا تقسیم بندی می گردند. لذا به منظور انتخاب پارامترهای لرزه ای باید نوع سد ( خطرپذیری آن از نظر ساختاری ( حجم مخزن، ارتفاع سد ) و اجتماعی اقتصادی ( خسارات وارد بر مردم و اقتصاد جامعه) و حالات احتمالی شکست آن ) همراه با میزان خطرپذیری سازه و خطر ساختگاه مدنظر قرار گیرد.

اطلاعات دینامیکی بدست آمده در مورد رفتار سدهای خاکی و سنگریزه ای در برابر زلزله هم نادر است و هم متناقض و در اکثر موارد نمی توان از این اطلاعات به عنوان پای های برای طرح دینامیکی سدهای خاکی استفاده نمود .
سدهای خاکی در برابر زلزله های شدید رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند، برخی کاملاً سالم مانده و برخی متحمل صدماتی مثل ترک خوردگی، نشست نابرابر و لغزشهای کوچک و بعضی دچار خرابی کامل و پدیدهی روانگرایی می گردند.
خرابی حاصل از زلزله در سدهای خاکی و سنگریزه ای را به مواردی از قبیل تغییر مکان دایمی، نشست متمرکز آب ،ترک طولی و عرضی، ناپایداری شیب سد و روانگرایی بدنه یا شالوده سد تقسیم بندی نمود.
طرح دینامیکی سدهای خاکی و اثر زلزله بر آنها

عواملی مثل متراکم شدن مصالح دانه ای به دلیل اعمال بار متناوب و شدید زلزله و بزرگتر بودن شتاب زلزله از شتاب بحرانی سطح لغزش باعث نشست می گردند. لازم به ذکر است که اگر خاک دانه ای اشباع و سست باشد در اثر اعمال بار متناوب ممکن است پدیده روانگرایی در آن صورت گیرد . بر اثر تغییر شکلهای نسبی دینامیکی در جهت طول سد و نشست نابرابر امکان ایجاد ترک عرضی وجود دارد، که به دلیل ایجاد مسیری برای عبور آب از میان هسته مرکزی سد، خطرناکترین نوع ترک ها می باشند. به علت اختلاف در مشخصات لرزشی سد و تکیه گاه، این ترکها در دو سمت سد و نزدیک تکیه گاههای جانبی ایجاد میگردند.

افزایش تنش ها و یا بالا رفتن فشار آب حفره ای باعث ناپایداری شیب سد می گردد و چون زلزله طبیعت متناوب با شدت متغیر دارد باعث لغزش و ناپایداری در مدت کوتاهی از زمان می شود که در این حالت تنش وارده از
مقاومت برشی خا ک بیشتر می گردد.
اگر مقاومت خاک بر اثر بارهای متناوب از بین برود و یا افزایش فشار آب حفره ای به دلیل بارهای متناوب باعث کاهش مقاومت برشی خاک گردد، ممکن است حالت روانگونگی در خاک ایجاد شده و گاهی یک پس لرزه کوچک، لغزش بزرگ و یا خرابی کامل را سبب میگردد.

انجام آزمایشات بزرگ مقیاس لرزش القایی بر سدهای خاکی و سنگریزه ای بسیار گران است ولی اطلاعات بسیار مفیدی در ارتباط با فرکانس طبیعی و شکل مدهای لرزشی سد بدست می دهند در حالیکه بعضی از رفتارهای سد از قبیل رفتار غیرخطی خاک، وقوع لغزش، افزایش فشار آب حفره ای و … نامشخص باقی می مانند. در آزمایشات دینامیکی روی م دل سدهای خاکی و سنگریزه ای دو پارامتر مشخصات دینامیکی سد و خرابی دینامیکی تحت یک لرزش خاص مطرح است که به این منظور از میز لرزان و یا دستگاه گریز از مرکز ( سانتریفیوژ) استفاده می شود.

در مورد تحلیل دینامیکی سدهای خاکی و سنگریزه ای، آمبرسیز ( 1960 ) استفاده از روش تیربرشی را مطرح نمود. سپس نیومارک ( 1965 ) نظریه تغییر شکلهای دایمی مجاز به صورت محدود را مطرح نمود و در نهایت با
پیشرفت علوم ، امروزه روشهای عددی ( تفاضل های محدود، اجزای محدود، اجزای مرزی و …) مورد استفاده قرار گرفته اند.

بررسی رفتار دینامیکی سدهای خاکی و سنگریزه ای تحت زلزله های خاص می تواند بیانگر مشخصات سد از قبیل نحوه گسترش شتاب زلزله در شالوده سد، گسترش تنشها و تغییر شکل های حاصل بر اثر زلزله در نقاط مختلف سد و تغییر فشا رآب حفره ای دینامیکی و نهایتاً تغییر مکانهای الاستیک یا پلاستیک در بدنه سد باشند. مدل رفتاری خاک می تواند خطی ، غیرخطی، الاستیک، الاستوپلاستیک، ویسکو الاستیک و یا پلاستیک باشد که روانگرایی نیز در آن بررسی می گردد.

گسلهای موجود در یک ناحیه در سه حالت عبور از ساختگاه، ایجاد زمین لرزه القایی مخزن و اعمال جنبش نیرومند زمین به ساختگاه با اهمیت قلمداد می شوند. مثلاً اگر یک گسل توانمند دارای پتانسیل لرزه خیزی بالا عامل ایجاد یک دره گسلی جوان باشد که سازه سد روی آن بنا می شود، این گسل از هر سه جنبه خطر گسیختگی زمین ( ایجاد برش در سازه) ،ایجاد زمین لرزه القایی و اعمال جنبش نیرومند زمین به ساختگاه، حایز اهمیت است و نیازمند توجه مطالعات ویژه ای از قبیل مرور داده های موجود، بازدید هوایی، تفسیر داده های ماهواره ای، بررسی زمین شناسی صحرایی، آزمایشات ژئوفیزیکی ، حفر گمانه، حفر ترانشه، تعبیه شبکه لرز هنگاری پریود کوتاه، تعبیه شبکه رفتارنگاری میکروژئودزی و … می باشد. برای شناسایی درجه فعالیت گسلها معیارهایی از قبیل زمین شناسی تاریخی، زلزله شناسی و ژئودزی مدنظر میباشند که در این مورد باید قطعه بندی گسلها را در نظر گرفت.
مطالعات موردی با تاکید بر اهمیت گسلها

برخی از سازه ها مثل نیروگاههای اتمی، تاسیسات مربوط به گاز طبیعی مایع، سدهای بتونی قوسی نازک با حجم مخزن زیاد را نباید روی گسلهای فعال ساخت . برای چنین سازه هایی پیامد شکست فاجعه باری متصور است و به سادگی نمی توان آنها را برای برش مستقیم در شالوده و بدنه سد طراحی کرد . لذا مطالعات گسلش در ساختگاه سدها ضروری بوده و می بایست متناسب با شرایط پروژه و ساختگاه مورد نظر، مطالعات را طرح ریزی نمود، بنابراین بررسی خطر گسلش باید به عنوان یک مطالعه مستقل انجام شود تا آهنگ جابجایی گسل در طول عمر مفید سد بدست آید که به مهندس طراح امکان طراحی پایدار در قبال خطر گسلش را خواهد داد.

پیش بینی دقیق شتاب نگاشت زلزله های آینده در یک ساختگاه ممکن نیست . لذا پیش بینی طیف پاسخ که نمایانگر اینگونه حرکات در محل سد می باشد موثرترین روش برای مقابله با وقایع آینده است . شکل طیف پاسخ در ساختگاه یک سد را می توان به دو روش تجربی، شامل میانگین طیفهای نرمالیزه شده و میرایی دامنه طیفی و یک روش تحلیلی به نام روش تحلیلی ستون خاک بدست آورد . بنابراین در صورتی که گسلی از زیر ساختگاه سدی عبور نماید، بایستی آن را فعال در نظر گرفت، مگر آنکه دلایلی دال بر عدم فعالیت آن یافت گردد. عبور گسل از زیر محور سد مخزنی کارون 4 و شیروان نشان داد که این گسلها می توانند در آینده فعال گردند.
نتیجه گیری

1. ICOLD (International Commission on Large Dams), «Guidelines for evaluating potentially
active faults with surface breaking capabolity and effects of crustal movements influencing the
dam sites 1977.
2. Mahdavian, A. and Sasatani T. «Spectral shape of acceleration at high frequencies:
Attenuation and site effect.«J. Hokkaido Uni.Ser.VLL (Geophys.),9,1949, PP. 415 – 427.
3. Ambraseys, N.N, ( 1960-a) "On the Seismic Behaviour of Earth Dams" 2nd WCEE Vol.2pp
1345 – 1363.
4. Seed, H.B, & makdisi, F.I. (1978) "performance of Earth Dams During Earthquakes" ASCE,
Jr. Geot. Eng. Vol.104 No. GT 7, pp 967 – 993.
5. Haeri, S.M. (1988), "Reseponse of Earth and Rokfill Dams to strong Earthquakes Including
Dam- Foundation Interaction Effects" Thesis Submitted for portial Fulfilment Of ph.D.
Degree,Imperial College, London.
6. Mononobe, N. Takata,A & Matumara, M. (1936) "seismic stability Of Earth Dams" 2nd
Congress On Larg Dams Question Vll, pp 435 – 443.
7. Clough, R.W and Pritz D. (1956), "Earthquake Resistance Of Rockfill Dams" ASCE, Soil
Mech. and found .Eng. Div. Vol. 82,No. SM2. Peper 941.
8. Hatanaka.M. (1955),"Fundamental Consideration On The Earthquke Resistants Properties of
Earth Dems "Disater pervention Research Institute, kyoto University. Bulletin No.11
9. Ambraseys, N.N (1960-b) "The Seismic Stability Of Earth Dams "2nd WCEE, Vol. 2pp .
. 10 پژوهشکده حفاظت و مرمت آثار تاریخی – فرهنگی – سال یابی نمون ههای خاک و سنگ گسل در ساختگاه سد شیروان 1376
منابع