نام فایل : تاثیر نیروی زلزله بر پی سد ها

فرمت : .ppt

تعداد صفحه/اسلاید : 20

حجم : 2 مگابایت

موضوع :
تاثیر نیروی زلزله بر پی سد ها

مقدمه:
آسیب پذیری سدهای خاکی در برابر زلزله از دیرباز مورد توجه بوده زیرا مکرار شاهد ناپایداری آنها در هنگام زلزله های قوی و مخرب بوده ایم.
در آمریکا در اواخر دهه 1950توجه بیشتری به پایداری لرزه ای سدهای خاکی معطوف شد.
نمونه ای از خرابی سدهاوشیروانی های خاکی در زلزله را می توان در موارد زیر یافت؛ انهدام مخزن بلودین هیلزدر لوس انجلس ،انهدام شیروانی سد شفیلد در اثر زلزله نه چندان قوی سانتا باربارا در سال 1922.
حالت های شکست:
انواع آسیب های احتمالی یک سد خاکی به هنگاه زلزله به شرح زیر است:
الف.شکست و ریزش سد به علت وجودگسل اصلی در زیر قاعده سد.
ب.گسیختگی دامنه سد دراثر جنبش زمین
پ.از بین رفتن ارتفاع آزاد در اثر نشست نا متعادل در منطقه
ت.از بی رفتن ارتفاع آزاد در اثر لغزش دامنه ها وعریض شدن سد
ث.لغزش سد روی لایه های ضعیف
ج.سر ریزشدن آب از روی سد در اثر ایجاد امواج سطح آب

ويژگی های ديناميکی سدهای خاکی:
دامنه امواج ارتجاعي زلزله به هنگام عبور از لايه هاي سست ،زياد شده و از سرعت امواج کاسته مي شود.
در زلزله هاي شديد ،دامنه نوسانات به 30تا60سانتيمتر ،و طول امواج به 15تا30متر
مي رسد.نشست خاکهاي ريزدانه بيش از خاکهاي دانه اي(شني)است.
در جدول الف سرعت امواج زلزله براي برخي مصالح خاکي درج شده است.
جدول الف.سرعت امواج زلزله در محيطهاي مختلف

استهلاک:
مي دانيم که استهلاک موجب کاهش نيروهاي زلزله مي شود زيراانرژي حاصل از زلزله را جذب نموده و مستهلک مي سازد.
ضريب استهلاک سدهاي خاکي بر حسب نوع مصالح مصرفي متفاوت است و مي تواند بين 10%تا20%تغيير کند.فرکانس طبيعي اکثر خاکها بين20تا30هرتز است و با افزايش مقاومت خاک زياد مي شود.

محاسبه نيروهاي وارد بر سد به روش استاتيکي:
در روش استاتيکي ،نيروي زلزله به صورت يک نيروي افقي ثابت در برابردرصدي از وزن سد به آن وارد شده و آنگاه ضريب اطمينان سطوح احتمالي لغزش به روشهاي مختلف (فلينيوس،بيشاپ،روش گوه)محاسبه مي گردد.کمترين ضريب اطمينان با سطح لغزش بحراني متناظر خواهد بود.
شيرواني به لايه هايي قائم و موازي تقسيم شده و نيروي زلزله لايه nام به صورت دونيروي افقي بيان مي شود . يکي مربوط به قسمت خشک و ديگري مربوط به قسمت مرطوب است.
ضريب زلزله :
در آمريکا معمولا ضريب زلزله سذهاي خاکي را بين 05/0تا15/0 در نظر گرفته و نيروي زلزله را به صورت استاتيکي به سد اعمال مي کنند.آيين نامه ژاپني کميته ملي ژاپني ساخت سدهاي بزرگ در سال 1957ضريب زلزله را بين 12/0تا25/0تعيين نموده است .
البته بايد دانست که نيروي زلزله واقعي مي تواند بسيار بزرگتر از مقادير اختيار شده در روش استاتيکي باشد .علاوه بر اين به علت حرکتهاي ارتعاشي سد،توزيع شتاب در ارتفاع سد بر خلاف فرضيات بخش قبلي به صورت يکنواخت نبوده و هر قدر به سمت تاج سد نزديک شويم شتاب افزايش مي يابد. محاسبات نشان مي دهد که مقادير شتاب تاج سد مي تواند چند برابر شتاب پايه باشد . از اين رو در کنار روشهايي که مقادير ضريب زلزله را به طور ساده مساوي با يک مقدار ثابت فرض مي کنند روش هاي پيچيده تري نيز مورد استفاده قرار مي گيرد .که تبعا دقيق تر مي باشد.

تحليل ديناميکي سدهاي خاکي:
براي درک رفتار واقعي سدخاکي زير اثر ارتعاشات زلزله بايد مدل ديناميکي مناسبي را براي سد انتخاب نموده و پاسخ لحظه اي آن را مورد مطالعه قرارداد. تاکنون روشهاي مختلفي براي تحليل ديناميکي سدهاي خاکي توسط محققان مورد استفاده قرار گرفته است که اهم آن در زير آمده است :

تحليل ديناميکي سدهاي خاکي:
1.      روشهاي مبتني بر حل معادلات حرکت سد
2.      روش مجزا سازي سد به لايه هاي موازي ،و تحليل ديناميکي آن به روشهاي عددي
3.      روش اجزاءمحدود


روش مجزا سازي :
در اين روش سد به لايه هاي موازي تقسيم شده و خواص هر لايه (جرم و سختي)به صورت متمرکز و مجزا مدل مي گردد،و نهايتا سازه به صورت مجموعه اي از جرم ها متمرکز در مي آيد که با فنر به هم متصل شده اند.
گاهي هر لايه افقي را نيز به چند بخش مجزا تقسيم کرده و آنها را بافنر به هم وصل مي نمايند .چنين مدلي مي تواند بيانگر تغييرات خواص سد در مقاطع مختلف باشد. از مزاياي اين روش توانايي آن در بيان رفتار غير خطي سازه است .براي بدست آوردن معادلات حرکت ،ابتدا سد را صورت لايه لايه در مي آوريم .

بررسي اثر برخي از زلزله هاي وقوع يافته بر سد هاي خاکي در اطراف آن ها:
زلزله کانتی کالیفرنیا (kern country):
این زلزله که در 1952 اتفاق افتاد به بزرگی 6/7ریشتر بوده و تعداد 7سد را تا فاصله 150کیلومتری تحت تاثیر قرار داده است که ارتفاع این سدها از 6متر تا 27 متر بوده است.
شتاب ماکزیمم تخمینی از g0.6برای سد در فاصله 6کیلومتری تا g0.04 برای سد در فاصله 150کیلومتری تعیین شده است .
از ميان برداشته شده و راهكاري براي تحليل دقيق سد قوسي سنگ پي با هندسه دلخواه در دسترس قرار مي گيرد. اين نوشتار با ارايه راهكاري در جهت بالا بردن كارايي روش و كاهش زمان چشمگير محاسبه ماتريس امپدانس ادامه يافته و با تحليل نمونه هايي عددي، مقايسه با نتايج پيشينيان و نشان دادن درستي روش پيشنهادي پايان مي يابد.
بررسي اثر برخي از زلزله هاي وقوع يافته بر سد هاي خاکي در اطراف آن ها: (2)
در گذشته، مدل سازي بدنه سدها با استفاده از مجموعه اي از چند جمله اي هاي درجه دو يا سه انجام مي گرفت. ليكن جزيياتي نظير پياده سازي محل درزه ها، نقاط شروع ضخامت متغير در قوس هاي افقي، حفاري در تكيه گاه ها و غيره ناديده گرفته مي شدند. هم چنين در حالتي كه در قسمتي از شكل ساختگاه، نقطه عطفي وجود داشت، اين معادلات فاقد دقت لازم بودند. در اين مقاله يك فرمول بندي جديد براي طراحي شكل سدهاي بتني قوسي با الگوي قوس افقي سهموي ارايه شده است. در اين تحقيق با استفاده از 38 پارامتر جزييات شكل هندسي سدها با معادلات اسپيلاين درجه سه مدل سازي مي شود كه اين پارامترها براي استفاده در بهينه سازي شكل سد بعنوان متغيرهاي طراحي تلقي مي شوند. يكي از خواص اين روش ايجاد شکل هاي هموارتر و انعطاف پذيرتر در مقايسه با روش بوفانگ مي باشد. با استفاده از اين فرمول بندي نرم افزاري بر اساس قابليت هاي شي گرايي نسبي فرترن براي تحليل المان محدود سدهاي بتني قوسي تهيه شده است. برنامه به طور خودكار شبکه هاي المان محدود را براي سد، تكيه گاه ها و مخزن در حالات مختلف بارگذاري توليد می کند.


بررسي اثر برخي از زلزله هاي وقوع يافته بر سد هاي خاکي در اطراف آن ها: (3)
خروجي هاي برنامه شامل تغيير مكان هاي نقاط، تنش هاي اصلي، فركانس هاي ارتعاش، شكل مودهاي ارتعاشي و ساير اطلاعات مورد نياز در بهينه سازي شكل مي باشد که در تحقيقات آتي از آنها استفاده خواهد شد. نتايج تحقيق با نتايج تحليل سد شهيد رجايي مقايسه شده است.
ارزيابي رفتار سدهاي خاكي در برابر زلزله با توجه به ارتفاع سد و مدل رفتاري مصالح آن:
گرچه سابقه بررسي تاثير زلزله بر سدهاي خاكي به چند دهه قبل بر مي گردد ولي پيچيدگيهاي رفتاري اين گونه سازه هاي خاكي در شرايط مختلف هندسي و فيزيكي و نيز تفاوت ويژگيهاي زلزله ها موجب مي شود كه مطالعات دقيقتر با ابزار محاسباتي قويتر، نتايج جديد يا متفاوتي از وضعيت رفتاري بدنه سد را در مقابل زلزله نشان دهند.
ارزيابي رفتار سدهاي خاكي در برابر زلزله با توجه به ارتفاع سد و مدل رفتاري مصالح آن:
گرچه سابقه بررسي تاثير زلزله بر سدهاي خاكي به چند دهه قبل بر مي گردد ولي پيچيدگيهاي رفتاري اين گونه سازه هاي خاكي در شرايط مختلف هندسي و فيزيكي و نيز تفاوت ويژگيهاي زلزله ها موجب مي شود كه مطالعات دقيقتر با ابزار محاسباتي قويتر، نتايج جديد يا متفاوتي از وضعيت رفتاري بدنه سد را در مقابل زلزله نشان دهند. در مطالعه حاضر مدل رفتاري ساده لاستوپلاستيك مبتني بر معيار موهركولمب براي وضعيت پلاستيك شدگي خاك و نيز از قاعده ميرايي ريلي در محاسبات استفاده شده است.
ارزيابي رفتار سدهاي خاكي در برابر زلزله با توجه به ارتفاع سد و مدل رفتاري مصالح آن: (2)
در اين مقاله، ابتدا صحت كاركرد مدلهاي عددي از طريق تحليل ديناميكي موردهاي واقعي مانند سدهاي خاكي «لانگ ولي»، «سانتافله سيا» و مقايسه نتايج محاسباتي با نتايج حاصل از اندازه گيريهاي واقعي و يا نتايج ارايه شده توسط ديگر محققان بررسي شده است. همچنين در مطالعه حاضر علاوه بر تحليل لرزه اي سدهاي خاكي و بررسي پايداري آنها، به شيوه شبه استاتيكي هم پايداري سدهاي خاكي بررسي شده است لذا به منظور اعتبارسنجي نتايج تحليلهاي شبه استاتيكي و كنترل نتايج نرم افزار در محاسبه ضريب اطمينان شبه استاتيك، سد «كارسينگتون» تحليل شده است.

ارزيابي رفتار سدهاي خاكي در برابر زلزله با توجه به ارتفاع سد و مدل رفتاري مصالح آن: (2)
. از طرفي رفتار گسيختگي حاصل از تحليل اين سد نيز توانايي دقيق نرم افزار را در مشخص كردن سطح گسيختگي نشان مي دهد. در بخش اصلي تحليلها، رفتار لرزه اي سدهاي خاكي با شرايط انتخابي متفاوت مورد مطالعه پارامتري قرار گرفته است و به ويژه تاثير ارتفاع سد بر رفتار لرزه اي و انتخاب اندازه بهينه عرض تاج سد بررسي شده است و نتايج اين تحليلها به صورت نمودارهايي ارايه شده اند.