مقاله در مورد کلیات طرح و ساخت سدهای خاکی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله در مورد کلیات طرح و ساخت سدهای خاکی دارای ۲۴ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد کلیات طرح و ساخت سدهای خاکی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد کلیات طرح و ساخت سدهای خاکی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله در مورد کلیات طرح و ساخت سدهای خاکی :

کلیات طرح و ساخت سدهای خاکی

بطور کلی سدی که بدنه آن از مصالح خاکی یا پاره سنگی یا از هر دو ساخته شود به نام سد خاکریز (۱) نامیده می شود و اگر عمده ی مصالح آن از خاک باشد،سد خاکی (۲)نامیده می شود.
از زمانهای بسیار پیش احداث سدهای خاکی به منظور تنظیم و ذخیره آب معمول بوده است،اما به علت امکانات محدود و عدم شناخت قوانین مکانیک خاک و هیدرولیک ،ارتفاع سدها و بندهای خاکی از مقدار محدودی بیشتر نمی شده است،هر چند از نظر وسعت و طول سد این محدودیت وجود

نداشته است.امروزه با پیشرفت علم مکانیک خاک و توسعه امکانات تکنولوژی و مطالعات دقیقتر توانسته اند سدهای خاکی را با ارتفاعهای قابل ملاحظه احداث نمایند بطوری که در حال حاضر،از مرتفعترین سدهای ساخته شده سدهای خاکی و پاره سنگی هستند.به علاوه زمینهایی که سابقاً برای ساخت سد بر آنها غیر مناسب به نظر می رسیدند هم اکنون می توانند به عنوان شالوده یا محل سد خاکی مورد استفاده قرار می گیرند.از مرتفعترین سدهای خاکی(یا پاره سنگی)عبارت است از:
سد«رگونی»(۳)(ارتفاع ۳۳۵ متر)و سد«نورک» (۴) (ارتفاع ۳۰۰ متر) هر دو در روسیه، سد« تهری» (۵)(ارتفاع ۲۶۰ متر) در هند،سد«میکا»(۶)(ارتفاع ۲۴۴ متر)در کانادا،و سد «اروویله»(۷)(ارتفاع ۲۳۵ متر)در ایالات متحده.
با وجود پیشرفتهای تکنیکی و علمی که تا کنون در زمینه ساخت سدهای خاکریز شده است هن

وز مشکل می توان راه حلهای ریاضی و محکمی را برای حل مسایل طراحی سدهای خاکی پیشنهاد نمود و از این رو بسیاری از اجزای سدها هنوز بر مبنای تجربه و ذوق و ذکاوت مهندسان طراحی و اجرا گردد،به عبارت دیگر نمی توان یک طرح نمونه وار و منحصر به فرد و کامل را همواره پیشنهاد نمود.
به منظور تأمین یک طرح دقیق و منطقی در سدهای خاکریز لازم است وضعیت شالوده سد و مواد تشکیل دهنده آن کاملاً مورد بررسی و مطالعه ی اولیه قرار گرفته و اجرای سد با روشهای کنترل شده و دقیقاً مطابق برنامه پیشنهادی طراح انجام پذیرد.
به عنوان یک اصل،دو نکته مسلو است که:
۱)سد به عنوان یک مخزن آب باید نفوذ ناپذیر باشد.
۲)در تمام وضعیتهای ممکن (بلافاصله پس از ساخت و ضمن ساخت،وضعیت مخزن پر،طغیان،تخلیه سریع،بارندگی و حتی در مواقع سیلهای استثنایی چند هزار ساله)سد باید مقاوم باشد.
روش ایجاد سدهای خاکی در حال حاضر عمدتاً با روش تراکم مکانیکی است،هر چند روشهای دیگری مانند روشهای هیدرولیکی و نیمه هیدرولیکی هم وجود دارد که از این روشها کمتر استفاده می گردد،مگر در مورد سدهای باطله که ضرورتاً هیدرولیکی است.
بخش اصلی سد خاکی که توده خاکی کوبیده شده است(در حقیقت سازه سد)به نام بدنه سد نامیده می شود،و زمینی که سد بر روی آن قرار گرفته تا آن حد که تحت تأثیر فشار حاصل از سد و نفوذ پذیری آب سد می باشد به نام شالوده است.به جز این دو بخش اصلی ،اجزای دیگری از قبیل آب بندها،زهکشها،پوششها،و غیره وجود دارد که اهمیت آنها به لحاظ حجم ناچیز است اما به لحاظ حفاظت و ایمنی و عملکرد سد برای سد نقش حیاتی دارند.

انواع سد های خاکی
از دیدگاه تکنیک و روش ساخت،سدهای خاکی دو گروه هستند که تقریباً تمامی آنها در گروه غلتکی(کوبیدنی)قرار دارند و تعدادی در گروه هیدرولیکی و نیمه هیدرولیکی طبقه بندی می شوند.منظور از سدهای غلتکی این است که ساخت سد با روش کوبیدن خاک که به وسیله غلتک است صورت می گیرد.این عمل معمولاً در لایه های ۱۵ تا ۲۲ سانتیمتری در هر نوبت تراکم کوبیده می شوند.منظور از روش هیدرولیکی این است که انباشته شدن مصالح ساخت سد(جابجایی مواد و قرار گرفتن آنها در محل)با کمک آب انجام می گیرد و در ضمن جدا شدن آب از خاک،نوعی طبقه بندی طبیعی در دانه بندی خاک صورت می گیرد که برای سد مناسب می باشد،یعنی دانه های درشت تر در کناره ها و دانه های ریز تر در وسط قرار می گیرند.
از دیدگاه همگنی بدنه سد،نیز می توان گونه های مختلفی را از هم تشخیص داد که عبارتن

د از:
نوع همگن(۸)،نوع مطبق(۹) یا مغزه دار و نوع دیافراگمی
۱-نوع همگن
نوع همگن به سدی گفته می شود 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 تأثیر 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 ممک

ن است از دامنه پایین دست در اثر زه اشباع شود از این رو قرار دادن زهکش افقی یا پنجه سنگی در پایاب ،و ایجاد پوشش بالادست در بستر مخزن و روی دامنه بالادست از روشهایی هستند که به منظور کنترل زه و پایداری بیشتر سد بکار برده می شوند.
۲-نوع مطبق
نوع مطبق(یا مغزه دار)از معمولترین نوع سدهای خاکی است .در این نوع نقش آب بندی سد به عنوان مخزن به عهده مغزه است و نقش استحکام و پایداری را عمدتاً پوسته سد ایفا می کند.پوسته پایین دست علاوه بر استحکام ،نقش زهکش را نیز دارد.
در این نوع سد ،تمام بدنه از مواد درشت دانه یا مخلوط ساخته می شود و فقط بخشی که نقش آب بند را دارد به صورت دیوار یا پرده غیر قابل نفوذ در بدنه سد تعبیه می گردد که ممکن است به صورت دیافراگم مرکزی یا در دامنه بالادست 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 شوند.پرده های آب بند اعم از که در قسمتههای مرکزی یا کناری قرار گیرند باید تا بالاترین نقطه سد ادامه یابند،و 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.
دیافراگمهای داخلی که از مواد صلب مانند بتن ساخته شوند ممکن است به علت نشست سد در بعضی از نقاط شکسته ش وند از این رو ترجیح داده می شود که مغزه دیافراگمی در وسط سد از خاک رس ساخته شود که عرض این مغزه خاکی در قاعده سد باید از ۳/ تا ۵/ برابر ارتفاع سد باشد.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 تأمین 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.
صلاحیت نوع خاک برای بنای سد خاکی و طبقه بندی خاکها
در بخشهای مختلف سد،مواد تشکیل دهنده آن ب اید ویژگیهای خاصی از لحاظ نفوذ پذیری ،استحکام برشی،تراکم پذیری،و مقاومت در برابرر پایپینگ داشته باشند.
جدول زیر ترتیب اولویت استفاده از انواع خاکها را در طراحی سد و برنامه ریزی اولیه آن نشان می دهد.علامتهای به کار برده شده بر اساس طبقه بندی«یونیفاید»می باشد که این طبقه بندی نیز به اجمال ارائه می شود.

گروه خاک مقاومت نسبی برشی مقاومت نسبی در برابر پایپینگ نفوذ پذیری نسبی اولویت برای مغزه سد غیر همگن اولویت برای سد همگن
خیلی خوب

خیلی خوب

خوب تا متوسط

خوب تا متوسط زیاد

زیاد

زیاد تا متوسط

زیاد خیلی زیاد

زیاد تا متوسط

زیاد

متوسط نفوذ ناپذیر
نیمه نفوذ ناپذیر
نفوذ ناپذیر
کم نفوذ پذیر ۱

۴

۲

۵

۳ ۱

۲

۳

۴

۵ GC

GM

SC

SM

CL

برای پوسته سدهای مغزه دار فقط می توان از انواع GW,GP,SW,SP استفاده نمود که ترتیب ترجیحی آن ها به همین ترتیبی که در ا ینجا یاد شده است.انواع دیگر خاکها به هیچ وجه مناسب پوسته سد غیر همگن نیستند هر چند نمی توان با اعتماد و اطمینان از انواع دیگر خاکها به جز آنچه که د ر جدول فوق آمده است برای مغزه سد یا برای سد همگن استفاده نمود،اما ترتیب اولویت گروههای دیگر برای دو هدف فوق صرفاً به منظور طبقه بندی عبارت است ازML,CH,OL,MH,OH
۲-۶ کلیاتی که در طراحی سد خاکی باید در نظر گرفته شود
بر اساس تجربیاتی که در مورد شکستن و تخریب سدهای خاکی به دست آمده است می توان نکات ذیل را به منظور تأمین ایمنی هر چه بیشتر و افزایش اطمینان در طراحی یک سد خاکی در نظر گرفت:
۱-به منظور جلوگیری از خرابیهای حاصل از جریان آب از روی سد،رعایت نکات زیر ضروری است:
الف)ظرفیت سرریز تا آن حد باشد که جریان حداکثر را بتواند عبور دهد.
ب)طرح چنان باشد که از سرریز شدن آب حاصل از امواج در شرایطی که سطح آب مخزن در بالاترین وضعیت است،جلوگیری گردد.
ج)ارتفاع اصلی تا آن اندازه باشد که حداقل ارتفاع آزاد را بعد از نشست کامل سد باقی بگذارد.
د)اقداماتی صورت گیرد که از فرسایش خاکریز سد به علت تأثییر امواج و نیز به علت اثر آبهای سطحی جلوگیری گردد.
ه)تاج سد به قدر کافی عریض باشد تا اثر زلزله های احتمالی بر آن تأثیر مخرب نداشته باشد.
۲-به منظور جلوگیری از خرابیهای حاصل از زه،مقدار جریان آب در بدنه سد و شالوده آن نباید تا آن حد باشد که تأمین هدف از ایجاد آن سد را خدشه دار سازد،و نیز فشار زه در هر نقطه در حدی باشد که موجب تخریب نگردد بنابراین:
الف)مقدار کمی جریان زه در بدنه و شالوده باید به میزان پیش بینی شده محدود گردد.
ب)خطوط جریان زه(یا به عبارت دیگر،خط زه آزاد)دامنه ی پایین دست حتی الاامکان از سطح خارجی دامنه پایین دست دور نگهداشته شود تا موجب خرابی پوسته ای شدن نگردد.
ج)فشار زه در هر نقطه و نیز شرایط دانه بندی و یکنواختی خاک و نوع تراکم،بویژه در حد فاصل لایه ها و در حد فاصل تغییر دانه بندی مواد،چنان باشد که امکان ایجاد پدیده پایپینگ وجود نداشته باشد.
د)امکان ایجاد نشت آب(به جز از مسیرهای معمولی و پیش بینی شده)در هر جایی باید به صفر برسد و الا امکان بروز پایپینگ را افزای می دهد.
۳-به منظور جلوگیری از خرابیهای ساختمانی لازم است:

الف)دامنه ها هر کدام در برابر کلییه نیروهای ممکن (از جمله زلزله)در تمام وضعیت ها پایدار باشند.
طرح فیلتر
فیلتر که معمولاً از جنس خاک(و گاهگاهی به صورت شبکه های فلزی و الیاف و بافته های از جنس پلیمرهای مصنوعی)است نقش اصلی آن جلوگیری از شسته شدن و حرکت مواد ریز دانه سازه خاکی می باشد،و بدیهی است که مورد کاربرد آن در مکانهایی است که تح

ت تأثیر جریان ز ه قرار دارند.به علت وجود زه(یعنی بر اثر گرادیان هیدرولیک)دانه های ریز می توانند از محیط خود جدا شده و به همراه حرکت آب به نقاط دیگری منتقل گردند به طوری که استمرار این پدیده موجب پوک شدن بخشی از خاک می گردد که خود موجب عدم پایداری می شود .به علاوه ،پیشروی پوک شدن به طرف گرادیان هیدرولیک بزرگتر(مخزن)موجب تسریع در تخریب می گردد که سرانجام منجر به تخریب کامل سد خاکی خواهد شد.
در تمام زهکشهای تعبیه شده برای سدهای خاکی،در چاههای کاهش فشار،در چاه

های ماسه ای،در هر گونه مرز دو لایه ای که به لحاظ دانه بندی تفاوت زیادی دارند،و موارد مشابه دگر،از جمله لایه انتقالی بین سنگچین حفاظت دامنه و سطح زیر آن،طرح و تأمین لایه های از فیلتر ضروری است.
تهیه و طرح فیلتر مناسب باید حاوی دو ویژگی اصلی باشد:اول اینکه هدف اصلی را که جلوگیری از شست شدن ذرات ریز است تأمین کند و دوم اینکه مقاومت آن در برابر حرکت زه بیش از خاک مورد حفاظت نباشد،زیرا در غیر این صورت فشار هیدرولیکی آب در مرز بین خاک اصلی و فیلتر موجب ناپایدار شدن خاک می گردد .به عبارت دیگر نفوذ ناپذیری لایه فیلتر باید بیش از نفوذ پذیری خاک مورد حفاظت باشد.
به منظور تأمین هدف اول لازم است که اندازه مربوط به ۱۵% منحنی دانه بندی فیلتر بزرگتر از ۴تا۵ برابر اندازه مربوط به ۸۵%منحنی دانه بندی خاک مورد حفاظت نباشد،
فیلترD15
D 85خاک مورد حفاظت
نسبت D 15فیلتر به D 85 خاک مورد حفاظت را نسبت پایپینگ گویند و این شرط را شرط عدم پایپینگ می نامند.
به منظور تأمین شرط دوم،لازم است که اندازه ی مربوط به ۱۵%منحنی دانه بندی فیلتر اقلاً ۴تا ۵ برابر اندازه مربوط به ۱۵% منحنی دانه بندی خاک مورد حفاظت باشد،یعنی:

فیلتر D 15
( حداکثر ۴۰ )۵تا ۴ > —————
D 15خاک مورد حفاظت
ضمناً دانه بندی فیلتر نباید بیش از ۵ درصد دانه های ریز تر از ۷۵ میکرن داشته باشد،رابطه فوق را شرط نفوذ ناپذیری نامند.

«تیلر»(۱۹۴۸)بر اساس تجربیاتش نتیجه می گیرد که نفوذ پذیری خاکها با (D 15)(10)متناسب است ،از این رو با رعایت شرط نفوذ پذیری در فیلتر باید نفوذ پذیری فیلتر ۱۶ تا ۲۵ مرتبه بیش از نفوذ پذیری خاک مورد حفاظت باشد و لذا نیروی زه در فیلتر به همین نسبت کمتر باشد.
پژوهشگران و مهندسان مختلف بر اساس تجربیات و آزمایشهایی که انجام دادهاند پاره ای محدودیت یا تسلیهاتی به این دو شرط ذکر شده افزوده اند که بر حسب مورد،رعایت این نکات موجب سهولت طرح می گردد.مثلاً آیین نامهU S B Rحداکثر اندازه دانه ها را در فیلت

ر به ۳ اینچ محدود می کند و این منظور جلوگیری از جدا شدن دانه های خیلی بزرگ از دانه های ریز تر در ضمن ریختن خاک در محل می باشد.همچنین آیین نامهU S A C E (1955)و U S A(1971)دو شرط ذیل را برای طرح فیلتر در نظر می گیرد:
D 15 فیلتر D 50فیلتر
<=5———— و ۵ <= ———————
D 85 خاک مورد حفاظت D 85 خاک ورد حفاظت
علاوه بر آیین نامه USACE(1955)یاد آوری می شود که:
شرایط ذکر شده در بالا برای تمام خاکها قابل استفاده است به جز برای رسهای با بلاستیسیته بالا تا متوسط که فاقد ماسه و سیلت باشند،برای این گونه خاکها لازم است از فیلتر مطبق استفاده شود.برای خاکهای رسی،D 15 فیلتر را می توان تا مقدار ۴/۰ میلیمتر هم رسانید و از شرط D 50 نیز صرف نظر نمود.با کاربرد این نکته اخیر،می توان برای خاکهای رسی با پلاستیسیته بالا تا متوسط ،از فیلتر یا لایه ای استفاده کرد،و به هر حال خاک فیلتر باید دانه بندی گسترده باشد و در عین حال به منظور عدم جدا شدن دانه ها با اندازه های مختلف،ضریب یکنواختی (نسبت D 60 بهD 15)آن از ۲۰ تجاوز ننماید ،زیرا هر چه ضریب یکنواختی بزرگتر باشد امکان جدا ش دن دانه های درشت تر از ریز تر در ضمن حمل و نقل و ریختن و کوبیدن خاک بیشتر می گردد.رابطه D 50 بیانگر موازی بودن تقر یبی منحنی دانه بندی فیلتر و خا ک مورد حفاظت است.
بعضی از پژوهشگران پیشنهاد می کنند که اگر خاک مورد حفاظت شامل درصد زیادی از قلوه سنگ و شن درشت است،طرح فیلتر آن بر اساس آن بخش از دانه بندی خاک ب اشد که از ۱ اینچ کوچکتر است.
همچنین نتایج مطالعات تجربی دیگری که اخیراً توسط «شرارد»و همکاران وی(۱۹۸۴)صورت گرفته

است به طور خلاصه به شرح زیر ارائه گردیده است:
د مورد فیلتر های ماسه و شنی با دانه بندی یکنواخت (D 15 فیلتر بین ۱ تا ۱۰ میلیمتر)تجربیات نشان داد که اینگونه فیلترها از حرکت دانه های تا قطر D 15 11/0 و بزرگتر جلوگیری می کنند،اما دانه های کوچکتر از این اندازه ممکن است عبور کند.شرط اصلی فیلتر یعنیD 15/D 85<=5 تا حدی محافظه کارانه است .شرط D 50/D 50وD 15 /D 15 بر اساس تئوری یا تجربه قابل حمایت نیست.فیلترهای تشکیل شده از دانه های گوشه دار و خرد شده مانند دانه های گرد شده کارآی

ی دارند.دانه بندی فیلتر الزاماً ضروری نیست که مشابه توزیع دانه بندی خاک مورد حفاظت باشد،این نتیجه گیری برای فیلترهای با دانه بندی نسبتاً یکنواخت و درصد ناچیزی از دانه های ریز تر از ۲۰۰ مش می باشد،هر چند می توان برای دانه بندی گسترده تا حدی که ضریب یکنواختی از ۱۰ تجاوز نکند نیز بکار برد.

برای سیلتها و رسهای ماسه ای،شرط D 15/D 85<=5قابل قبول و محافظه کارانه است،حدود«اتربرگ»خاک رسی هیچ گونه تأثیر مهمی روی طرح فیلتر ندارد .برای دو نوع خاک رسی با دانه بندی یکسان ولی با قابلیت واگرایی(۱۱)طرح فیلتر یکسان است.رعایت معیارهای تعیین شده برای طرح فیلتر در مورد فیلترهای بحرانی (مثلاً در دامنه پایین دست سد و در جلوی زهکش مایل در مجاورت هسته)ضروری است،اما در مورد فیلترهای غیر بحرانی(ماند فیلتر بالادست

سد)رعایت معیارهای کمی ضرورت ندارد.در مورد پروژه های بزرگ لازم است طرح پیشنهادی فیلتر در آزمایشگاه آزمایش گردد تا از لحاظ پایدار باشد،مثلاً در برابر یک گرادیان هیدرولیک حدود ۱۰۰۰ پایدار باشد.