ایمن سازی سدهای قوسی
سد سازی در تمام كشورهای جهان این موضوع را به اثبات رسانیده، كه هر چه سد بلندتر و مرتفع تر باشد، اهمیت اقتصادی و جنبههای امنیتی آن بیشتر خواهد بود. بطور كلی، سدهای قوسی با مخازن عظیم ثابت كردهاند كه در صورت فروریزی و خرابی، عواقب این مسئله كاملاً جدی بوده و نه تنها اقتصاد ملی را متحمل زیان قابل توجهی میكند، بلكه جان و مال مردم را شدیداً به خطر خواهند انداخت.
بنابراین باید اهمیت بالایی به مسائل امنیتی سدهای قوسی داده شود و بررسیهای عمیقی باید به سمت تنش، تغییر شكل و مكانیزم تخریب در حین بهره برداری از این سدها سوق داده شود. همچنین ارزیابیهایی در ارتباط با ضریب اطمینان سدهای قوسی باید صورت پذیرد.
سدهای قوسی از انواع سدهای با اضافه ظرفیت باربری بالا و خصیصهی خود انطباقی و برتری نسبت ایمنی به قیمت بهره میبرند. هر چه سد قوسی مرتفع تر و بزرگتر باشد، به همان نسبت، شرایط زمین شناسی محل سد پیچیدهتر بوده و ظرفیت مخزن نیز بزرگتر خواهد بود. بنابراین، در صورت وقوع هر گونه خرابی در این سدها، اقتصاد ملی متحمل زیان فراوان شده و زندگی و دارایی مردم در معرض خطر قرار خواهد گرفت. در نتیجه، خسارت بالای ناشی از فروریزی سد نشان دهندهی اهمیت بالایی است كه باید به ارزیابی و نظارت بر مسائل امنیتی سد اختصاص داده شود.
در حال حاضر، مهمترین اهداف در بررسیهای امنیتی در این زمینه شامل، تئوری مقاومت، تئوری پایداری، تئوری قابلیت اتكاء، تئوری صدمات شكستگی به همراه تحلیلهای شبیه سازی عددی، تست مدل ژئوهندسی، ارزیابی و تحلیل بالعكس دادهها و غیره است.
به طور كلی اكثر سدهای قوسی دارای شرایط ژئولوژیكی پیچیده، شرایط محیطی ناسازگار، عدم قطعیت فیزیكی (تصادفی)، پارامترهای مكانیكی و غیره هستند. تمام این فاكتورها باعث عدم قطعیت در تحقیقات صورت گرفته در زمینهی امنیت سدهای قوسی شده است. تمام تئوریها و اهداف حال حاضر دارای نقطهی ضعف و نقطهی قوت بوده كه باید پیشرفتها و تكمیلات مربوطه به سرعت صورت پذیرد.
بررسی ایمنی سدهای قوسی توسط تئوری مقاومت
بر طبق تئوری مقاومت، خرابی یك سد قوسی به جهت تركهای قوسی ایجاد شده بر اثر تنشهای كششی اضافی، تسلیم شانه و یا بدنهی سد بر اثر تنشهای فشاری اضافی، لغزش بدنهی صخرهای سد در امتداد سازهی نرم و ضعیف بر اثر تنشهای برشی اضافی و… به وقوع میپیوندد.
بررسی ایمنی سدهای قوسی توسط تئوری پایداری
طبق مكانیك سنتی، هیچ گونه مشكل پایداری وجود ندارد، و لغزش سد قوسی در امتداد سطح تماس فونداسیون، ناپایداری شانههای سد، لغزش بلوك سنگی در امتداد سطح تماس سازه، همگی مرتبط با تخریب مقاومتی هستند. اما با توجه به تعریف پایداری كینماتیك، هر گونه تغییر در یك حالت و یا یك شی، یك حركت به حساب آمده و موضوع پایداری مطرح میشود.
زمانی كه تمام بدنه سد به دلایل مختلف درحالت پایداری محدود شده به سر میبرد، تنها یك آشفتگی جزئی باعث انحراف سد از حالت تعادل اولیه خود شده و باعث تخریب غیر قابل بازگشت میشود. با توجه به این اصل كه زمانی كه تخریب كامل سد قوسی اتفاق میافتد، حالت سكون سد به حالت قابل حركت تغییر میكند. تخریب كامل سدهای قوسی ممكن است در ارتباط باپایداری باشد.
اما بر خلاف ناپایداری كمانشی، این نوع ناپایداری مربوط به ناپایداری حد نقطهای بوده و شاخص تعیین كنندهی امنیت سد قوسی همان اتكاء سد است. با توجه به تحقیقات صورت گرفته در ارتباط با ناپایداری سد قوسی تا هم اكنون هیچگونه پیشرفتی نه بر پایهی تئوری مكانیكی دقیق حتی به شكلی ساده و عملی صورت نگرفته است.
در حال حاضر، پیشرفتهایی در زمینههای تحقیقاتی در ارتباط باپایداری كلی سد قوسی به قرار زیر صورت گرفته است.
- روش اضافه بار
- ذخیرهی مقاومت
- روش تركیبی اضافه بار
- ذخیرهی مقاومت و غیره.
روش اضافه بار
طبق این روش، با فرض ثابت بودن پارامترهای مقاومت مصالح و تحت عمل تركیبی بارهای عملی نرمال، بار افقی با افزایش حجم مخزن (بالاتر رفتن تراز آب) تا آنجا افزایش مییابد، كه ناپایداری و تخریب سد قوسی واقع شود.
ثابت اضافه بار عبارت است از نسبت بار تخریبی به بار قائم (نرمال)، ضریب اطمینان اضافه بار غالباً بسیار بالا بوده و میتواندبه روش مدلسازی ژئومكانیكی و یا شبیه سازی حسابی بدست آید. با این حال در عین فعالیت طبیعی سد قوسی اضافه بار بیش از اندازه بسیار غیر محتمل است، به علاوه، اثر عواملی همچون خوردگی، نشست و قلیایی شدن مصالح سازهای به دلیل وجود آب بر روی مقاومت در نظر گرفته نشده است. مخصوصاً ناحیهی ضعیف پی سنگی. به هر حال، خطر واقعی به خاطر تشدید بار نبوده، بلكه بخاطر كافی نبودن مقاومت مصالح است.
روش ذخیرهی مقاومت
بر طبق این روش، تحت شرایط عدم تغییر بار عمودی، مقاومت بدنه سد و پی سنگی به تدریج كاهش مییابد، تا زمانی كه ناپایداری و تخریب سد قوسی وقوع یابد. با این حال، در این روش به تعدادی مدل نیاز است. به طور كلی این آزمایش بر طبق اصل تعادل انجام میشود، بدین معنا كه به جای ثابت نگه داشتن بار خارجی و كاهش تدریجی مقاومت مصالح، مقاومت مصالح ثابت نگه داشته میشود و همزمان بار خارجی و بار مردهی خود سد افزایش مییابد، تا آنجا كه تخریب صورت پذیرد.
برای آزمایش به روش ذخیرهی مقاومت معادل، مشكل اساسی كه همزمان بودن افزایش بار خارجی پی سنگی و بدنهی سد است باید حل شود.
روش تركیبی
تخریب یك سد قوسی تنها به دلیل اضافه بار یا كاهش مقاومت مصالح نیست، بلكه به دلیل اثر توامان دو فاكتور مذكور است.بر طبق روش تركیبی، با تركیب كردن اضافه بار با ذخیره مقاومت، زمانی كه سد قوسی به یك ضریب اضافه بار مشخصه میرسد، مقاومت باید به اندازهی آن مرتبه كاهش داشته شود، كه باعث تخریب سد قوسی میشود.
روش تركیبی از لحاظ تئوری معقول بوده، اما عملكرد واقعی نسبتاً كامل شده است. خصوصاً هیچ گونه استاندارد استواری در ارتباط با اینكه تا چه اندازه باید اضافه بار ایجاد شود، قبل از اینكه مقاومت مصالح كاهش پیدا كند، وجود ندارد. در حالحاضر، مطالعهی كلی تخریب ناپایداری، تنها توسط آزمایشهای مدل هندسی صورت میپذیرد و موفقیتهایی در شبیه سازی كامپیوتری و محاسبات عددی روند خرابی سدهای قوسی صورت پذیرفته است.
تئوریهای دیگری در زمینهی ارزیابی ایمنی سد قوسی
- عدهای از پژوهشگران معتقدند كه تخریب یك سد و تودهی سنگی به دلیل گسترش مستمر تركهای ایجاد شده بر اثر تجمع دائمی آسیب اولیه است و بنابراین فرآیندهای مكانیك آسیب و مكانیك شكست را میتوان برای مطالعهی تخریب سدهای قوسی انطباق داد.
- شكافتن بر اثر آب، فاكتور اصلی در جهت انتشار تركهای ابتدایی است.
- پژوهشگران دیگر به سد قوسی به عنوان یك سیستم دینامیكی توجه كرده و خرابی را از نقطه نظر تغییر شكل غیر خطی موردبررسی قرار دادهاند.
- زمانی كه تخریب تجمعی و تغییر شكل سیستم سد قوسی از بینظمی به انتظام گسترش مییابد، و منحنی تغییرشكل سیستم از روال مساوی و خطی به شتاب و غیر خطی گسترش مییابد، خرابی كلی در حال صورت پذیرفتن است.
- سدهای قوسی به طور فزایندهای بلندتر ساخته میشوند و شالودهها نیز به طور فزایندهای پیچیدهتر میشوند. شرایط ژئولوژیكی پیچیده و متغیر، به همراه تلفات سنگین در صورت تخریب سدهای قوسی، دانشمندان را بر آن داشته تا به بررسی و حل مشكلات تكنیكی ساخت سدهای قوسی بپردازند.
- شكافتن و تسلیم شدن به دلیل تنش موضعی بیش از حد پاسخ طبیعی هر سد قوسی است. بی شك قبل از تخریب سد قوسی، یك فرآیند شكافت و تسلیم بوجود میآید و در طی این فرآیند پتانسیل سد قوسی پایدار مانده و بنابراین كاركرد ایمن ادامه مییابد.
- بنابراین بررسی عملكرد و مكانیزم سدهای قوسی در طی فرآیندی كه از تسلیم موضعی مقاومت شروع و تا تخریب كامل سد به طول میانجامد، بسیار لازم و ضروری است.
