هدف از این پژوهش بررسی تئوری پدیده تراوش با توجه به آمار سدسازی و مطالعات اخیر در زمینه تراوش می باشد
دانلود پژوهش در مهندسی عمران
بررسی تئوری پدیده تراوش با توجه به آمار سدسازی و مطالعات اخیر در زمینه تراوش
چکیده
سدها همواره از سازه های زیر بنایی شمرده میشوند و دارای ارزش حیاتی می باشند. در گذشته ایجاد سد عمدتاً با اهداف تأمین آب آشامیدنی و آبیاری مزارع کشاورزی بوده ولی امروز به دلیل نیاز به انرژی برق آبی و اهداف دیگر توسعه بیشتری یافته است. برآورد میزان ۲۰ میلیارد متر مکعب برداشت از آبهای شیرین جهان خود دلیلی بر اهمیت سد سازی در دنیای امروز است. از این رو، بررسی و جلوگیری از خرابی سدها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
اگرچه در گذشته پدیده روگذری، اولین دلیل تخریب سدها بوده است اما امروزه با افزایش دوره طراحی سیلاب، عمده ترین مشکلی که توجه مهندسان را به خود جلب کرده است، مسئله تراوش است. وجود تراوش در سدهای خاکی غیر قابل اجتناب است، اما اگر شرایط مناسبی برای فرسایش خاک وجود داشته باشد، موجب شسته شدن نقاط مستعد گردیده و چنانچه در ابتدای بروز فرسایش اقدامات لازم صورت نگیرد، به تخریب سد منجر می شود. اصولاً بروز تراوش در سدهای خاکی امری اجتناب ناپذیر است. اما می بایست تراوش طوری مهار شود تا در مدت 50 الی 100 سال بهره برداری سد، نتواند به پایداری و ایمنی سد لطمه ای بزند. با وجود تمام پیشرفت هایی صورت گرفته در علم مهندسی ژئوتکنیک، معضل تراوش تا به امروز اصلی ترین مشکلی است که در سدها بروز می کند.
اگرچه در گذشته پدیده روگذری، اولین دلیل تخریب سدها بوده است اما امروزه با افزایش دوره طراحی سیلاب، عمده ترین مشکلی که توجه مهندسان را به خود جلب کرده است، مسئله تراوش است، بطوری که وجود تراوش در سدهای خاکی غیر قابل اجتناب است. از این رو، با مشخص شدن اهمیت پدیده تراوش، در این تحقیق تئوری جریان آب در خاک ارائه خواهد شد.
کلمات کلیدی:
تراوش
آمار سدسازی
سدهای خاکی
علل خرابی سدها
مقدمه
کشور ایران بروی کمربند خشک کره زمین قرار دارد. متوسط بارندگی در ایران در حدود یک سوم بارندگی جهان و کمتر از یک دوم متوسط بارندگی آسیا میباشد؛ لذا اهمیت برنامه ریزی و مدیریت استفاده از منابع موجود آب امری حیاتی محسوب میشود. از این رو، شرایط اقلیمی کشور و نیاز آن به احداث سازه های ذخیره آب، احداث سدها را در دستور کار برنامه ریزان قرار داده است که به عنوان سازه های مهارکننده آبهای سطحی و کنترل سیلاب امکان استفاده بیشتر از آب رودخانه ها را فراهم می نمایند. مهار سیلاب ها و آبهای جاری به کمک احداث سد از امور زیربنائی در رشد و توسعه هر کشور از جمله ایران به شمار می آید.
در گذشته ایجاد سد عمدتاً با اهداف تأمین آب آشامیدنی و آبیاری مزارع کشاورزی بوده ولی امروز به دلیل نیاز به انرژی برق آبی و اهداف دیگر توسعه بیشتری یافته است. برآورد میزان ۲۰ میلیارد متر مکعب برداشت از آبهای شیرین جهان خود دلیلی بر اهمیت سد سازی در دنیای امروز است. یکی دیگر از اهداف مهم سد سازی بهبود و توسعه شبکه آبیاری و کشاورزی زمین های پایین دست است. در کشورهایی مانند ایران که پراکندگی زمانی و مکانی بارندگی ها نامناسب است و ریزش های جوی در فصولی صورت می گیرد که شاید نیاز کمتری به آب باشد و یا قسمت اعظم نزولات در برخی مناطق متمرکز است، تنها راه چاره و مقابله با این مسئله احداث سد می-باشد و این امر به خصوص در کشورهای که متکی به کشاورزی هستند اجتناب ناپذیر است. احداث سد، کسب و کار و درآمد ملی به همراه دارد. در زمان حاضر شبکه های آبیاری وتامین آب کشاورزی در ایران باعث توسعه، بهبود و رونق اقتصادی مناطق شده است. یکی دیگر از اهداف عمده سد سازی استفاده از نیروی الکتریسیته است.
استفاده از این منبع که ارزان ترین نوع انرژی در اغلب کشورهای دنیاست، بسته به نیاز و ویژگی های ساختمانی، اهداف متفاوتی دارد. امروزه احداث سد با هدف تولید برق آبی یک امر متداول بوده و کشورهای پیشرفته و حتی در حال رشد کمال استفاده را از این پتانسیل موجود می برند.
در صورت عدم توجه به شرایط ساختگاهی و ناکافی بودن مطالعات، خطر وقوع خرابی، سد را تهدید می کند. مطالعه آماری خرابی در سدهای خراب شده با توجه به وجود شباهاتی در شرایط، امکان ارائه راهکارهای مناسب در طراحی سدها توسط مهندسین را فراهم می کند. خرابی در سدها به اشکال مختلفی دیده می شود، شایع ترین علت شکت سدها خصوصاً در سال های اخیر فرسایش در اثر تراوش و یا رگاب بوده است. اصولاً بروز تراوش در سدهای خاکی امری اجتناب ناپذیر است. اما می بایست تراوش طوری مهار شود تا در مدت 50 الی 100 سال بهره برداری سد، نتواند به پایداری و ایمنی سد لطمه ای بزند. با وجود تمام پیشرفت هایی صورت گرفته در علم مهندسی ژئوتکنیک، معضل تراوش تا به امروز اصلی ترین مشکلی است که در سدها بروز می کند.
فهرست مطالب
چکیده
فصل دوم:مبانی نظری و پیشینه تحقیق12
2-1- تئوری پدیده تراوش13
2-1-1- مقدمه13
2-1-2- جریان در محیطهای متخلخل13
2-1-3- تراوش حالت پایدار ایزوتروپیک ناهمگن17
2-1-4- تراوش حالت پایدار، غیر ایزوتروپیک و ناهمگن18
2-1-5- جریان یک بعدی19
2-1-6- قانون دارسی در خاکهای غیراشباع21
2-1-7- ضریب نفوذپذیری خاکهای غیراشباع23
2-1-8- شرایط مرزی در مسائل آنالیز تراوش26
مرز نفوذپذیر27
2-1-8-1- ورودیها و خروجیها27
2-1-8-2- سطح تراوش28
2-1-8-3- خط تراوش28
2-2- آمار سدسازی در کشورهای مختلف28
2-2-1- خرابی سدها31
2-2-2- آمار خرابی سدها35
2-2-3- آمار دلایل مختلف خرابی سدها41
2-2-4- علل افزایش تراوش46
2-2-5- حجم مجاز و قابل قبول تراوش48
2-2-6- عواقب سوء تراوش51
2-3- مظالعات اخیر در زمینه تراوش54
2-3-1- مطالعه اِرسایین(2006(54
2-3-2- مطالعه می آ او و همکاران(2012)56
2-3-3- مطالعه نورانی و همکاران(2012)56
2-3-4- مطالعه پورکریمی و همکاران(2013)57
2-3-5- مطالعه کمان به دست و دلواری(2013)58
منابع
فهرست اشکال
شکل (2-1) عبور جریان در خاک های غیر اشباع15
شکل (2-2) تغییرات ضریب نفوذپذیری در یک خاک غیر اشباع18
شکل (2-3) تعادل استاتیکی و شرایط جریان رژیم پایدار در ناحیه با فشارهای حفرهای منفی21
شکل (2-4) بررسی آزمایشگاهی قانون دارسی برای جریان آب در خاکهای غیراشباع23
شکل (2-5) مراحل غیراشباع شدن خاک بر اثر خروج تدریجی آب و کاهش درجه اشباع به جهت افزایش مکش ماتریک24
شکل (2-6) اثر مکش ماتریک بر روی درجه اشباع25
شکل (2-7) تغییرات ضریب نفوذپذیری و درصد رطوبت نسبت به مکش ماتریک25
شکل (2-8) تغییرات ضریب نفوذپذیری بر حسب درصد رطوبت26
شکل (2-9) مثالهایی از شرایط مرزی27
شکل (2-10) مقایسه سدهای خاکی ساخته شده در هفت کشور دنیا(ICOLD, 2008)29
شکل (2-11) مقایسه سدهای سنگریزهای ساخته شده در هفت کشور دنیا(ICOLD, 2008)30
شکل (2-12) مقایسه سدهای وزنی ساخته شده در هفت کشور دنیا(ICOLD, 2008)30
شکل (2-13) آمار سدهای ساخته شده در ایران(ICOLD, 2008)31
شکل (2-14) تعداد موارد تخریب یا آسیب سدها در کشوهای مختلف (ICOLD, 2008)36
شکل (2-15) تعداد موارد تخریب یا آسیب در سدهای ثبت شده در ICOLD37
شکل (2-16) درصد موارد تخریب یا آسیب در سدهای ثبت شده در ICOLD37
شکل (2-17) توزیع تعداد موارد تخریب یا آسیب نسبت به نوع پی در سدهای ثبت شده در ICOLD38
شکل (2-18) توزیع درصد موارد تخریب یا آسیب نسبت به نوع پی در سدهای ثبت شده در ICOLD39
شکل (2-19) توزیع تعداد نوع تخریب یا آسیب وارده در سدهای ثبت شده در ICOLD40
شکل (2-20) توزیع درصد نوع تخریب یا آسیب وارده در سدهای ثبت شده در ICOLD40
شکل (2-21) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط میدل بروک43
شکل (2-22) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط گرونر43
شکل (2-23) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط تاکاسی44
شکل (2-24) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط باب44
شکل (2-25) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف توسط USCOLD (2008)45
شکل (2-26) آمار خرابی در سدها ناشی از علل مختلف45
فهرست جداول
جدول (2-1) حجم تراوش، میزان خسارات و اقدامات اصلاحی در بعضی از سدها49
جدول (2-2) توابع فعالیت بکار رفته در مطالعه ارسایین55