کنترل پایداری سدهای وزنی بتنی

منظور از پایداری، پایداری عمومی سد، شامل پایداری در برابر لغزش، واژگونی، شناوری و تنش وارد بر توده سنگ پی سد می شود. در مواردی که به علت ضعف پی، استفاده از شمع ضرورت می یابد، باید از ضوابط و روش های کنترل پایداری متناسب با تمهیدات طراحی مذکور استفاده شود. پی سد بسته به نیاز و با توجه به ملاحظات فنی، اجرایی، و اقتصادی می تواند افقی و یا شیب دار طراحی شود. مبانی و روش های ارائه شده برای کنترل پایداری در سطوح محتمل گسیختگی در محل تماس بدنه سد و پی و یا در توده سنگ پی (کمی پایین تر از سطح تماس سد و پی) و نیز در هر سطحی در داخل بدنه سد قابل استفاده هستند.

مدهای گسیختگی

با توجه به هدف از تحلیل پایداری (اطمینان از تعادل افقی، قائم و دورانی سازه)، مدهای گسیختگی زیر باید کنترل شوند.برای کنترل این مد گسیختگی، حداقل ضریب اطمینا ن لازم در مقابل لغزش در تمام سطوح محتمل لغزش محتمل باید وجود داشته باشد.

مد گسیختگی ناشی از عدم کفایت باربری پی

برای کنترل این مد گسیختگی، مقادیر تنش وارد بر پی در همه حالات بارگذاری باید در محدوده مجاز واقع شود.برای کنترل مد گسیختگی واژگونی، محل اثر برایند نیروهای محرک در ترکیب بار های مختلف باید در محدوده تعریف شده مجاز قرار گیرد. با این روش عملاً میزان بازشدگی سطح تماس سازه و پی در شرایط مختلف بهره برداری به طور ضمنی کنترل می‌شود.برای کنترل مد گسیختگی شناوری، ضریب اطمینان لازم در مقابل شناوری متناسب با شرایط مختلف بارگذاری باید تامین شود.

مبانی تحلیل تعادل حدی

اولین گام در تحلیل پایداری، شناسایی و تعیین هندسه بخشی از سازه، مستعد ناپایداری لغزشی و یا ناپایداری متناسب با مد گسیختگی مورد نظر، است. برای این منظور، موقعیت و هندسه سطوح جدا کننده بخش مستعد ناپایداری سازه که اصطلاحاً سطوح مستعد گسیختگی یا سطوح گسیختگی نیز نامیده می شوند، باید تعیین شود. سطوح گسیختگی می توانند ترکیبی از سطوح مستوی یا منحنی باشد، ولی به طور معمول و به منظور سادگی محاسبات، این سطوح به صورت مستوی در نظر گرفته می شوند.

تعیین سطوح مستعد گسیختگی یکی از مهم ترین مراحل تحلیل های پایداری بوده و مستلزم مشارکت کارشناسان با تجربه سازه و ژئوتکنیک است. در این خصوص، باید دقت نمود که اولاً سطوح گسیختگی به نحوی انتخاب شوند که امکان وقوع مد ناپایداری مورد نظر در امتداد آن ها امکان پذیر باشد، و ثانیاً بحرانی ترین سناریوهای مستعد ناپایداری با توجه به مشخصات سازه و مشخصات مصالح عبوری از سطح گسیختگی (جسم بتن یا سنگ پی، سطوح واریز اجرایی بتن، سطح تماس سازه و پی، و ناپیوستگی های توده سنگ پی) را شامل شود.

یکی از سطوحی که به طور معمول در تحلیل های پایداری مورد توجه بوده و در غالب موارد می تواند جزء یکی از سطوح بحرانی مستعد ناپایداری باشد، سطح تماس سازه و پی است، چرا که معمولاً مشخصات مقاومتی (مقاومت برشی ومقاومت کششی) این سطح در مقایسه با سطوح لغزش عبوری از داخل بدنه سد کم تر بوده و مساحت (طول) آن نیز در مقایسه با مساحت سطوح لغزش عبوری از داخل توده سنگ پی کوچک تر است. شایان ذکر این که، با فرض عبور سطح گسیختگی از توده سنگ پی بلافصل سازه (بدنه سد)، پارامترهای مقاومتی سطح تماس سازه و پی در تحلیل های پایداری معادل پارامترهای سنگ پی در نظر گرفته می شود. به همین جهت، در برخی موارد برای بهبود شرایط پایداری، سطح تماس سازه و پی به صورت شیب دار (به سمت بالادست) طراحی می‌شود.

در تحلیل پایداری در برابر واژگونی، به جای تعریف ضریب اطمینان، عملکرد مطلوب سازه با تعیین یک محدوده معین برای موقعیت قرارگیری محل اثر برآیند نیروها در سطح گسیختگی کنترل می‌شود. در این رویکرد، با توجه به میزان پذیرش بازشدگی (گسیختگی کششی) در سطح گسیختگی تحت اثر شرایط مختلف بارگذاری، محدوده مجاز برای محل اثر نیروی برایند تعیین می‌شود. شایان ذکر این که به طور معمول در تحلیل های پایداری، از مقاومت کششی سطوح گسیختگی بحرانی (نظیر سطح تماس بتن-سنگ، سطح واریز بتن، یا سطوح عبوری از توده سنگ پی) صرف نظر می‌شود.

در شرایطی که بازشدگی در سطح گسیختگی ایجاد شود، توزیع فشار برکنش (به دلیل نفوذ آب به بخش باز شدهسطح گسیختگی) کاملا تغییر خواهد نمود. بر این اساس، محاسبات پایداری باید با اصلاح فشار برکنش تا حصول یکشرایط سازگار در تحلیل تکرار گردد. همچنین باید توجه داشت که توزیع تنش در سطح گسیختگی نیز در اثر بازشدگیسطح گسیختگی تغییر نموده و بازتوزیع این تنش ها باید متناسب با میزان بازشدگی مجددا محاسبه گردد.

مد گسیختگی یا ناپایداری شناوری هنگامی روی می دهد که فشار خالص برکنش (فشار برکنش اعمالی بر کف سازهمنهای وزن آب سربار) از وزنسازه و سایر نیروهای قائم ناشی از سربارها بیش تر شود. از آنجا که وقوع این مد ناپایداریوابسته به مشخصات مقاومتی بتن سازه و توده سنگ پی نیست، عدم قطعیت های محاسبات کنترل شناوری بسیار کم تراز سایر مدهای گسیختگی می باشد. به همین جهت، به طور معمول، ضرایب اطمینان کم تری برای کنترل مد ناپایداریشناوری در نظر گرفته می شود.

ظرفیت باربری پی بر مبنای روش های تحلیلی، روابط متعارف ظرفیت باربری، و آزمایش های صحرایی و آزمایشگاهی برآورد می‌شود. ظرفیت باربری مجاز پی بنا به تعریف بیانگر حداکثر فشار قابل تحمل توده سنگ پی پس از اعمال ضریب اطمینان های لازم برای جلوگیری از گسیختگی (یا انهدام) پی و نیز محدود نمودن نشست پی (به نحوی که عملکرد سازه را مختل نکند) است.

بر اساس رویکرد فوق، در تحلیل کفایت باربری پی، میزان نشست توده سنگ پی به طور مستقیم محاسبه و ارزیابی نمی‌شود، و کنترل نشست با تعریف و اعمال ضرایب اطمینان مناسب بر ظرفیت باربری پی به طور ضمنی انجام می پذیرد. با توجه به این تعریف، تحت اثر بارگذاری های غیرعادی و فوق العاده ظرفیت باربری پی می تواند افزایش یابد. در سدها (یا سازه هایی) که بر روی توده سنگ ناهمگن و یا با درزه داری زیاد قرار می گیرند، گسیختگی لغزشی ممکن است در اثر گسیختگی برشی در امتداد میان لایه های ضعیف سنگ و یا ناپیوستگی ها رخ دهد. در این موارد، علاوه برضرورت شناسایی و کنترل مکانیزم های ناپایداری در برابر لغزش در توده سنگ، میزان نشست توده سنگ تحت اثر تنش های وارد بر پی باید با انجام محاسبات دقیق تر ارزیابی و کنترل شود.