بررسی عددی تأثیرات ساخت سرریز پلکانی روی سدهای خاکی غیرهمگن از دیدگاه پایداری شیروانی پایین دست

در سالهای اخیر ایده استفاده از بلوک های بتنی پیش ساخته و بتن غلتکی جهت محافظت از سدهای خاکی در برابر روگذری، که قابلیت استفاده به عنوان سرریز پلکانی را نیز داشته باشد، مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این پایان نامه، بررسی تأثیرات ناشی از احداث این سرریزها بر روی بدنه سدهای خاکی غیرهمگن از دیدگاه پایداری شیروانی پایین دست سد، با استفاده از روش عددی المان محدود می باشد. مطالعات صورت گرفته شامل دو بخش سرریز بلوک بتنی و سرریز بتن غلتکی می باشد. در مورد سرریز بلوک بتنی، از آن جایی که این سیستم نفوذپذیری بالایی دارد، نفوذ و نشت آب به درون بدنه سد خاکی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این حالت تأثیر عمق و مدت زمان جریان روگذر و نیز ضریب و نسبت نفوذپذیری مصالح پوسته سد بر روی الگوی نشت آب و ضریب اطمینان شیروانی پایین دست بررسی گشته است. اما در مورد سرریز بتن غلتکی، به دلیل عدم نفوذپذیری قابل توجه این سیستم، به خصوص در حین تراوش های کوتاه مدت، بحث نشت آب موضوعیت نخواهد داشت. در این حالت با مدلسازی سرریز پلکانی و درنظرگیری اندرکنش اصطکاکی کلمب، تأثیر این اندرکنش با بدنه سد، بر روی ضریب اطمینان شیروانی پایین دست مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصله برای سرریز بلوک بتنی، نشان می دهد که که چنان چه ضریب نفوذپذیری مصالح از cm/s 3-e1 بیشتر باشد، حتی به ازای اعماق روگذری کم، سرعت نشت جریان و وسعت ناحیه اشباع شده به شدت افزایش یافته و به تبع آن ضریب اطمینان شیروانی پایین دست افت محسوسی می کند. بنابراین، چنان چه مصالحی با نفوذپذیری مناسب برای پوسته پایین دست سد انتخاب نشده و یا راهکار مناسبی جهت جلوگیری از نشت جریان اتخاذ نگردد؛ استفاده از این نوع سرریزها می تواند پایداری سد را دچار مخاطره کند. از این رو، در این تحقیق، دو راهکار جهت اطمینان از پایداری شیروانی پایین دست سدهای روگذر دارای سرریز بلوک بتنی (در حین روگذری) پیشنهاد می گردد: استفاده از مصالحی با نفوذپذیری کمتر از cm/s 4-e1 برای مصالح پوسته پایین دست سد، و یا استفاده از یک سیستم نفوذناپذیر در زیر لایه زهکش سرریز. در حالت سرریز بتن غلتکی، اندرکنش بین سرریز و بدنه سد باعث افزایش مقاومت برشی شده و در نتیجه ضریب اطمینان شیروانی در حالت تراوش پایدار، افزایش خواهد یافت. در این حالت می توان برای بخشی از بدنه پایین دست که سرریز بر روی آن ساخته شده است؛ با رعایت تمامی جوانب و اصول مهندسی، از مصالح ضعیف تری استفاده کرد.