مدلسازی بار برکنش در سدهای بتنی با استفاده از روش اجزای محدود

چکیده سد یک سازه بسیار مهم و حساس است. از اینرو طراحی و ارزیابی پایداری آن در برابر پدیده های مخرب از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. یکی از نیروهایی که در جهت ناپایداری سد عمل می کند نیروی برکنش (uplift) می باشد. این نیرو در اثر اختلاف هد بین دو سمت سد و جریان یافتن آب درون پی ایجاد می شود. این فشار بر زیر بدنه ی سد نیروی بزرگی به سمت بالا اعمال می کند که می تواند موجب جدا شدن سد از پی و در نتیجه لغزش آن شود. لذا برآورد این نیرو و کنترل آن یک پدیده ی تاثیر گذار در طراحی سدهای بتنی می باشد. روش های مختلفی از گذشته تا به امروز نظیر روش های نظری- تجربی، روش های ریاضی و آزمایشگاهی برای ارزیابی و محاسبه ی میزان بار برکنش به کار گرفته شده است. اما از مهمترین پدیده هایی که در تراوش از محیط های توده سنگی شاهد هستیم، اندرکنش هیدرومکانیکال درزه ها می باشد. در تبیین پدیده اندرکنش هیدرومکانیکال می توان گفت که جریان سیال از توده سنگ درزه دار به صورت تابعی از بازشدگی درزه ها تعریف می شود که این درزه ها بر اثر سیستم تنش اعمالی ناشی از بارهای وارده به سد باز یا بسته خواهند شد. این باز و بسته شدن دهانه درزه ها باعث بوجود آمدن تغییراتی در نفوذپذیری توده سنگ شده که منجر به توزیع مجدد خطوط هم پتانسیل و نهایتا تغییر در نیروهای حاصل از تراوش می گردد که این اندر کنش در روش های پیشین در نظر گرفته نمی شد. لذا امروزه به طور وسیعی از روش های عددی به منظور برآورد مقادیر فشار منفذی درون محیط متخلخل استفاده می شود تا بتوان یک تحلیل کامل و دقیق در بررسی پدیده ی برکنش با در نظر گرفت اثر این اندرکنش انجام داد. در این تحقیق با استفاده از روش متداول و کاربردی اجزای محدود، یک روش مدلسازی دقیق جهت برآورد میزان بار برکنش درون پی سد مورد بررسی قرار گرفت و بر اساس آن الگویی کاربردی و ساده جهت توزیع بار برکنش در زیر سد ارائه شده است تا بتوان بدون در نظر گرفتن تحلیل های دقیق و واقعی تر در مدلسازی، جواب های تقریبی خوب و قابل قبولی را در اختیار داشت. به عبارت دیگر در این تحقیق، یک الگوی بار گسترده سطحی برای مدلسازی بار برکنش زیر سد در مدل اجزای محدود خطی ارائه شده است. بررسی های این تحقیق نشان داد که الگوهای آیین نامه ای رایج در توزیع بار برکنش، حتی در صورت تحلیل به روش اجزای محدود، در همسایگی پاشنه ی سد که یک ناحیه ی مهم و تاثیر گذار در پایداری سدها به شمار می رود، خطاهای قابل توجهی را در محاسبه ی تنش های ایجاد شده ی زیر سد از خود نشان می دهند، که این خطا در مدل پیشنهادی به مراتب کمتر می باشد. کلید واژه ها: بار برکنش (uplift)، سدهای بتنی، اجزای محدود، آیین نامه