بنام خدا

 

 

 

تحلیل پاسخ ساختگاه سد گلورد:کاری از رضا زارعی1390

 

4-1. مقدمه

رفتار زمین در رابطه با تاسیسات مهم و سازه­های بلند و بطور کلی ابنیه فنی از ارکان اساسی هر طرح به شمار می­آید. با توجه به پیشرفت در زمینه­های مختلف زمین­شناسی مهندسی و لرزه­شناسی در سالهای اخیر، دستیابی به شناخت صحیح­تر و مناسب­تر زمین هموار گردیده است، لذا آگاهی از چگونگی رفتار زمین در رابطه با سازه­ها در دراز مدت، نقش حیاتی در طراحی پروژه­های عمرانی ایفا می­نماید و هر چه این سازه­ها از اهمیت و پیچیدگی بیشتری برخوردار باشند، الزاماً دامنه کاوش و تحقیقات برای شناخت دقیق رفتار زمین گسترش می­یابد. بر این اساس ارزيابي پاسخ زمين يكي از مسائل مهم در ژئوتكنيك لرزه­اي محسوب می­گردد که طی دو دهه اخير مهندسين ژئوتكنيك لرزه­اي و زمين­شناسي مهندسي، تلاش وافري جهت يافتن تكنيك مناسبي جهت تخمين و تحليل كاربردي پاسخ زمين تحت نيروي زلزله داشته­اند.

اهميت مطالعه پاسخ زلزله از نقطه نظر اجتماعي و اقتصادي يكي از ضروريات انجام اين طرح پژوهشی مي­باشد. عدم قطعيتهاي جدي موجود در تحليل انتشار امواج الاستيك در داخل زمين مشكلات تخمين و ارزيابي صدمات و آسيبهاي احتمالي در مناطق فعال و لرزه­خيز را افزايش مي­دهند. در حین زلزله آسیب­های جدی می­تواند بر بسیاری از سازه­های مهندسی القا شود که یکی از انواع آن که می­تواند شدیداً در اثر این رخداد طبیعی تحت تاثیر قرار بگیرد سدها و مخصوصا سدهای خاکی هستند. بطور كلي بر اساس تجربيات زلزله­هاي گذشته و بررسي ميزان و نحوه توزيع آسيبهاي ناشي از آنها براي ايمني در مقابل مخاطرات ناشي از زلزله، دو عامل اساسي ايمني سازه و ايمني ساختگاه (محل احداث سازه) در نظر گرفته مي­شود. ايمني ساختگاه در هنگام زلزله بستگي به مخاطرات ژئوتكنيكي و زمين­شناسي نظير زمين­لغزش، روانگرايي و تشديد حركات زمين به علت شرايط ساختگاهي دارد. شرايط و اثر ساختگاه كه در دو محور تاثير توپوگرافي و شرايط خاك هر محل قابل بررسي است، نقش مهمي را در ميزان تخريب سازه­ها ايفا مي­كند و اصولاً موجب تقويت، تضعيف و تغيير در محتوي فركانسي حركات لرزه­اي مي­گردد.  

 

4-2. ساختگاه سد گلورد

مطابق شکل (1-4)، مختصات سد (49-36-53) درجه شرقی و (37-35-36) درجه شمالی می­باشد. بهترین راه دسترسی به سد از شهر نکا می­باشد. سد در حال ساخت گلورد در ارتفاع 640 متری از سطح آبهای آزاد بر روی رودخانه نکا در نزدیکی روستای گلورد و در 45 کیلومتری جنوب شرقی نکا و 15 کیلومتری شهر بهشهر در استان مازندران قرار دارد. بر اساس جدول (1-4)، این سد از نوع سنگریزه­ای با رویه بتنی (CFRD) با ارتفاع 113متر از پی، رقوم تاج سد 739، عرض کل سد در پی370 متر، طول تاج سد 270 متر، حجم 107 میلیون متر مکعب، مخزن 380 هکتاری و از نوع سدهای بلند محسوب می­شود که سرریز آن قادر است سیلابی در حدود 2300 متر مکعب بر ثانیه را از خود عبور دهد، دارای یک تونل انحراف به طول 460 متر و به قطر 5 متر به شکل نعل اسبی می­باشد. هدف از ساخت سد گلورد ذخیره سازی و تنظیم جریان آب رودخانه نکا و تامین نیازهای آب کشاورزی شرق مازندران شامل دشت نکا و بهشهر می­باشد. کاوش­های زمین­شناسی مهندسی و ژئوتکنیک، حفاری­های ژئوتکنیک و آزمایش­های تزریق سیمان در محل سد انجام گرفته که در این پایان­نامه از آنها استفاده شده است تا پاسخ غیرخطی ساختگاه سد انجام و طیف پاسخ شتاب تعیین گردد.

 

 

شكل (4-1). نقشه زمين­شناسي محدوده سد گلورد

 

4-3. زمین­شناسی و لرزه­ زمینساخت منطقه نکا

نكا يكي از شهرستان­هاي استان مازندران، در مختصات جغرافيايي 53 درجه و 20 دقيقه طول شرقي و 36 درجه و 40 دقيقه عرض شمالي واقع گرديده است. اين شهرستان با وسعت تقريبي 1865 كيلومتر مربع در شمال ايران و شرق مازندران در 21 كيلومتري شرق ساري،20 كيلومتري غرب بهشهر و 280 كيلومتري شمال شرقي تهران قرار گرفته و از شرق به  بهشهر، از شمال به درياي خزر، از جنوب به رشته كوه البرز و استان سمنان و از غرب به بخش مياندرود شهرستان ساري متصل مي­باشد.

شهر نكا با ارتفاع 45 متري نسبت به آبهاي آزاد جهان، طبق آخرين آمار در سال 1384 دارای جمعيتی بیش از 110هزار نفر مي­باشد. شكل هندسي آن هلالي بوده و گسترش آن از ساحل تا منتهي­اليه رشته كوه البرز به طول تقريبي 114 كيلومتر و عرض 12 كيلومتر مي­باشد كه تقريباً يك چهارم آن جلگه­اي و بيش از سه چهارم آن كوهپايه­اي و دارای فاصله حدود 25 كيلومتر تا دریا مي­باشد. شکل (2-4)، نمای هوایی شهرستان نكا را طبق آخرين تقسيمات كشوري نشان می­دهد.

 

 

شکل(4-2). موقعیت قرارگیری شهر نکا

 

منطقه نکا از نظر زون زمین­شناسی در ناحیه زون زمین­شناسی البرز مرکزی و در واقع غرب زون البرز شرقی و قدیمی­ترین واحد دگرگونه­های گرگان و شامل کوآرتزیت، کوارتز و ... می­باشد. بعد از دگرگونه­های جنوب گرگان قدیمی­ترین سنگ­های این ناحیه متعلق به سازند شمشک بوده و روی آن آهک­های کرتاسه فوقانی و تحتانی واقع شده است. در محدوده نکا لایه­های رس یا رس­های لای­دار سفت تا سخت و در ارتفاعات جنوبی آثاری از ماسه و گراول مشاهده می­شود که این لایه­ها از تجزیه و فرسایش سنگ بستر بوجود آمده­اند. نشست­پذیری این تشکیلات عمدتاً ناچیز می­باشد. در ناحیه کنار دریا عمق مشاهده این رسوبات نسبتاً زیاد است. با استناد به نقشه زمین­شناسی منطقه، گسل طویل و معکوس خزر که گسل اصلی مناطق شمالی بوده و جلگه ساحلی را از ارتفاعات جنوبی جدا می­کند از نزدیکی نکا عبور نموده و تعدادی گسل فرعی با روند شمال­شرق- جنوب­غرب و شمال­غرب- جنوب­شرقی به صورت متقاطع و در تماس با گسل خزر دیده می­شوند. گسل­های احتمالی در محدوده شمالی و شرقی و غربی نکا گزارش شده­اند که اکثراً روند شمال­شرق– جنوب­غرب دارند. جنبش این گسل­ها می­تواند موجب بروز خساراتی بر سازه­های این محدوده گردد. در نقشه خطر زلزله در ایران، پیوست آیین­نامه 2800 (تجدید نظر 3)، حداکثر شتاب افقی زمین معادل  g3/0 برای دوره بازگشت 50 ساله برای تخمین اثر زلزله مبنا (DBE) توصیه شده است. با توجه به نقشه لرزه زمینساخت ایران، بزرگی لرزه­ها تا شعاع 100 کیلومتری مرکز نکا مابین 3 تا 4/6 ریشتر و با عمق کانونی صفر تا 59 کیلومتر نیز به ثبت رسیده است. با توجه به وجود لایه افیولیتی در دریاچه مازندران و تحرک پلیت خزر بر اثر فرورانش، تاثیرات لرزه­ای با کانون میان دریاچه، خط ساحلی را تا ارتفاعات جنوبی تحت تاثیر قرار می­دهد و می­توان از زمین­لرزه­های رخداده در سال­های 1979،2001 و 2003 شمال شهر نکا با رومرکز در دریای خزر نام برد.

 

جدول (4-1). مشخصات سد گلورد

 

 در حال حاضر، روند جهانی به سمت ساخت تعداد بیشتری از سدهای سنگریزه­ای با رویه بتنی (CFRD) و افزایش ارتفاع این نوع سدها می­باشد. بطور کلی مزایای سدهای سنگریزه­ای با رویه بتنی نسبت به سدهای مشابه با هسته رسی را می­توان چنین بر شمرد:

1. بخاطر قرار گرفتن رویه بتنی و پرده تزریق در پنجه بالادست، بدنه و تکیه­گاه سدهای CFRD عموماً اشباع نبوده و در نتیجه پایداری شیروانی­های بالادست و پائین­دست با شیب­های تندتری برقرار خواهد بود. در نتیجه احجام بدنه سد در مقایسه با سدهای با هسته رسی کاهش قابل توجهی می­یابد.
2. خاکریزی بدنه در سدهای سنگریز با رویه بتنی بدلیل عدم وجود مصالح ریزدانه، دارای آزادی و سرعت عمل بیشتری از نظر اجرای عملیات ساختمانی است.
3. هزینه و حجم عملیات اصلاح پی در سدهای با رویه بتنی معمولاً کمتر است و غالباً بهسازی پی در اینگونه سدها منحصر به محدوده کف بند پاشنه یا پلینت است.
4. رویه بتنی در صورت بروز نشت آب، دچار فرسایش نمی­شود، از اینرو در این حالت همانند هسته­های رسی مسئله فرسایش داخلی وجود نخواهد داشت.
5. در مناطقی مانند ساختگاه سد گلورد نکا که از اقلیم مرطوب و پر بارانی برخودارند، اجرای عملیات خاکی هسته رسی غالباً با دشواری و تاخیرات ناگزیر مواجه است و طبعاً استفاده از سدهایCFRD واجد ارجحیت فنی و اقتصادیست.
6. در سدهای با رویه بتنی، احتمال وقوع پدیده شکست هیدرولیکی بسیار کم است. در دوران بهره­برداری بازرسی عینی و مداوم رویه بتنی بالادست امکانپذیر بوده و در صورت بروز هرگونه نقص یا آسیب به راحتی قابل کنترل و تعمیر می­باشد.

سد CFR گلورد نکا با ارتفاع 113متر و طول تاج 270 متر به عنوان بزرگترین سد CFR کشور و دومین تجربه ساخت CFRD  در جمهوری اسلامی ایران پس از سد بالادست و پائین­دست سیاه بیشه و سد نساء است. سد پروژه گلورد نکا از لحاظ موقعیت قرارگیری، در منطقه البرز مرکزی واقع است که از دیدگاه لرزه­خیزی جزء مناطق با خطر لرزه­خیزی بالا محسوب می­شود و بنابراین، ضرورت مطالعه همه جانبه و کامل رفتار سد تحت بارگذاری زلزله از اهمیت بالایی برخوردار می­باشد.

 

4-4. تحلیل آماری زلزله­ها در شعاع 250 کیلومتری سد گلورد

از آنجا که هدف اصلی در این پایان­نامه پاسخ غیرخطی ساختگاه سد گلورد نکا می­باشد، لازم است که گستره سد از لحاظ زلزله­خیزی با دقت بررسی شود تا بزرگترین زلزله­های بوقوع پیوسته شناسایی و پتانسیل لرزه­خیزی منطقه مشخص شود. شکل (3-4) بیانگر پراکندگی زلزله­ها در گستره مورد مطالعه و شکل (4-4) نمودار فراوانی زمین­لرزه­ها را بر حسب بزرگی در  شعاع 250 کیلومتری سد گلورد از سال 1903 تا 15/8/2012 نشان می­دهد. با توجه به این نمودار فراوانی تعداد زلزله­های با بزرگی بیش از 2 ریشتر که در کاتالوگ پژوهشگاه بین­المللی زلزله­شناسی و مهندسی زلزله ایران موجود می­باشد، 1367 فقره و یک زلزله با بزرگی بیش از 7، در این دوره زمانی می باشد.

 

 

شکل (4-3). 72  زلزله بالای 5 ریشتر در شعاع 250 کیلومتری سد از 1903 الی 15/8/2012

 

 

نمودار (4-1). فراوانی زلزله برحسب بزرگا­های مختلف

 

با بررسی کاتالوگ زمین­لرزه­های اطراف سد گلورد تعداد 10 زلزله بزرگ در شعاع 250 کیلومتری سد ثبت شده است. در جدول (2-4)، مشخصات این زلزله­ها و در شکل (5-4) رومرکز آنها مشخص شده است.

 

جدول (4-2). اطلاعات 10 زمین­لرزه بزرگ در شعاع 250 کیلومتری سد گلورد

 

 

شکل (4-4). رومرکز 10 زلزله با بزرگی بیش از 6 ریشتر در شعاع 250 کیلومتری سد از 1903 الی 15/8/2012

 

بزرگترین و نزدیکترین زلزله به سد گلورد که به ثبت رسیده زمین­لرزه 11/4/1935 کسوت مازندران با بزرگی 3/6 M_s= و مختصات (32/53 درجه شرقی و 36/36 درجه شمالی) می­باشد که رو مرکز آن در شکل (6-4) مشخص شده است. مشخصات گسل­های مسبب این زمین­لرزه نیز در جدول (3-4) ارائه شده است.

 

جدول (4-3). مشخصات گسل­های مسبب زلزله کسوت مازندران

 

 

شکل (4-5). رومرکز بزرگترین و نزدیکترین زمین­لرزه به سد گلورد (11/4/1935) با بزرگای3/6 در مقیاس امواج سطحی

 

4-5. پارامترهای زمین­شناسی مهندسی

روش استاندارد آزمایش برای آزمایش نفوذ (Standard Penetration Test) و نمونه­گیری از خاك­ها با لوله شكافدار (نمونه­گیر دو كفه­ای) برای بدست آوردن نمونه خاك معرف و اندازه­گیری مقاومت خاك در مقابل نفوذ نمونه­گیر را بطور كلی بعنوان آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) شناخته شده است.

شاخص کیفیت سنگ (RQD)، یکی از طرح­های طبقه­بندی مهندسی سنگ است که سعی بر ارائه یک راه عملی  و فرمولی برای طراحی تونل­ها، سازه­های زیرزمینی و به خصوص نگهدارنده­های مورد نیاز این سازه­ها دارد. در حقیقت ماهیت غیر ایزوتروپ بودن سنگ است که مشکلاتی را در تحلیل مکانیکی سنگ ایجاد می­نماید. شاخص کیفیت سنگ برای ارائه یک تخمین کمی از کیفیت توده سنگ که از مغزه­های حفاری بدست می­آید، بعنوان درصد قطعات مغزه سالم بلندتر از صد میلی­متر، نسبت به طول کل مغزه بدست آمده تعریف می­شود و به عوامل مختلفی از جمله لیتولوژی لایه­های سنگی، تراکم سیستم درز و شکاف­ها و شکستگی­های موجود در پی سنگ و زوایای آنها، پدیده هوازدگی و فرسایش، نوع لایه­بندی و پدیده­های تکتونیکی بستگی دارد.

برای بررسی­های ژئوتکنیکی جایگاه­های مختلف سد گلورد آزمایش­های مختلفی در گمانه­ها و موقعیت­های مختلف انجام گردید. یکی از جایگاه­های مهم سد گلورد که آزمایشات زیادی در گمانه­های آن صورت گرفت جایگاه سرریز جانبی سد می­باشد که در آن آزمایش­های صحرایی نفوذ استاندارد (SPT-CPT)، لوفران (نفوذپذیری رسوبات منفصل)، لوژون (نفوذپذیری در سنگ)، برش مستقیم، تحکیم، سه محوری، تک محوری و تراکم انجام گردیده است. علاوه بر آزمایش­های فوق، بررسی­های مختلفی در گمانه­ها و جایگاه­های مختلف که شامل بررسی رفتار هیدرولیکی، بررسی کیفیت مغزه­های سنگی (RQD)، بررسی ضخامت و جنس رسوبات منفصل در گمانه­ها، بررسی ناپیوستگی­ها، درزه­ها و شکاف­های موجود در مغزه­های سنگ آهک بودند، انجام گردیدند.

 

4-5-1. بررسی گمانه­ها و چاهک­های اکتشافی در سدگلورد

گمانه­های حفاری شده به چهار گروه تقسیم­بندی می­شوند که در جدول (4-4) اطلاعات کلی این گمانه­ها ارائه شده است.

 

جدول (4-4). اطلاعات کلی گمانه­های حفر شده

 

با توجه به جدول (4-5)، بررسی گمانه­های نوبت اول که شامل 6 گمانه می­شود نشان می­دهد که در مجموع 325 متر حفاری شده است که 34 متر آن در خاک سطحی و 44 متر آن در مارلستون­های میوسن و 237 متر آن در سنگ آهک سفید و خاکستری و 10 متر آن در سازند شمشک و دگرگونه­های گرگان بوده است.

 

جدول (4-5). اطلاعات گمانه­های نوبت اول در مطالعات جدید

 

گمانه­های مرحله دوم، شامل 7 گمانه در جدول (4-6) می­باشند که برای شناسایی پارامترهای ژئومکانیکی خاک سطحی و لایه­های میوسن و برای کنترل حفره موجود در عمق 70-75 متری به منظور شناسایی پی سنگ شوت انتهایی سرریز حفاری گردیده­اند. مجموع حفاری در نوبت دوم 3/279 متر بوده که 2/44 متر آن در خاک سطحی ریز و درشت­دانه و 1/235 متر دیگر در لایه­های مارنی میوسن و سنگ آهک­های زیرین بوده است.

 

جدول (4-6). اطلاعات گمانه­های نوبت دوم در مطالعات جدید

 

جدول (4-7) خلاصه مشخصات حفاری و عملیات جانبی در گمانه­های اکتشافی سرریز جانبی سد گلورد در مطالعات تکمیلی مرحله اجرایی را نشان می­دهد.

 

جدول (4-7). مشخصات گمانه­های اکتشافی سرریز جانبی

 

 

 

با توجه به جدول (4-8)، چون سد گلورد نکا از نوع C.F.R.D می­باشد، سازه فرازبند این سد یک سازه موقت و قابل استفاده در حین اجرا بدنه سد و ازنوعGC  می­باشد. در کل 185 متر حفاری انجام گردید که0 7/18 متر در واریزه­های دامنه­ای و 50/17 متر در آبرفت درشت­دانه رودخانه­ای و 80/101 متر در سنگ کف از جنس سنگ آهک خاکستری و ماسه­سنگ و شیل سازند شمشک حفاری شده است.

 

 

 

جدول (4-8). اطلاعات کلی گمانه­های جایگاه فرازبند سد گلورد

 

برای بررسی شرایط ژئوتکنیکی خاک­های سطحی و هوازده پنج حلقه چاهک دستی حفر شد و آزمایش­های دانسیته و رطوبت طبیعی و نفوذ استاندارد (SPT) و نمونه­برداری دست خورده و دست نخورده (مونولیت) در داخل آنها انجام شده است.

 

4-5-2. بررسی آزمایش ضربه و نفوذ استاندارد (SPT-CPT)

برای بررسی پاسخ ساختگاه به زمین­لرزه­ها یکی از پارامترهای مورد استفاده در مهندسی ژئوتکنیک،SPT  و CPT می­باشد. به منظور تعیین حدود خصوصیات ژئومکانیکی رسوبات منفصل، اعم از خاک سطحی حاصل از فرسایش مارلستون­های میوسن و همینطور لایه­های مارنی هوازده میوسن آزمایش نفوذ استاندارد در گمانه­های جایگاه سرریز جانبی (آزاد) سد گلورد صورت گرفته است. از آنجاییکه این رسوبات ریزدانه می­باشند این آزمایشات به صورت SPT در آنها انجام گرفته است.

23 مورد آزمایش SPT،CPT در عملیات نوبت دوم در رسوبات سطحی ریزدانه و مارلستون­های میوسن و رسوبات درشت­دانه آبرفت قدیمی انجام گرفت. از این تعداد 16 آزمایش SPT و7 مورد آزمایشCPT می­باشد. در گمانه­های زیر سازه فراز بند، آزمایش نفوذ استاندارد فقط در گمانه BH-31 در رسوبات ریزدانه صورت گرفته است، ولی در گمانه­های GV09 و Gv02 واقع در بالا و پایین­دست محور فراز بند، در مطالعات مراحل قبل انجام شده آزمایش نفوذ استاندارد در مصالح آبرفتی درشت­دانه انجام گردیده است. برای توصیف لایه­ها بر اساس آزمایش ضربه و نفوذ استاندارد جداول (4-9)، (4-10) و (4-11) مورد استفاده قرار گرفتند.

 

 

 

 

 

 

جدول (4-9). نتایج آزمایش ضربه و نفوذ گمانه­های نوبت اول

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول (4-10-الف). نتایج آزمایش ضربه و نفوذ استاندارد گمانه­های نوبت دوم

 

 

 

 

 

جدول( 4-10-ب ).خلاصه نتایج آزمایش ضربه و نفوذ استاندارد در گمانه­های BH-23­­ تاBH-26

 

 

جدول (4-11). آزمایش ضربه و نفوذ استاندارد در چاهک­های حفاری شده

 

 

 

یکی از اهداف حفاری­ها در گمانه­های سرریز آزاد جانبی در جناح چپ جایگاه سد گلورد شناسایی جنس و کیفیت مغزه­های سنگی می­باشد. این گمانه­ها به دو گروه گمانه­های مطالعات قدیم (GV11-GV33-GV45-GV50-GV51) و گمانه­های نوبت اول مطالعات جدید (BH-1,BH-2, BH-3, BH-4, BH-5, BH-6

تقسیم­بندی شده­اند. در گمانه BH-1 تا عمق 80 متری از گمانه جدید و از 80 الی 104 متری که سازند شمشک شروع می­شود از گمانه GV11 استفاده شده است. از 5/560 متر مغزه سنگی حفاری شده در این گمانه­ها 5/75 متر معادل %5/13 در رده خیلی ضعیف و 5/112 متر در رده ضعیف و 5/149 متر در رده متوسط و 116 متر در رده خوب و 107 متر در رده عالی قرار گرفته­اند. به همین ترتیب برای گمانه­های دیگر این شاخص بدست آمده که در جدول (4-12) ارائه و بر اساس درصد RQD، محدوده هر رده مشخص شده است.

متوسط RQD در گمانه­هایBH-1  وBH-3  وGV33 وGV51 از بقیه گمانه­ها بیشتر بوده که در مجموع RQD متوسط آنها در حدود %75 بدست آمده که در رده خوب قرار می­گیرد. البته در همین گمانه­ها در بعضی از ضخامت­ها و بخصوص در زون کارستیک حد بین سنگ آهک سفید و خاکستری و یا در قشر هوازده اولیه از کیفیت خیلی ضعیف برخوردار بوده است. قرارگیری گمانه­ها در فاصله نزدیک به گسله رودبار تاثیر تخریبی زیادی بر کیفیت مغزه­های سنگی نزدیک خود نداشته و حتی مناسب­ترین گمانه­ها شاملBH-3  و GV33 و GV51 در نزدیکی آن حفاری شده­اند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

موضوعات مرتبط: فیزیک و زلزله، ،
برچسب‌ها: