دانلود مقاله چگونگی رفتار سدهای مخزنی عظیم هنگام وقوع زلزله وخسارتهای ناشی از زلزله

چکیده:
این متن به بررسی مقاومت سدهای مخزنی بزرگ هنگام وقوع زلزله می پردازد .

گر چه سدهای مخزنی بسیار قدیمی هستند ولی خسارتهای وارده مربوط به سالهای اخیر می باشد ما به بررسی رفتار سدهایی با ارتفاع 15 متر هنگام وقوع زلزله می پردازیم ، حقیقت این است که سدهایی که طبق طرح تکنولوژی جدید ساخته شده اند تنها خسارت بسیا رکمی د رژاپن دیده اند واین نشانگر این است که در برابر زلزله مقاومند روشهای جدید ابداعی برای بررسی مقاومت در برابر زلزله بسیار سودمند می باشند ( مهندسی خاک )
1- معرفی :
حدود صدهزار سدمخزنی در ژاپن وجود دارد .

اکثر آنها طی زلزله های اخیر آسب دیده اند این متن رفتار سدهایی را که حداقل 15 متر ارتفاع دارند توضیح می دهد سدهایی که در سال 1872 و 438 سد مخزنی که قبل از 1868 ساخته شده اند ( در دوران ادو )
سد سانوکی که در سال 1952 ساخته شد یکی از سدهایی است که با تکنولوژی جدید ساخته شده اند در ژاپن روشهای استاندارد طراحی سدهای از سال 1953 شروع شد .

سدهای مخزنی که حداقل 15 متر ارتفاع دارند از سال 1953 به بعد ساخته شدند و بعنوان سدهایی اطلاق می شوند که دارای خصوصیات جدید تکنولوژی می باشند و آنهایی که قبل از سال 1953 ساخته شده اند و احتمالا سدهای خاکی نامیده می شوند هر چند بعد از سال 1953 ودهه 70 نیز سدهایی ساخته شده اند که بالای 15 متر ارتفاع دارند همچنین به این سدها نیز در این متن سد خاکی گفته می شود .

2- رفتار سدهای مخزنی بزرگ در برابر زلزله
صدمات وارده به سدهایی که قبل از سال 1953 ساخته حداقل 15متر ارتفاع دارند در جدول شماره 1 نشان داده شده است که جدول شماره 2خسارات وارده به سدهای مدرنی که بعد از سال 1953 ساخته شده اند نشان می دهد این اطلاعات در موردزلزله هایی است که در نزدیکی این سدها اتفاق افتاده است جداول نشان می دهند سدهایی که به شدت مورد آسیب قرار گرفته اند اکثر از سدهای قدیمی بوده اند هر چند بعضی از سدهای جدید نیز از این قاعده مستثنی نیستند .

زلزله اکیتاکن نانتیبو ( 1970 و شدت 65) خساراتی به سد آی نونو که در سال 1961 ساخته شده و 41 متر ارتفاع داشت وارد کرد لرزه نگاری که در نزدیکی سد برای بررسی امواج زلزله کار گذاشته شده بود نتوانست امواج واقعی زلزله را ثبت کند در واقع امواجی کوتاهتر از شدت واقعی زلزله را ثبت کرد )
از اطلاعات بدست آمده در فاصله 15 کیلومتری مرکز زلزله مشخص شد ، حداکثر شدت امواجی که به دستگاه رسیده حدود 150 گال بوده است زلزله باعث شد ترکهای بلندی به ضخامت 5تا 25 سانتیمتر وارتفاع 40 متر در بدنه سد بوجود آید .

امواج زلزله نیهون کای چوبو که درسد نامیوکا در 146 کیلومتری از مرکز زلزله ثبت شده بود نشان داد که حداکثر شدت زلزله 94 گال وعکس العمل شتاب در کناره سد 223 کال بوده وهمچنین آسیب دیدگی جزئی بوده است .

زلزله ناگانو کن سیبو باعث وارد شدن خساراتی جزئی به سد ماکیو شد که بسیار به مرکز زلزله نزدیک بود سد از نوع مخزنی با هسته سنگی بود که 105 متر ارتفاع داشته ودر سال 1961 تکمیل شد لرزه نگارهایی که می توانستند مواجی بالاتر از 300 گال را ثبت کنند در کناره و پی سد کار گذاشته شده بود ولی شدت امواج زلزله از این مقدار بالاتر رفته وبه 500 تا 600 گال رسید .

زلزله بعضی از صخره ها را در قسمت کناره سد جابجا کرد ولی صدمه جدی به سد وارد نشد .

تحقیقات بعد از زلزله نشان داد که ترکهایی که در بدنه بوجود آمده به هسته نرسیده است سد با چگالی 15 و حداقل ضریب اطمینان 1.40 طراحی شده بود .

زلزله چیباکن توهواوکی صدماتی جزیی به سد ناگارا زد سدی که 52متر ارتفاع داشته ودر سال 1985 تکمیل شده واز مرکز زلزله 29 کیلومتر فاصله داشت حداکثر شتاب در پی 262 گال ودر بدنه سد 369 گال بود .

زلزله باعث پیدایش ترکهایی حدود 2 سانتی متر در بدنه گردید .

زلزله هوکایدو نانسی اوکی به سد نیوای کومین که یک سد خاکی ساخته طبق یک روش جدید در سال 1920 بود خساراتی وارد کرد .

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است یک تفاوت سطحی 15 تا 2 متری در قسمت بالای رود در کناره بوجود آمده است سد ماکومانای که از سد نیوای کومین به مرکز زلزله نزدیکتر بود یک شتاب افقی حدود 180 گال داشت .

ولی ما شاهد تغییرات بسیار کمی می باشیم زلزله هایوگوکن نانبو خسارات کمی به سد توکیوا درجزایر آواجی زد بررسی ها و جزییات دقسق بعد از زلزله نشان دادند که ترکها به هسته نرسیده اند سدبا بریدن ترکها و پر کردن آنها با خاک باز سازی گردید درشکل ظاهری سد اوتانی که آن هم به مرکز زلزله نزدیک بودتغییر زیادی مشاهده نمی گردد.

درسد می نو گاوا به ارتفاع 47 متر حداکثر شتاب 127 گال ودر سد گون گن به ارتفاع 33متر حداکثر شتاب 103 گال را در پی مشاهده می کنیم با این حال هیچکدام صدمه ندیده اند ارتفاع خسارات وارده وهمچنین شتاب افقی در پی را برای سدهای مخزنی که قبل از سال 1953 در ژاپن ساخته شده اند را نشان می دهنداین شتاب افقی توسط فرمول ایواساکی محاسبه گردیده است .

به این علت که طرح استانداردی قبل از سال 1953 وجود نداشت پیش زمینه هایی حتی به کلی متفاوت با بعد از 1953 بوجود آمد .

سدهای مخزنی ساخته شده بعد از سال 1953 کمتر مورد صدمه قرا رگرفته اند بعضی از سدهایی که قبل از سال 1953 ساخته شده اند به سختی آسیب دیده اند گرچه فقط یکی از آن سدها بکلی منهدم شد آثار همچنین شامل اندازه ها و حداکثر شتاب می باشد که حدود 600 کال است سدهایی که در ژاپن بر طبق متد جدید ساخته شده اند باید بتوانند در برابر چنین شدت زلزله ای مقاومت داشته باشند تاریخچه حرکت زمین درمکانهای سدنشان می دهد که حداکثر شتاب در پی حدود 500 تا 600 گال است که بسیار بیشتر از چگالی لرزه گیر بکار رفته در طرح زلزله می باشد .

سدهایی که طبق طرحهای استانداردبعد از سال 1953 ساخته شده اند زلزله هایی باشدت بالا آسیب کمی دیده اند .

تنها سدهایی که مورد آسیب قرارگرفته اند وبیش از 15متر ارتفاع داشته اند سدهایی خاکی بودند که با روشهای اولیه ساخته شده اند این نشان می دهد که طرحهای جدید کار ایی بسیار بالایی دارند .

رفتار سدهای مخزنی در طول زلزله در سایر مناطق جهان : اطلاعایت پایه از طراحی سدهای مخزنی بدست آورده ایم این اطلاعات پایه مختص سدهایی است که 15 متر ارتفاع دارند ولی شامل سدهای کوتاه تری که درکالیفرنیا است نیز می شود چون کالیفرنیا دارای 1212 مخزن است که حداقل 7.2 متر ارتفاع دارند و 617000 در مقیاس پوند قابلیت ذخیره سازی دارند وهمچنین دارای سدهایی کوتاهتر از 15 متر است بیشتر خسارات به سدهای خاکی وارد می گردد وهیچ گونه خسارات جدی که باعث از دست دادن توانایی ذخیره سازی آبدر سدهای مخزنی هیدرولیکی می شود مشاهده نشده ( به غیر از یک مورد ) خسارات وارده به سد ها طبق آمار زیر طبقه بندی می شود باران سنگین و زلزله طبق طبقه بندی ICOLD خسارات وارده توسط سیل و باران 126 درصد وزلزله 29 درصد می باشد شکل 6 تمام خسارات مستقیم وارد شده بد سدها را نشان می دهد .

بقیه این متن خسارات جدی وارده به سدها را در جهان نشان می دهد در امریکا زلزله سانتا بار بارا باعث انهدام سد شفیلد شد این سد 11 متری بخار فشا در پایین سد وبخاطر اینکه قسمتهای پایینی به خوبی پر نشده بود از بین رفت زلزله سنت فرناند ودر سال 1971 خسارات شدیدی به سدهای 43 و 25 متری سنت فرناندو وزد این دو سد که به روش مخزنی هیدرولیکی ساخته شده بودند با یک فشار آب ناشی از زلزله نابود شدند .

زلزله لوماپریتا در سال 1971 خساراتی جزیی به 9 سد وارد کرد ولی هیچکدام را خراب نکرد با وجود مشاهده شتاب حداکثر 452 گال وحداکثر شتاب برگشتی 1000 گال دربدنه یاکناره در سد لگز ینگتون این سدخساراتی جدی ندیده است در 16 جولای 1990 زلزله ای بزرگ با شدت 7.8 درلوزون فیلی بین اتفاق افتاد و به سدهای پانتابانگان به ارتفاع 197 متر و ماسیوی به ارتفاع 25 متر در نزدیکی مرکز زلزله خساراتی وارد کرد خسارات به سد اولی بسیار کم بود .

ولی سد ماسیوی خسارات بیشتری را پذیرفته و قسمتهای پایینی و بالایی آن از بین رفت اگر چه در قسمتهای ابریز ونشت کننده سالم ماند طبق بررسیهای انجام شده از مرکز و مقیاس زلزله بایدگفت که زلزله حدود 300 تا 400 گال بوده است خسارات وارده وهمچنین شتاب در پی سدهای سایر نقاط جهان را برطبق فرمول ریچر و گوتنبرگ نشان می دهد.

حداکثر شتاب محاسبه شده در سدها حدود 1700 گال بوده است تمامی سدهای خراب شده در اثر فشار آب ناشی از زلزله قبل از سال 1918 ساخته شده بودند سدهایی که بعد از این سال ساخته شده اند آسیب جزیی دیده اند .

اگر چه اثر زلزله بر سدهای مخزنی بر مبنای حداکثر شتاب اندازه گیری نمی شود ولی می توان گفت که زلزله هایی حدود 700 گال تاثیری جدی بر روی سدهای مدرن نمی گذارند تمامی سدهای خسارت دیده قبل از سال 1953 ساخته شده اند .

نتایج این نتایج را بدست می آوریم : در ژاپن هیچ سد مخزنی به ارتفاع حداقل 15 متر و ساخته شده طبق طرح استاندارد بعد از سال 1953 خراب نشده است تمام سدها به خوبس پوشش داده شده واز لحاظ مبحث مهندسی خاک به خوبی مورد نظر قرار گرفته اند .

در زلزله های اخیر ژاپن تحقیقاتی بر روی سدهای حداقل 15 متر و رفتار آ”نهاهنگام شتاب ماکزیمم 260 تا 600 گال انجام شده است باوجود بیشتر بودن چگالی بدست آمده از این ارقام از چگالی طرح خسارات جدی مشاهده نمی شود .

در امریکا سدهای حداکثر 15 متر که اکثر سدهای هیدرولیکی مخزنی بوده به سختی اسیب دیده اند اگر چه تهیه کننده این مقاله با خواص مهندسی خاک بکار رفته و در این گونه سدها آشنا نیست ولی حدس می زند که سدهای ساخته شده بعد از سال 1930 به خوبی فشرده شد ه وطرحهای آن کارایی دارد .

حقیقت این است که سدهای مخزنی ساخته شده توسط طرحهای استاندارد در ژاپن ودیگر مناطق جهان در برابر حداکثر شتاب 500 تا 1700 گال به خوبی مقاومت می کنند طرحهای جدید به خوبی می توانند دربرابر زلزله مقاوم باشند .

مطالعات توسط هیوگن نانبو نیز همین نتایج را بدست آورده است تمام این عوامل نشان می دهند که این سدها در مقابل زلزله مقاومند .

تجربه نشان می دهد که سدهای مخزنی جدیدوهمچنین سد خاکی لگزینگتون در زلزله 1989 هیچ خسارت جدی ندیدند سدهای مخزنی باید تا 700 گال را تحمل کنند اگر چه تاثیر زلزله بر سدهای مریض را نمی توان به اسانی از شتاب حداکثر دریافت کرد ولی می توان آنها را از خصوصیات فرکانس و مدن زمان زلزله وخصوصیات عکس العمل آنها فهمید .