تحلیل پایداری ترانشه ها و شیروانی‌های سنگی ساختگاه سد سرمشک
| دسته | زمین شناسی مهندسی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | بیست و یکمین گردهمائی علوم زمین |
| نویسنده | یوسف شرقی |
| تاريخ برگزاری | ۳۰ مهر ۱۳۸۴ |
Abstract
SARMESHK dam site is located at about ۲۲۰ km south of kerman and ۱۰ km from Rabor. To determine the slope stability in foothill and excavation sections, from Kinematics analyses in Sarmeshk dam site have been used .For doing stability analyses in nature slopes and in excavation slopes, we selected sharp and dubitable slopes then applied slide analyses on them. Finally unstable slopes was determined on geological map.
چکیده:
ساختگاه سد سرمشک در جنوب شهر کرمان و در نزدیکی شهرستان رابر واقع شده است . جهت برآورد پایداری شیب‌های سنگی در دامنه‌های طبیعی موجود وگود برداریهای آینده در ساختگاه سد سرمشک از آنالیزهای کینماتیکی(لغزش) استفاده شده است. جهت انجام آنالیز پایداری در شیب‌های طبیعی ابتدا دامنه‌های مشکوک و پرشیب انتخاب و تحلیل لغزش روی آنها اعمال گردید. و محل‌هایی که ناپایداری در آنها متحمل است تعیین و روی نقشه زمین شناسی و توپوگرافی مشخص گردید.
مقدمه:
ساختگاه سد مخزنی سرمشک در220 کیلومتری جنوب شهر کرمان و درنزدیکی شهر رابر درمختصات جغرافیایی ´´30/´6/°29 عرض شمالی و ´´45/´4/˚57 طول شرقی قرار دارد شکل(1) و هدف از احداث این سد تامین آب درازمدت شهر کرمان میباشد. هدف از انجام مطالعات که موضوع این مقاله نیز بخشی از آن را تشکیل می‌دهد بررسی امکان احداث سد مخزنی بر روی رودخانه سرمشک از دیدگاه زمین شناسی مهندسی و ژئوتکنیک در محل مورد نظر میباشد. قبل از احداث سد بر روی محل مورد نظر و درمراحل اولیه برنامه ریزی و طراحی برای جلوگیری از مشکلات و مسائل احتمالی همچون تخریب سد ، فرار آب و زمین لغزش و درپی آن از دست رفتن سرمایه و تحمل هزینه‌های گزاف، انتخاب ساختگاه انواع سد باید بر اساس مطالعات کافی صورت گیرد. انتخاب نوع سد به طور کلی حاصل تشریک مساعی متخصصین گوناگون مانند مهندسین هیدرولوژی، هیدروژئولوژی، ژئوتکنیک، هیدرولیک ، زمین شناسی مهندسی و … میباشد. عوامل موثر بر این انتخاب عمدتا توپوگرافی، هیدرولوژی، زمین شناسی، وضعیت پی، مصالح موجود در دسترس و لرزه‌خیری هستند.
یکی از مهمترین مسائلی که در مورد سدهای خاکی مطرح می‌شود پایداری شیروانی‌های سنگی وخاکی درمخزن ساختگاه میباشد زیرا وقوع انواع لغزش درمخزن میتواند موجهای بلندی در آب مخزن ایجاد نماید که باعث عبور آب از روی تاج سد گردد. آب عبوری از روی تاج سد میتواند باعث شسته شدن مصالح خاکی سد گشته و به آن صدمه وارد نماید. لذا شیروانی‌های طبیعی موجود درمخزن از نظر پایداری باید به دقت بررسی شده و در صورت امکان ایجاد زمین لغزش برای آن چاره‌ای اندیشید.
مورد دیگر تعیین شیب پایدار در گود برداریها و پی کنی ها میباشد از آنجا که پی ساختگاه سد درمحل محور اغلب از نوع سنگی است لذا به نظر نمی‌رسد پی کنی خاصی در این محل صورت گیرد مگر اینکه طراح بخواهد ناهمگنی‌های پی را بخاطر جلوگیری از نشست‌های ناهمگن و سهولت اجرا مرتفع سازد محل تونل انحراف آب سد درجناح راست سد درنظر گرفته شده است که ضروری است برای احداث آن ترانشه‌هایی درمحل ورودی و خروجی تونل حفر شود. به منظور تعیین شیب پایدار ترانشه‌های فوق و شیروانی‌های طبیعی درمحل جناحین سد از تصاویر استریوگرافی و تحلیل‌های کینماتیکی استفاده شده است.
تحلیل‌های کینماتیکی:
هرکدام از ریزش و لغزشهای بلوکی( صفحه‌ای – گوه‌ای – واژگونی) را میتوان روی استریونت تعیین نموده و همان استریونت را برای بدست آوردن جهت لغزش بلوک مورد استفاده قرار داده و یا علائمی که شرایط پایداری را به ما می‌دهد روی آن نشان داد. این روش تحلیل کینماتیکی نامیده می‌شود
اگر شیب سطح دامنه کمتر از شیب خط تقاطع دو صفحه درزه باشد و یا اینکه جهت شیب دامنه 90 درجه با جهت شیب صفحات شکست تفاوت داشته باشد گوه تشکیل شده بین دو صفحه قادر به لغزیدن نخواهد بود این ارتباط بین بلوک سنگی که خواهد لغزید و جهت دامنه به خوبی روی استریونت ظاهر خواهد شد. اما باید این نکته را درنظر داشت که اگر چه آنالیزهای استریونت شرایط لازم برای پایداری را به ما نشان میدهند لیکن نیروهای خارجی همچون بارهای پی ، فشار منفذی آب یا نقش پیچ سنگهای ( راک بولتهای) تقویت کننده که تاثیر آنها از نظر پایداری بسیار چشمگیر است را در نظر نمی‌گیرند.
یکی از معمول ترین روشها جهت تعیین پتانسیل ناپداری بلوک استفاده از تحلیل‌های کینماتیکی(آنالیز لغزش) بر روی استریونت است.یک نمونه از روشهای کینماتیکی در شکل(2) نشان داده شده است. شکل(2-الف) لبه یک پی را نشان می‌دهد که شرایط ایجاد 3 نوع ریزش و لغزش در آن وجود دارد. پتانسیل وقوع ریزش بلوکهای ناپایدار پی وابسته به شیب و جهت آنها، مرتبط با سطح دامنه میباشد. شرایط پایداری را میتوان بر روی استریونت بصورت زیر مورد بررسی قرار داد.
لغزشهای صفحه‌ای:
یکی از صفحاتی که امکان ایجاد لغزش صفحه‌ای در آن وجود دارد صفحه AA میباشد که در آن زاویه شیب صفحه شکست کمتر از زاویه شیب دامنه بوده(Ypf) و سطح شکست در دامنه خود را نشان خواهد داد . اما امکان لغزش بر روی صفحهBB وجود ندارد زیرا(Yp>Yf)و صفحه BB در سطح دامنه دیده نخواهد شد.
جهت شیب شکستگی‌های CC بداخل دامنه بوده وامکان ریزش واژگونی در آنها وجود دارد قطب صفحه دامنه و صفحات شکستگی دراستریونت شکل (2-ب)رسم شده اند، امتداد همه شکستگی ها موازی سطح دامنه فرض شده‌است.
موقعیت این قطب ها درارتباط با شیب سطح دامنه نشان می‌دهد که همه شکستگی‌هایی که به روی شیب نمایان می‌شوند(PAA) و پتانسیل ناپداری برای آنها وجود دارد نسبت به قطب سطح دامنهPf در وضعیت داخلی تری ( نزدیک به مرکز استریونت) قرار دارند. این ناحیه محدوده ظهور نامیده شده و میتوان آن را بسرعت جهت تعیین پتانسیل بلوکهای ناپایدار بکار برد.
جهت شیب شکستگی‌های نشان داده شده نیز عامل موثری جهت پایداری خواهد بود. اگر جهت شیب شکستگیها در حدود20 درجه با جهت شیب دامنه اختلاف داشته باشد امکان وقوع لغزش نخواهد بود لذا در صورتی که ½ap-af½>20° باشد بلوک پایدار خواهد بود(ap و af جهت شیب دامنه می‌باشند) زیرا ضخامت قابل توجهی از سنگ بکر در یک انتهای بلوک وجود خواهد داشت که به اندازه کافی در برابر ریزش مقاومت می‌کند . بر روی استریونت این محدودیت جهت شیب صفحات بوسیله دو خط تعیین جهت شیبها af-20 و af+20 نشان داده شده است. این دوخط محدوده‌های جانبی ناحیه ظهور را مشخص می‌کنند.شکل( 2-ب)
ریزش‌های گوه‌ای:
تحلیل کینماتیکی ریزش‌های گوه‌ای میتواند مشابه آنچه که برای ریزش‌های صفحه‌ای انجام شد بکار گرفته شود. در این مورد قطب خط تقاطع دو صفحه شکستگی بر روی استریونت رسم می‌شود. لغزش وقتی رخ می‌دهد که خط مورد نظر بر روی دامنه دیده شود. محدوده ریزش برای خط تقاطع همانطور که در شکل(2-ب) نشان داده شده است عریض تراز محدوده ریزش‌های صفحه‌ای است محدوده ظهور ریزش گوه‌ای مکان هندسی قطب‌های خطوطی است که این خطوط در سطح دامنه پدیدار خواهند شد.
ریزش‌های واژگونی:
برای وقوع ریزش واژگونی جهت شیب شکستگی‌هایی که بداخل دامنه شیب دارند باید در محدوده 20 درجه از جهت شیب دامنه بوده ، بطوریکه سری قطعات شکسته ایجاد شده موازی سطح دامنه باشند. همچنین شیب صفحات باید به اندازه کافی زیاد باشند تا ریزش واژگونی رخ بدهد.
اگر سطوح لایه ها دارای یک زاویه اصطکاک داخلی مثلfj باشند لغزش تنها زمانی اتفاق خواهد افتاد که جهت تنش‌های فشاری اعمالی زاویه‌ای بزرگتر ازfj با خط عمود بر لایه ها بسازند. جهت تنش‌های اصلی بزرگتر در مقطع موازی با دامنه میباشد(زاویه شیب Yf)، بنابرین لغزش درون لایه‌ای صفحات با زاویه Ypزمانی اتفاق می‌افتد که شرایط زیر مهیا باشند.
(90°-Yf)+fjp
شرایط حاکم بر شیب و جهت شیب صفحاتی که در آنها شرایط ریزش‌های واژگونی میتواند اتفاق افتد درشکل(2-ب) بوسیله محدوده واژگونی که درنقطه مقابل تصویر استریوگرافیک دامنه قرار دارد نشان داده شده است.
مخروط اصطکاک:
در یک استریونت علاوه بر رسم محدوده ظهور که نشان دهنده توجیه کینماتیکی بلوک برای ریزش آن در پی میباشد، میتوان شرایط پایداری را بر روی همان استریونت بررسی نمود. البته این آنالیز یک محاسبه دست بالاست بطوری که برای مقاومت برشی سطح لغزش تنها زاویه اصطکاک را درنظر گرفته و چسبندگی را صفر درنظر می‌‌‌گیرد.درنظر بگیرید یک بلوک بر روی سطح قرار گرفته است بطوریکه زاویه اصطکاک بین سطح و بلوکf میباشد شکل(3- الف) در شرایط پایداری نیروی عمودی (نرمال) باید درداخل مخروط اصطکاک قرار گیرد. هنگامی که تنها نیروی عمل کننده بر بلوک نیروی وزن است خط عمود بر صفحه درهمان جهت نیروی نرمال میباشد بنابراین بلوک وقتی پایدار خواهد بود که قطب صفحه درداخل دایره اصطکاک قرار گیرد.
محدوده‌های شکل(3-ب) نشان دهنده محل قطب‌هایی است که ممکن است ایجاد بلوکهای ناپایدار نمایند. محدوده‌های رسم شده برای زاویه شیب دامنه برابر60 و80 درجه نشان می‌دهد که خطر ناپداری در شیب زیاد افزایش می‌یابد محدوده‌های ناپایداری برای زوایای پرشیب بزرگتر می‌باشند.
محدوده‌های ظهورهمچنین نشان میدهند که برای شرایط بارگذاری ساده ناپداری تنها درشرایط هندسی رخ میدهند.
ناپیوستگی‌های موجود در ساختگاه سد سرمشک
به منظور بررسی ناپیوستگی‌های توده سنگ در محدوده ساختگاه ، تعداد 253 ناپیوستگی در رخنمون‌های ماسه‌سنگی و آهکی جناح راست و نیز حدود 203 ناپیوستگی در جناح چپ اندازه‌‌گیری شده است . شکل (4) و شکل (5) به ترتیب تصویر استریوگرافی دسته درزه‌های اصلی این دو جناح را نشان می‌دهد.
تحلیل لغزش در ساختگاه سد سرمشک
جهت برآورد پایداری شیب‌های سنگی در دامنه‌های طبیعی موجود وگود برداریهای آینده در ساختگاه سد سرمشک از آنالیزهای کینماتیکی(لغزش) استفاده شده است. جهت انجام آنالیز پایداری در شیب‌های طبیعی ابتدا دامنه‌های مشکوک و پرشیب انتخاب و تحلیل لغزش روی آنها اعمال گردید. و محل‌هایی که ناپایداری در آنها متحمل است تعیین و روی نقشه زمین شناسی و توپوگرافی مشخص گردید.
شکل (6) یکی از شیروانی‌های سنگی ساختگاه سد سرمشک را که در آن احتمال وقوع یک شکست گوه‌ای وجود دارد را نشان می‌دهد.
شکل (7) نمونه‌ای از احتمال وقوع لغزش گوه‌ای بدلیل قرارگیری قطب P3 در محدوده ظهور دامنه‌ای با شیب بیش از 48 درجه در جهت شیب 115 تا 155، چنین دامنه‌ای در پایین‌دست محور و در جناح چپ ساختگاه وجود دارد.
روی محور سد و در جهت شیب 212 درجه چنانچه دامنه‌ای بیش از 51 درجه شیب داشته باشد، بدلیل قرارگیری قطب P2 در داخل محدوده ظهور شکست واژگونی ، ریزش صورت خواهد پذیرفت.شکل(8)
در ترانشه محور به سمت بالادست در جهت شیب 32 درجه ایجاد دامنه‌ای با شیب بیش از 64 درجه باعث قرارگیری قطب P1,3 در داخل محدوده ظهور دامنه شده و شکست گوه‌ای رخ خواهد داد. شکل (9)
در ترانشه مقابل دهانه خروجی تونل در جهت شیب 175 درجه ، ایجاد دامنه‌ای با شیب بیش از 83 درجه باعث وقوع لغزش گوه‌ای خواهد شد. شکل (10)
در ترانشه سمت راست دهانه خروجی تونل در جهت شیب 67 درجه ، ایجاد دامنه‌ای با شیب بیش از 79 درجه ، باعث قرارگیری قطب‌های P1,2 و P1,3 در داخل محدوده ظهور دامنه شده و ریزش گوه‌ای رخ خواهد داد.شکل(11)
نتیجه گیری:
تجزیه و تحلیل کینماتیکی شیروانی‌های سنگی موجود درساختگاه سد سرمشک نتایج زیر را نشان می‌دهد .
شیب‌های طبیعی موجود در ساختگاه سد درچند نقطه ناپایداری نشان میدهند که این قسمت ها در روی نقشه زمین شناسی ساختگاه نشان داده شدند محل‌هایی که پتانسیل لغزش برای آنها داده شده هیچکدام در داخل مخزن قرار نمی‌گیرند و همه در پایین دست محور می‌باشند. چنانچه قرار باشد در نزدیکی محلهای فوق تاسیساتی احداث گردد باید نسبت به پایدار شدن این شیب ها اقدام نمود.
مقدار شیب پایدار برای ترانشه‌های مصنوعی بشرح زیر تعیین گردیده است:
ترانشه روی محور به طرف بالا دست درجهت شیب 32 درجه:64 درجه
ترانشه روی محور به طرف پایین دست درجهت شیب 212 درجه: 51 درجه
ترانشه دهانه ورودی تونل درجهت شیب 13 درجه: پایدار
ترانشه چپ دهانه ورودی تونل درجهت شیب 283 درجه: پایدار
ترانشه مقابل دهانه خروجی تونل درجهت شیب 175 درجه: 83 درجه
ترانشه چپ دهانه خروجی تونل درجهت شیب 247 درجه:پایدار
ترانشه راست دهانه خروجی تونل درجهت شیب67 درجه: 79
به منظور کنترل نتایج بدست آمده، اطلاعات موجود مجدداً با استفاده از روش نمره‌دهی SMR مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند تا صحت و سقم روش ترسیمی بکار رفته مشخص شود. بررسی شیروانی ها با استفاده از روش SMR نتایج حاصله را تایید می‌کند. از آنجا که تحلیل‌های کینماتیکی وضعیت سطوح ناپیوستگی، شرایط آب و بعضی موارددیگر را نیز مد نظر قرار نمی‌دهند، توصیه می‌شود به منظور حصول یک نتیجه دقیق تجزیه و تحلیل پایداری با استفاده از روشهای که موارد فوق را نیز دربر می‌گیرند صورت گیرد