فایل نقش سدهای زیر زمینی در کنترل مخازن و تامین آب زیر زمینی

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.

چکیده

سد زیر زمینی  سازه ای است که به منظور ایجاد مانع در برابر جریان طبیعی آب زیر زمینی و ایجاد یک مخزن مصنوعی  طراحی و ساخته می شود. در دهه هاي اخير ساخت این نوع سد در مناطق خشک و نیمه خشک  مورد توجه قرار گرفته است. در این مناطق آب زیر زمینی تنها  منبع اصلی آب مصرفی مردم منطقه جهت مصارف روزانه و در مواردی برای تامین آب مورد نیاز برای کشاورزی  می باشد. استفاده از سد زیر زمینی به منظور ذخیره سازی آب مشکلاتی نظیر نرخ بالای تبخیر در مناطق خشک و نیمه خشک، آلودگی آب زیر زمینی و ورود آب شور به منابع آب شیرین را تا حد مطلوبی حل  مي كند. بحث طراحي و محل مناسب برای اجرای سد زیرزمینی مانند سدهای سطحی مرسوم، از مهمترین مباحث در عملكرد اينگونه سدها می باشد، به همین دلیل علاوه بر بررسی اطلاعات مربوط به شرایط ژئوتکنیکی، ژئو فیزیکی و زمین شناسی منطقه، بررسی ويژگيهاي هیدرولوژیکی منطقه، شكل سد و مصالح مورد استفاده در ساخت سد زير زميني ضروری می باشد. در این پایان نامه علاوه بر توصیف سد زیرزمینی و بیان کاربردها به مدلسازی سد زیرزمینی در آبرفت ماسه ای بر اساس پارامترهای مختلف ماسه و جنسهای مختلف بدنه سد پرداخته شده است. بر اساس مدلسازی سد زیرزمینی مشخص گردید که با افزایش زاویه اصطکاک داخلی خاک، جنسهای انعطاف پذیر نظیر بتن پلاستیک برای ساخت سد مناسبتر می باشند. مقایسه مدل موهر-کولمب و خاک سخت شونده نشان می دهد که در حالت خاک سخت شونده مقادیر ممان خمشی و نیروی برشی در بدنه سد نسبت به مدل موهر-کولمب کوچکتر می باشد. همچنین مقدار جابجایی کل در مدل موهر-کولمب بزرگتر از مدل خاک سخت شونده می باشد.  

فهرست مطالب

عنوان     صفحه 

فصل اول: مقدمه
1.1تاریخچه سدهای زیرزمینی    3

فصل دوم: بررسی سد های زیرزمینی
1.2 سد های زیر سطحی یا مدفون    5
1.1.2 روش طراحی برای آرایش تعداد زیادی از چاه های پمپاژ    12
2.2 سدهای  نیمه مد فون    13
3.2 استفاده از سدهای زیرزمینی در معادن    19
1.3.2 تخمین ضخامت سد بر اساس مقاومت خرد شدگی مصالح    19
2.3.2 تخمین ضخامت سد براساس مقاومت برشی    21
3.3.2تخمین ضخامت سد بر اساس تنش کششی مصالح سد    22
4.3.2تخمین ضخامت سد بر اساس نفوذ پذیری بدنه سد    23
5.3.2تخمین پایداری سد و ستون های سنگی    23 

فصل سوم:  مکان یابی محل مناسب برای اجرای سد زیرزمینی
1.3 روش شناسی     28
1.1.3مشخصات زمین    28
2.1.3پوشش گیاهی    29
3.1.3 مشخصات اقلیمی    29
2.3 روند غربالگری    29
 1.2.3شناسایی محل    29
 2.2.3انتخاب کیفی محل سد    30
3.3 برداشت های ژئوفیزیکی      32
4.3 طبقه بندی محل اجرای سد      32 
عنوان     صفحه 

فصل چهارم:  بررسی نفوذ پذیری بدنه سد زیرزمینی
1.4روش های آماری    38
1.1.4 روش Kriging    38
2.1.4 روش Variogram    38
2.4بررسی تغییرات نفوذ پذیری بدنه سد بر عملکرد سد زیرزمینی    42
3.4 بررسی اثر تغییرات موقعیت چاه های برداشت بر تغییرات سطح آب زیرزمینی    44
4.4 تعیین ضریب هدایت هیدرولیکی بهینه سدهای زیرزمینی به منظور 
کنترل و کاهش جریان آلودگی از بدنه سد     46
1.4.4رنج بهینه ضریب هدایت هیدرولیکی     47 
2.4.4جریان آلودگی در محیط متخلخل بدنه  سد    48
3.4.4تخمین حد پایین ضریب هدایت هیدرولیکی در محیط متخلخل 
بدنه سد زیرزمینی    52 
4.4.4تخمین جرم ذخیره شده در بدنه سد در حالت جریان پایدار    54

فصل پنجم: مدلسازی سد های زیرزمینی عمیق
1.5آ نالیز سد زیرزمینی مکه مکرمه      58 
2.5بررسی منطقه مورد مطالعه      58
1.2.5 شرایط مرزی      63 
2.2.5نتایج بدست آمده حاصل از آنالیز سد زیرزمینی     65 
1.2.2.5تنش افقی موثر    65
2.2.2.5تنش قائم موثر      69 

فصل ششم: آنالیز سد زیرزمینی در محیط ماسه با پارامتر های مقاومتی مختلف 
1.6 مدل موهر-کولمب     76
2.6 مدل خاک سخت شونده     78
1.2.6 رابطه هذلولی در حالت آزمایش سه محوری زهکشی شده استاندارد     79
3.6 مدلسازی سد زیر زمینی در محیط ماسه با پارامترهای مختلف     81
1.3.6 نرم افزار PLAXIS      85
4.6 نتایج مدلسازی سد زیرزمینی     88
عنوان     صفحه 

1.4.6 نتایج حاصل از مدلسازی دیوار دیافراگمی     89
1.1.4.6 جابجایی کل در حالت دیوار دیافراگمی     89
2.1.4.6 حداکثر ممان خمشی در حالت دیوار دیافراگمی     96
3.1.4.6 نیروی برشی حداکثر در حالت دیوار دیافراگمی     102
4.1.4.6 جابجایی کل دیوار دیافراگمی در حالت مدول الاستیسیته ثابت
 و افزایش وزن مخصوص ...    108
2.4.6 نتایج حاصل از مدلسازی سپر فولادی2     115
1.2.4.6جابجایی کل در حالت سپر فولادی2     115
2.2.4.6 ممان خمشی حداکثر در حالت سپرفولادی 2     123
3.2.4.6 نیروی برشی حداکثر در حالت سپر فولادی2     131
4.2.4.6 جابجایی کل سپر فولادی2 در حالت مدول الاستیسیته
 ثابت و افزایش وزن مخصوص...    138
5.2.4.6 ممان خمشی حداکثر سپر فولادی2 در حالت مدول الاستیسیته
 ثابت و افزایش وزن مخصوص    147
6.2.4.6 نیروی برشی حداکثر سپر فولادی2 در حالت مدول الاستیسیته
 ثابت و افزایش وزن مخصوص    154
3.4.6 سپر فولادی 1    162
1.3.4.6جابجایی کل در حالت سپر فولادی1     162
2.3.4.6 ممان خمشی حداکثر در حالت سپر فولادی1    170
3.3.4.6 نیروی برشی حداکثر در حالت سپر فولادی1     177
4.3.4.6 جابجایی کل سپر فولادی1 در حالت مدول الاستیسیته ثابت 
و افزایش وزن مخصوص     183
4.4.6 نتایج حاصل از مدلسازی بتن پلاستیک     191
1.4.4.6 جابجایی کل بتن پلاستیک    191
2.4.4.6 جابجایی کل بتن پلاستیک در حالت مدول الاستیسیته ثابت
 و افزایش وزن مخصوص     199
5.6 مقایسه نتایج مدلسازی سد زیر زمینی با استفاده از مدل موهر- کولمب (M.C)
 و مدل خاک سخت شونده (H.S)    206
1.5.6 تنش برشی در توده خاک     208
2.5.6 جابجایی کل     211
3.5.6 فشار جانبی خاک     214
فصل هفتم: بررسی اثر برداشت آب بر سازه سد زیر زمینی 
1.7 اثر برداشت آب بر دیوار دیافراگمی     218
1.1.7 جابجایی افقی دیوار دیافراگمی     219
2.1.7 جابجایی قائم دیوار دیافراگمی    220
3.1.7 ممان خمشی حداکثر دیوار دیافراگمی     222
4.1.7 نیروی برشی حداکثر دیوار دیافراگمی     223
2.7 بررسی دیوار دیافراگمی در حالت نرمال    225
1.2.7 جابجایی افقی دیوار دیافراگمی     225
2.2.7 جابجایی قائم دیوار دیافراگمی    227
3.2.7 ممان خمشی حداکثر دیوار دیافراگمی    228
4.2.7 نیروی برشی حداکثر دیوار دیافراگمی     230
3.7 اثر برداشت آب بر سپر فولادی1    231
1.3.7 جابجایی افقی سپر فولادی1    232
2.3.7 جابجایی قائم سپر فولادی 1    233
3.3.7 ممان خمشی حداکثر سپر فولادی1    235
4.3.7 نیروی برشی حداکثر سپر فولادی 1     236
4.7 بررسی سپر فولادی1 در حالت نرمال     238
1.4.7 جابجایی افقی سپر فولادی1    238
2.4.7 جابجایی قائم سپر فولادی 1    240
3.4.7 ممان خمشی حداکثر سپر فولادی1    241
4.4.7 نیروی برشی حداکثر سپر فولادی 1     243
5.7 اثر برداشت آب بر سپر فولادی 2     244
1.5.7 جابجایی افقی سپر فولادی2    244
2.5.7 جابجایی قائم سپر فولادی 2    246
3.5.7 ممان خمشی حداکثر سپر فولادی2    247
4.5.7 نیروی برشی حداکثر سپر فولادی 2     249
6.7 بررسی سپر فولادی 2 در حالت نرمال    250
1.6.7 جابجایی افقی سپر فولادی2    251
2.6.7 جابجایی قائم سپر فولادی 2    252
3.6.7 ممان خمشی حداکثر سپر فولادی2    254
4.6.7 نیروی برشی حداکثر سپر فولادی 2     255

عنوان     صفحه 

فصل هشتم: مطالعه موردی سد زیرزمینی علی آباد
1.8 سازندهای زمین شناسی حوضه آبریز علی آباد    260
1.1.8 فيزيوگرافي حوضه آبريز     261
1.1.1.8 طول آبراهه اصلی    262
2.8 محاسبه پارامترهای کمی برای منطقه مورد مطالعه    263
3.8 مدلسازی سد زیرزمینی علی آباد    265
1.3.8 ممان خمشی     267
2.3.8 نیروی برشی و نیروی محوری    268
3.3.8 جابجایی افقی بدنه سد    269
4.3.8 تنش افقی موثر (Sig'x-x)    270
5.3.8 تنش برشی موثر (Sig' x-y)    270
4.8 بررسی کفایت مقطع سد تحت اثر بارگذاری بحرانی    273

فصل نهم: نتیجه گیری و پیشنهادها
نتیجه گیری     275
 پیشنهادها    277

فهرست منابع و مأخذ    278

پیوست 
پیوست الف تنش برشی در توده خاک     283
 پیوست ب  جابجایی کل سد     288
پیوست پ فشار جانبی خاک      292
پیوست ت ممان خمشی ایجاد شده در سد      297
پیوست ث نیروی برشی ایجاد شده در سد      301
پیوست ج نقاط پلاستیک ایجاد شده در توده خاک مجاور سد      305

فهرست جداول

عنوان     صفحه 

جدول1.2 نسبت اختلاط Cement Sand Grout     10
جدول2.2  نتایج آنالیز الک Silica Sand      11
جدول3.2 ارتفاع متوسط سد    11
جدول1.3 مشخصات سدهای زیرزمینی  Sunagawa و Fukuzata     31
جدول1.4 مقادیر مختلف De برای محیط های متخلخل مختلف     50
جدول1.5 خصوصیات خاک بر اساس U.S Navy, 1972     60
جدول2.5 نسبت اختلاط برای ساخت بتن پلاستیک     61
جدول3.5 ظرفیت برشی در پای دیوار     62
جدول4.5 نتایج حاصل از تحلیل سد زیرزمینی مکه مقدس توسط PLAXIS    74
جدول 5.5 نتایج حاصل از تحلیل سد زیرزمینی مکه مقدس توسط  STAAD    74
جدول1.6 پارامتر های ماسه    82
جدول2.6 مشخصات بتن پلاستیک     84
جدول3.6 مشخصات دیوار دیافراگمی و سپر فولادی 2     84
جدول4.6 مشخصات سپر فولادی 1     85
جدول5.6 تاثیر ابعاد مش    89
جدول6.6 پارامترهای خاک در حالت M.C و H.S    207
جدول7.6 مشخصات دیوار نرم فولادی     207
جدول1.8 خصوصیات فیزیوگرافی حوضه آبریز علی آباد    263
جدول2.8 پارامتر های لایه آبرفت در محل اجرای سد     266
جدول3.8  الف مشخصات بتن پلاستیک (t=0.3m)    266
جدول3.8  ب مشخصات بتن پلاستیک (t=0.4m)    267
جدول3.8  پ مشخصات بتن پلاستیک (t=0.6m)    267

فهرست شکل¬ها

عنوان     صفحه 

شکل 1.2 مقطع شماتیک سد زیر زمینی مدفون     5
شکل 2.2 تاثیر سدهای مدفون بر جریان آب های زیرزمینی    6
شکل 3.2 استفاده از جت آب برای بالا بردن نفوذ پذیری در بالا دست سد     7
شکل 4.2 خاکریز رسی     7
شکل 5.2 سد بتنی     8
شکل 6.2 سد سنگی Stone Masonary Dam      8
شکل 7.2 سد بتنی مسلح     9
شکل 8.2 صفحه پلاستیکی یا Tarred Felt     9
شکل 9.2 صفحات تزریقی    10
شکل 10.2 رابطه میان میزان رس نفوذ کننده و ضریب آبگذری در حوضه آبریز 
سد زیرزمینی Sunagawa     13
شکل 11.2 مقطع سد Sand storage      14
شکل 12.2 موقعیت مناسب برای احداث سد نیمه مدفون در تنگ شدگی تنگه     14
شکل 13.2 سد نیمه مدفون در حال احداث و سد ساخته شده در فصول خشک
kitui, Kenya     16
شکل 14.2 سد نیمه مدفون در طی سیلاب و بعد از آن Voi, Kenya     17
شکل 15.2 سد بتنی     17
شکل 16.2 سد ساخته شده از مصالح بنایی      17
شکل 17.2 سد گابیونی با پوشش رسی     18
شکل 18.2 سدگابیونی با هسته رسی     18
شکل 19.2 جزئیات سازه سد زیرزمینی  استوانه ای    24
شکل20.2 سد زیرزمینی چند لایه ای     24
شکل 1.3 مشخصات حوضه آبگیر سد زیرزمینی Kidal, Mali     29
عنوان     صفحه 

شکل 2.3 نمومه ای از عکس ماهواره ای برای انتخاب  تنگه مناسب    30
شکل3.3توپوگرافی ومقطع زمین در محل اجرای سدهای زیرزمینی
  SunagawaوFukuzata    31
شکل 1.4 منطقه مورد آنالیز سد زیرزمینی Sunagawa در Miyakojima    37
شکل 2.4  توابع Semivariogram،  برای سد زیرزمینی Sunagawa     39
شکل 3.4 توزیع خواص فیزیکی سد Sunagawa  بر اساس مطالعات
 صحرایی در منطقه miyakojima      40
شکل 4.4 مدل تانک     42
شکل 5.4 تغییرات سطح آب زیرزمینی در نقاط C,B,A     43
شکل 6.4 تاثیر تغییرات نفوذپذیری بدنه سد بر عملکرد آن    44
شکل 7.4 توزیع چاه های برداشت از مخزن سد زیرزمینی  sunagawa    45
شکل 8.4 نسبت تاثیر   در ناحیه مورد مطالعه     46
شکل 9.4 جریان Advective و Diffusive  در راستای سد زیرزمینی     47
شکل 10.4 حالتهای A,B,C ضریب هدایت هیدرولیکی بدنه سد و بیان رابطه 
جریان آلودگی و ضریب هدایت هیدرولیکی بدنه سد     48
شکل 11.4 رابطه میان غلظت نسبی   در وجه خارجی بدنه سد 
و گرادیان هیدرولیکی عبوری از مقطع سد برای ضرایب هدایت هیدرولیکی 
مختلف در حالت اول    53
شکل 4 .12 رابطه میان غلظت نسبی   در وجه خارجی بدنه سد 
و گرادیان هیدرولیکی عبوری از مقطع سد برای ضرایب هدایت هیدرولیکی
 مختلف در حالت دوم     53
شکل 13.4 رابطه میان گرادیان هیدرولیکی و جرم ذخیره شده در بدنه سد     55
شکل 14.4 رابطه میان جرم ذخیره شده در بدنه سد و گرادیان عبوری
 از بدنه سد بر اساس ضرایب هدایت هیدرولیکی متفاوت بدنه سد. در این حالت
C0=1100 mg/Lit ،   و ضخامت بدنه سد w=1m می باشد     56
شکل 15.4 رابطه میان جرم ذخیره شده در بدنه سد و گرادیان عبوری از بدنه 
بر اساس ضرایب هدایت هیدرولیکی متفاوت بدنه سد. در این حالت
C0=1100 mg/Lit ،  و ضخامت بدنه سد w=1m می باشد    56
عنوان     صفحه 

شکل 1.5  موقعیت در نظر گرفته شده برای اجرای سد زیرزمینی     59
شکل 2.5 تنگه مورد نظر برای اجرای سد مکه مقدس     59
شکل 3.5 تغییرات مدول الاستیسیته نسبت به عمق     60
شکل 4.5 توصیف مسئله مورد بحث و نیروهای وارده     61
شکل 5 .5 تنش افقی ایجاد شده در توده خاک،  برای دیوار با ارتفاع
 H= 50 m  و W=50,100 and 150     64
شکل 5 .6 تنش افقی ایجاد شده در توده خاک ناشی از فشار هیدرواستاتیک آب،  
برای دیوار با ارتفاع H= 50 m  و W=50,100 and 150     64
شکل 7.5 مقایسه تنش موثر افقی در  PLAXIS با STAAD در حالت
 ارتفاع 30 متر و ضخامت 60 سانتی متر    66
شکل 8.5 مقایسه تنش موثر افقی در  PLAXIS با STAAD در حالت
 ارتفاع 30 متر و ضخامت 80 سانتی متر    66
شکل 9.5 مقایسه تنش موثر افقی در  PLAXIS با STAAD در حالت 
ارتفاع 50 متر و ضخامت 80 سانتی متر    67
شکل 10.5 مقایسه تنش موثر افقی در  PLAXIS با STAAD در حالت
 ارتفاع 50 متر و ضخامت 1 متر     68
شکل 11.5 مقایسه تنش موثر افقی در  PLAXIS با STAAD در حالت
 ارتفاع 70 متر و ضخامت 1 متر    68
شکل 12.5 مقایسه تنش موثر افقی در  PLAXIS با STAAD در حالت 
ارتفاع 70 متر و ضخامت 1.2 متر     69
شکل 13.5 مقایسه تنش موثر قائم در  PLAXIS با STAAD در حالت
 ارتفاع 30 متر و ضخامت 60 سانتی متر    70
شکل 14.5 مقایسه تنش موثر قائم در  PLAXIS با STAAD در حالت 
ارتفاع 30 متر و ضخامت 80 سانتی متر    71
شکل 15.5 مقایسه تنش موثر قائم در  PLAXIS با STAAD در حالت 
ارتفاع 50 متر و ضخامت 80 سانتی متر    71
شکل 16.5 مقایسه تنش موثر قائم در  PLAXIS با STAAD در حالت
 ارتفاع 50 متر و ضخامت 1 متر    72
شکل 17.5 مقایسه تنش موثر قائم در  PLAXIS با STAAD در حالت 
ارتفاع 70 متر و ضخامت 1 متر    73
عنوان     صفحه 

شکل 18.5 مقایسه تنش موثر قائم در  PLAXIS با STAAD 
در حالت ارتفاع 70 متر و ضخامت 1.2 متر    73
شکل 1.6 سطح تسلیمYield surface  در فضای تنش های اصلی برای 
مدل موهر- کولمب      77
شکل 2.6 بردارهای کرنش پلاستیک در صفحه π     78
شکل 3.6 رابطه هذلولی میان تنش و کرنش تحت آزمایش سه محوری زهکشی
 شده استاندارد    80
شکل4.6 سطح تسلیم در مدل H.S در فضای سه بعدی تنشهای اصلی    81
شکل5.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   با افزایش      90
شکل 6.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   با افزایش     91
شکل 7.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   با افزایش      92
شکل 8.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   با افزایش      93
شکل 9.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   با افزایش      94
شکل 10.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   با افزایش     95
شکل 11.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش      96
شکل 12.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش     97
شکل 13.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش     98
شکل 14.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش     99
شکل 15.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش     100
شکل 16.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش     101
شکل 17.6 مقایسه نیروی برش حداکثر درحالت   با افزایش     102
شکل 18.6 مقایسه نیروی  برشی حداکثر در حالت  با افزایش     103
شکل 19.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش     104
شکل 20.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش     105
شکل 21.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش     106
عنوان     صفحه 

شکل22.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش      107
شکل23.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت E1 با افزایش     109
شکل24.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت E2 و افزایش      110
شکل25.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   و افزایش      112
شکل26.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت E4 و افزایش     113
شکل27.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت E5 و افزایش      115
شکل28.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت    با افزایش     116
شکل29.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   با افزایش     118
شکل30.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   با افزایش      119
شکل31.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   با افزایش      120
شکل32.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   با افزایش      121
شکل33.6 مقایسه جابجایی کل سد در حالت   با افزایش     123
شکل34.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر سد در حالت   با افزایش     124
شکل35.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر سد در حالت   با افزایش     125
شکل36.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر سد در حالت   با افزایش     126
شکل37.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر سد در حالت   با افزایش     128
شکل38.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر سد در حالت   با افزایش     129
شکل39.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر سد در حالت   با افزایش     130
شکل40.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش     132
شکل41.6 مقایسه نیروی  برشی حداکثر در حالت  با افزایش     133
شکل42.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش     134
شکل43.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش     135
شکل44.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش     137
شکل45.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش      138
عنوان     صفحه 

شکل46.6 مقایسه جابجایی کل حداکثر در حالت E1 با افزایش      140
شکل47.6 مقایسه جابجایی کل حداکثر در حالت E2 با افزایش      141
شکل48.6 مقایسه جابجایی کل حداکثر در حالت E3 با افزایش      143
شکل49.6 مقایسه جابجایی کل حداکثر در حالت E4 با افزایش      145
شکل50.6 مقایسه جابجایی کل حداکثر سد در حالت E5 با افزایش      147
شکل51.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر سد در حالت E1 با افزایش     148
شکل52.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر سد در حالت E2 با افزایش     150
شکل53.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر سد در حالت E3 با افزایش     151
شکل54.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر سد در حالت E4 با افزایش     153
شکل55.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر سد در حالت E5 با افزایش     154
شکل56.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر سد در حالت E1 با افزایش     156
شکل57.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر سد در حالت E2 با افزایش     157
شکل58.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر سد در حالت E3 با افزایش     159
شکل59.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر سد در حالت E4 با افزایش     160
شکل60.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر سد در حالت E5 با افزایش     161
شکل61.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش     163
شکل62.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش     164
شکل63.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش     165
شکل64.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش     167
شکل65.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش     168
شکل66.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش      169
شکل67.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش     171
شکل 68.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش      172
شکل69.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش      173
عنوان     صفحه 

شکل70.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش     174
شکل71.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش      175
شکل72.6 مقایسه ممان خمشی حداکثر در حالت   با افزایش     176
شکل73.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش      177
شکل74.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش     178
شکل75.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش     179
شکل76.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش     180
شکل77.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش      181
شکل78.6 مقایسه نیروی برشی حداکثر در حالت   با افزایش     183
شکل79.6 مقایسه جابجایی کل در حالت E1 با افزایش     185
شکل80.6 مقایسه جابجایی کل در حالت E2 با افزایش      186
شکل81.6 مقایسه جابجایی کل در حالت E3 با افزایش      188
شکل82.6 مقایسه جابجایی کل در حالت E4 با افزایش      189
شکل83.6 مقایسه جابجایی کل در حالت E5  با افزایش      191
شکل84.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش      192
شکل85.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش      193
شکل86.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش     195
شکل87.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش     196
شکل88.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش      197
شکل89.6 مقایسه جابجایی کل در حالت   با افزایش      198
شکل90.6 مقایسه جابجایی کل در حالت E1 با افزایش      200
شکل91.6 مقایسه جابجایی کل در حالت E2 با افزایش      202
شکل92.6 مقایسه جابجایی کل در حالت E3 با افزایش     203
شکل93.6 مقایسه جابجایی کل در حالت E4 با افزایش      204
عنوان     صفحه 

شکل94.6 مقایسه جابجایی کل در حالت E5 با افزایش      205
شکل95.6 تنش برشی در توده خاک مقابل سد زیر زمینی در حالت دیوار 
دیافراگمی و سپر فولادی1    209
شکل96.6 تنش برشی در توده خاک مقابل سد در حالت بتن پلاستیک، سپر فولادی2 
و دیوار نرم فولادی    209
شکل97.6 تنش برشی در توده خاک پشت سد در حالت دیوار دیافراگمی
 و سپر فولادی1    210
شکل98.6 تنش برشی در توده خاک پشت سد در حالت بتن پلاستیک، 
سپر فولادی2 و دیوارنرم فولادی    211
شکل99.6 جابجایی کل سد برای جنس های مختلف    213
شکل100.6 فشار جانبی خاک در حالت دیوار دیافراگمی و سپر فولادی 1    214
شکل 101.6 فشار جانبی خاک در حالت بتن پلاستیک،  سپر فولادی2 
و  دیوار نرم فولادی    215
شکل 1.7 مقایسه جابجایی افقی دیوار دیافراگمی با افزایش      220
شکل2.7 مقایسه جابجایی قائم دیوار دیافراگمی با افزایش      221
شکل3.7 مقایسه ممان خمشی حداکثر دیوار دیافراگمی با افزایش      223
شکل4.7 مقایسه نیروی برشی حداکثر دیوار دیافراگمی با افزایش      224
شکل5.7 مقایسه جابجایی افقی دیوار دیافراگمی در حالت نرمال با افزایش      226
شکل6.7 مقایسه جابجایی قائم دیوار دیافراگمی در حالت نرمال با افزایش      228
شکل7.7 مقایسه ممان خمشی حداکثر دیوار دیافراگمی در حالت نرمال با افزایش      229
شکل8.7 مقایسه نیروی برشی حداکثر دیوار دیافراگمی در حالت نرمال با افزایش      231
شکل9.7 مقایسه جابجایی افقی سپر فولادی 1 با افزایش     233
شکل10.7 مقایسه جابجایی قائم سپر فولادی 1 با افزایش      234
شکل11.7 مقایسه ممان خمشی سپر فولادی 1 با افزایش      236
شکل12.7 مقایسه نیروی برشی حداکثر سپر فولادی 1 با افزایش      237
شکل13.7 مقایسه جابجایی افقی سپر فولادی 1 در حالت نرمال با افزایش      239
عنوان     صفحه 

شکل14.7 مقایسه جابجایی قائم سپر فولادی 1 در حالت نرمال با افزایش      241
شکل15.7 مقایسه ممان خمشی حداکثر سپر فولادی 1 در حالت نرمال با افزایش      242
شکل16.7 مقایسه نیروی برشی حداکثر سپر فولادی 1 در حالت نرمال با افزایش      244
شکل17.7 مقایسه جابجایی افقی سپر فولادی 2 با افزایش      245
شکل18.7 مقایسه جابجایی قائم سپر فولادی 2 با افزایش      247
شکل19.7 مقایسه ممان خمشی حداکثر سپر فولادی 2 با افزایش      248
شکل20.7 مقایسه نیروی برشی حداکثر سپر فولادی 2 با افزایش     250
شکل21.7 مقایسه جابجایی افقی سپر فولادی 2 در حالت نرمال با افزایش      252
شکل22.7 مقایسه جابجایی قائم سپر فولادی 2 در حالت نرمال با افزایش      253
شکل23.7 مقایسه ممان خمشی حداکثر سپر فولادی 2 در حالت نرمال با افزایش      255
شکل24.7 مقایسه نیروی برشی حداکثر سپر فولادی 2 در حالت نرمال با افزایش      256
شکل 1.8 موقعیت حوضه مورد مطالعه    259
شکل 2.8 پروفیل طولی مقطع) AB تنگه گزلا ( در محل در نظر گرفته شده
 برای اجرای سد    260
شکل 3.8 نقشه زمین شناسی حوضه مورد نظر     261
شکل 4.8 نقشه فیزیوگرافی حوضه آبریز علی آباد    262
شکل 5.8 نیمرخ طولی ابراهه اصلی حوضه علی آباد    262
شکل 6.8 مقطع تنگه گزلا    264
شکل 7.8  مقایسه ممان خمشی بر اساس افزایش ضخامت     268
شکل 8.8  مقایسه نیروی برشی بر اساس افزایش ضخامت    268
شکل 9.8  مقایسه نیروی محوری بر اساس افزایش ضخامت    269
شکل 10.8  مقایسه جابجایی افقی  بر اساس افزایش ضخامت    269
شکل 11.8  مقایسه تنش موثر افقی  بر اساس افزایش ضخامت    270
شکل 12.8  مقایسه تنش برشی موثر  بر اساس افزایش ضخامت    271
شکل 13.8 اثر تغییر در ضخامت بدنه سد بر ایجاد نقاط پلاستیک    272
شکل 14.8 رابطه میان مدول الاستیسیته و مقاومت فشاری تحت آزمایش تک محوره     273
شکل 1.الف تنش برشی در حالت دیوار دیافراگمی بر اساس مدل H.S    283

عنوان     صفحه 

شکل 2 .الف تنش برشی در حالت دیوار دیافراگمی بر اساس مدل M.C    283
شکل 3.الف تنش برشی در حالت بتن پلاستیک بر اساس مدل H.S    284
شکل 4. الف تنش برشی در حالت بتن پلاستیک بر اساس مدل M.C    284
شکل 5.الف تنش برشی در حالت سپر فولادی1 بر اساس مدل H.S    285
شکل 6.الف تنش برشی در حالت سپر فولادی1 بر اساس مدل M.C    285
شکل 7.الف تنش برشی در حالت سپر فولادی2 بر اساس مدل H.S    286
شکل 8. الف تنش برشی در حالت سپر فولادی2 بر اساس مدل M.C    286
 شکل 9.الف تنش برشی در حالت دیوار نرم فولادی بر اساس مدل H.S    287
شکل 10. الف تنش برشی در حالت دیوار نرم فولادی بر اساس مدل M.C    287
شکل 1. ب  جابجایی کل دیوار دیافراگمی در حالت H.S    288
شکل 2.ب جابجایی کل دیوار دیافراگمی در حالت M.C    288
شکل 3.ب جابجایی کل سپر فولادی1 در حالت H.S    289
شکل 4.ب جابجایی کل سپر فولادی1 در حالت M.C    289
شکل 5.ب جابجایی کل سپر فولادی2 در حالت H.S    290
شکل 6.ب جابجایی کل سپر فولادی2 در حالت M.C     290
شکل 7.ب جابجایی کل دیوار نرم فولادی در حالت H.S    291
شکل 8.ب جابجایی کل دیوار نرم فولادی در حالت M.C    291
شکل 1.پ فشار جانبی خاک در حالت دیوار دیافراگمی بر اساس مدل H.S    292
شکل 2.پ فشار جانبی خاک در حالت دیوار دیافراگمی بر اساس مدل M.C    292
شکل 3. پ فشار جانبی خاک در حالت بتن پلاستیک بر اساس مدل H.S    293
شکل 4. پ فشار جانبی خاک در حالت بتن پلاستیک بر اساس مدل M.C    293
شکل 5.پ فشار جانبی خاک در حالت سپر فولادی 1بر اساس مدل H.S    294
شکل 6. پ فشار جانبی خاک در حالت سپر فولادی 1بر اساس مدل M.C    294
شکل 7. پ فشار جانبی خاک در حالت سپر فولادی2 بر اساس مدل H.S    295
شکل 8.پ فشار جانبی خاک در حالت سپر فولادی2 بر اساس مدل M.C    295
شکل 9.پ فشار جانبی خاک در حالت دیوار نرم فولادی  بر اساس مدل H.S    296
شکل 10. پ فشار جانبی خاک در حالت دیوار نرم فولادی  بر اساس مدل M.C    296
شکل 1. ت ممان خمشی در دیوار دیافراگمی بر اساس مدل H.S     297
شکل 2.ت ممان خمشی در دیوار دیافراگمی بر اساس مدل M.C     297
شکل 3.ت ممان خمشی در سپر فولادی 1 بر اساس مدل H.S    298
عنوان     صفحه 

شکل 4. ت ممان خمشی در سپر فولادی 1 بر اساس مدل M.C     298
شکل 5.ت ممان خمشی در سپر فولادی 2 بر اساس مدل H.S    299
شکل 6.ت ممان خمشی در سپر فولادی 2 بر اساس مدل M.C    299
شکل 7.ت ممان خمشی در دیوار نرم فولادی بر اساس مدل H.S    300
شکل 8.ت ممان خمشی در دیوار نرم فولادی بر اساس مدل M.C    300
شکل 1. ث نیروی برشی در دیوار دیافراگمی بر اساس مدل H.S    301
شکل 2.ث نیروی برشی در دیوار دیافراگمی بر اساس مدل M.C    301
شکل 3.ث نیروی برشی در سپر فولادی 1 بر اساس مدل H.S    302
شکل 4.ث نیروی برشی در سپر فولادی 1 بر اساس مدل M.C    302
شکل 5.ث نیروی برشی در سپر فولادی 2 بر اساس مدل H.S    303
شکل 6.ث نیروی برشی در سپر فولادی 2 بر اساس مدل M.C    303
شکل 7.ث نیروی برشی در دیوار نرم فولادی بر اساس مدل H.S    304
شکل 8.ث نیروی برشی در دیوار نرم فولادی بر اساس مدل M.C    304
شکل 1.ج نقاط پلاستیک ایجاد شده در حالت دیوار دیافراگمی بر اساس مدل M.C    305
شکل 2.ج نقاط پلاستیک ایجاد شده در حالت بتن پلاستیک بر اساس مدل M.C    305
شکل 3.ج نقاط پلاستیک ایجاد شده در حالت سپر فولادی1 بر اساس مدل M.C    306
شکل 4.ج نقاط پلاستیک ایجاد شده در حالت سپر فولادی2 بر اساس مدل M.C    306
شکل 5.ج نقاط پلاستیک ایجاد شده در حالت دیوار نرم فولادی بر اساس مدل M.C    307

نمودار 1     83

فصل اول 

مقدمه

سد زیرزمینی سازه ای است که به منظور ایجاد مانع در برابر جریان طبیعی آب زیرزمینی و ایجاد یک مخزن برای آب زیرزمینی طراحی و ساخته می شود. این سدها در مناطق خشک و نیمه خشک مورد استفاده قرار می گیرند. در این مناطق، آب زیرزمینی به عنوان تنها منبع برای تامین آب جهت مصارف گوناگون در دسترس می باشند. سدهای زیرزمینی به عنوان تامین کننده نیاز آبی این مناطق مورد توجه قرار گرفته است. تامین آب توسط این گونه از سدها برای حجم های کم مورد استفاده قرار می گیرند و نمی تواند به عنوان یک روش کلی برای تامین نیاز آبی مورد استفاده قرار گیرد. با استفاده از سدهای زیرزمینی به منظور ذخیره سازی آب مشکلاتی نظیر نرخ بالای تبخیر، آلودگی آب،  ورود آب شور به منابع آب شیرین که در روش های مرسوم ذخیره سازی آب وجود دارد، بوجود نمی آید. به منظور جانمایی محل مناسب برای ساخت سدهای زیرزمینی اطلاعات مربوط به شرایط هیدرولوژیکی منطقه، مطالعات ژئوتکنیکی، ژئوفیزیکی و زمین شناسی مورد نیاز می باشد. ذخیره سازی آب زیرزمینی و استفاده از این منبع آب برای مصارف گوناگون جنبه تاریخی دارد به گونه ای که در زمان رم باستان در Sardinia و شمال آفریقا استفاده از سدهای زیر زمینی مرسوم بوده است. با گذشت زمان تکنیک و دانش استفاده از این سدها نیز افزایش یافته است به طوری که در شرق و جنوب آفریقا و همچنین هند ساخت این سدها مورد توجه قرار گرفته است. دیوارهای آبند تزریقی به منظور ذخیره سازی آب در شمال آفریقا و ژاپن و محافظت منابع آب شیرین در برابر آلودگی های منابع آب شرب در اروپا و امریکا از دیگر موارد استفاده از سدهای زیرزمینی می باشد (Hanssan and Nilsson, 1986). در این پایان نامه علاوه بر توصیف سد زیرزمینی و بیان کاربردها به مدلسازی سد زیرزمینی با استفاده از نرم افزار PLAXIS در آبرفت ماسه ای بر اساس پارامترهای مختلف ماسه، جنسهای مختلف بدنه سد و مدل های مرسوم برای مدلسازی مسائل ژئوتکنیک نظیر مدل موهر کولمب و مدل خاک سخت شونده پرداخته شده است. سپس از این نتایج برای مدلسازی سد زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه ( منطقه علی آباد استان فارس) استفاده می گردد. علاوه بر این اثر برداشت آب از آبخوان ایجاد شده، بر سازه سد مورد بررسی قرار می گیرد.   

1.1 تاریخچه سدهای زیرزمینی 

اطلاعات مربوط به سدهای زیرزمینی توسط Nilsson، در سال 1988 ارائه شده است. بر این اساس این گونه سدها در نقاط مختلف دنیا نظیر اروپا، آفریقا، آسیا و آمریکا مورد استفاده قرار گرفته است. در اروپا، چندین نمونه از سدهای زیرزمینی در کشورهایی همچون آلمان، فرانسه و ایتالیا به منظور بالا آوردن سطح آب های زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفته است. در یونان به منظور تغذیه آبخوان ها و جلوگیری از ورود آب شور به منابع آب شیرین از سدهای زیرزمینی استفاده شده است (Garagunis, 1981).  سدهای زیرزمینی بیشتر در کشورهای آفریقایی مورد توجه قرار گرفته است، به طوری که چندین سد زیرزمینی بزرگ در شمال آفریقا مخصوصا در الجزایر و مراکش ساخته شده است. همچنین در مناطق شرقی قاره آفریقا نیز استفاده از این نوع سدها متداول می باشد (Nilsson, 1988).  در جنوب غربی ایالات متحده و همچنین در کشورهای آمریکای جنوبی مانند برزیل و مکزیک استفاده از سدهای زیرزمینی متداول می باشد. سدهای زیرزمینی که در بسترهای ماسه ای رودخانه های Arizona، ساخته شده اند، بنام Tapoons، مشهور می باشند (Lowdermilk, 1953). در آسیا استفاده از سدهای زیرزمینی خصوصا در هند متداول می باشد به طوری که در رابطه با طراحی و ساخت سدهای زیرزمینی Ahnfors، در سال 1980 مطالعاتی را انجام داده است.  درجنوب هند در منطقه Kerda، دو سد زیرزمینی، یکی توسط کشاورزان و افراد بومی و دیگری توسط دولت ساخته شده است. این سد در یک دره باریک با طول کلی 160 متر از آجر، صفحه پلاستیکی و صفحات قیری ساخته شده است. حجم آب ذخیره در پشت سد در حدود 1500 متر مکعب تخمین زده شده است. در نقاطی مانند تایلند و ژاپن  نیز سدهای زیرزمینی زیادی ساخته شده است. یکی دیگر از انواع سدهای زیرزمینی سدهای نیمه مدفون یا  مخازن ماسه ای می باشند. در این سد دیواره سازه معمولا تا ارتفاع بالاتری از سطح زمین امتداد دارد. در این نوع سد علاوه بر ایجاد یک مخزن زیرزمینی، با ایجاد یک مخزن سطحی و رسوب گیری جریان رودخانه یا سیل نیز بر حجم مخزن زیر سطحی خود می افزاید و آن را توسعه می دهد، بنابراین برای کنترل سیل نیز مناسب می باشند. اولین نمونه از این سد در سال 1907 در Namibia، گزارش شده است (Wipplinger, 1958). Wipplinger، در سال 1958 نمونه کاملی ازساخت سد های نیمه مدفون در رودخانهHoanib ، را ارائه کرده است. جنبه های اقتصادی سدهای نیمه مدفون برای ذخیره سازی آب توسط Burger ، در سال 1970 و جنبه های طراحی این سدها توسطNissen-Petersen ، در سال 1982 ارائه شده است.