مقاله تحلیلی: علل شکست سدهای خاکی

سدهای خاکی دارای صلبیت کمتری بوده و بیشتر در معرض شکست و خرابی قرار دارند. مشابه بیشتر سازه‌های مهندسی، سدهای خاکی ممکن است به دلایل مختلف مانند طراحی اشتباه و ناقص، روش ساخت غلط و روش‌های نگهداری نامطلوب و غیره دچار شکست شوند. علل مختلف شکست سدهای خاکی در بخش بعد بیان شده‌اند.

علل شکست سدهای خاکی

• شکست هیدرولیکی
• شکست ناشی از تراوش
• شکست‌های سازه‌ای

شکست هیدرولیکی سدهای خاکی

4 سد از هر 10 سد خاکی به دلیل شکست‌های هیدرولیکی دچار خرابی شده‌اند. شکست هیدرولیکی یک سد خاکی با توجه به علل زیر ایجاد می‌شود:

• فرسایش وجه بالادست
• فرسایش پنجه سد
• سرریز شدن
• انجماد
• تشکیل آبکندها

فرسایش وجه بالادست

ممکن است وجه بالادست سدها در معرض امواج آب که به دلیل وزش باد تشکیل می‌شوند، قرار گیرد و این امواج موجب فرورفتگی و شکاف خاک در وجه بالادست می‌شوند که این موضوع خود سبب بروز فرسایش می‌گردد. این موضوع در برخی از موارد موجب لغزش شیروانی بالادست سد می‌شود. جهت غلبه بر این مشکل، می‌توان از پوشش سنگی (به دو شکل خشک و همراه با ملات) بر روی وجه بالادست سد استفاده کرد.

 فرسایش پنجه پایین‌دست

ارتفاع آب در پایاب در بخش پایین‌دست ممکن است ناشی از تأثیر پرتاب‌کننده جامی شکل سرریز بر بخش پنجه پایین‌دست باشد که موجب بروز فرسایش می‌گردد.

جهت غلبه بر این مشکل، باید از پوشش سنگی بر روی وجه پایین‌دست سد تا عمق پایاب معمولی استفاده کرد. جهت غلبه بر ایجاد جریان‌های متقاطع از سرریز سد، باید دیوارهای سرریز با ارتفاع و طول مناسب ساخته شوند.

خرابی ناشی از سرریز شدن

 یکی دیگر از علل بروز شکست هیدرولیکی، سرریز شدن آب از تاج سد است. این موضوع ممکن است به دلیل ظرفیت کم سرریز یا طراحی بدون برآورد تراز سیلاب یا مسئله برداشتن ورودی سرریز هنگام بروز سیلاب رخ دهد. جهت غلبه بر این موضوع، باید ارتفاع آزاد مطلوب باشد.

اثر انجماد

در نواحی سردسیر، ممکن است بخش فوقانی سد در معرض انجماد و یخ‌زدگی قرار گرفته و ترک‌ها و شکاف‌هایی در خاک ایجاد شود. این ترک‌ها موجب تراوش و ایجاد شکست می‌شوند؛ بنابراین، در این‌گونه نواحی، باید ارتفاع آزاد به میزان مطلوب که 1.5 متر بیشتر از ارتفاع آزاد معمول است، لحاظ شود.

فرسایش وجه پایین‌دست به دلیل آبکندها

هنگامی‌که وجه پایین‌دست سد در معرض باران‌های سنگین قرار می‌گیرد، آب باران یا رواناب با سرعت‌بالا جریان می‌یابد که موجب بروز فرسایش خاک در وجه پایین‌دست و شکل‌گیری آبکندها می‌شود.

می‌توان از این معضل با ایجاد پلکان در وجه پایین‌دست در ارتفاع مناسب جلوگیری کرد. همچنین می‌توان از تجهیزات زهکشی در این پلکان استفاده کرد تا بدین ترتیب رواناب در این قسمت پیش از رسیدن به ناحیه پایین‌دست جمع‌آوری و از بروز فرسایش جلوگیری شود.

کاشت گیاه در وجه پایین‌دست سد موجب جلوگیری از فرسایش ناشی از جریان رواناب می‌گردد. همچنین بررسی و پر کردن آبکندها یا بریدگی‌ها با استفاده از خاک جدید در طی فصول بارانی ضروری است.

شکست ناشی از تراوش در سدهای خاکی

تراوش در سدهای خاکی یک پدیده معمول است که می‌توان آن را در صورت محدود کردن و کنترل کردن بی‌ضرر دانست. درصورتی‌که تراوش به‌صورت غیرقابل‌کنترل یا متمرکز ایجاد شود، مشکلاتی نظیر پایپینگ (پدیده ایجاد لوله) یا لغزش خاک رخ می‌دهد. 1 مورد از هر 3 شکست سد ناشی از تراوش بوده است.

•  پایپینگ در پی
• پایپینگ در بدنه سد
• لغزش و سُرخوردن خاک در پنجه پایین‌دست سد

پایپینگ در پی

هنگامی‌که پی سد خاکی دارای لایه‌های شن و ماسه درشت‌دانه یا شکاف‌ها و غیره باشد، آب از بالادست تراوش می‌کند. تراوش در گرادیان بالاتر موجب فرسایش خاک و ایجاد فضاهای توخالی در داخل پی یا همان پایپینگ می‌شود.

این مسئله موجب رسوخ و فرورفتگی ناحیه پایین‌دست و شکست سد می‌شود. باید از لایه‌های سخت و نفوذناپذیر به‌عنوان پی جهت عدم بروز پایپینگ در پی استفاده کرد.

پایپینگ در بدنه سد

پایپینگ در بدنه سد به دلیل تراوش آب در بدنه سد رخ می‌دهد. این موضوع در اصل ناشی از تراکم کم خاک استفاده شده برای ساخت سد، روش ساخت غلط سد، ترک‌های ناشی از انقباض، پناه گرفتن حیوانات در بدنه سد و غیره است.

این مشکل بیشتر در نزدیکی مجراهای عبور آب در بدنه سد رخ می‌دهد. پایپینگ ممکن است به دلیل تراوش در امتداد وجه خارجی مجرا یا نشت آب در داخل بدنه سد ایجاد شود. جهت جلوگیری از بروز این مشکل، باید لایه‌های خاک در اطراف مجرا به‌طور کامل متراکم شده و همچنین نباید مجراها تحت اضافه‌بار قرار گیرند.

لغزش و سرخوردن خاک (Sloughing) در پنجه پایین‌دست سد

درصورتی‌که پنجه پایین‌دست سد به دلیل پایپینگ یا تراوش اشباع شود، در این صورت تحت فرسایش قرار گرفته و موجب ایجاد لغزش می‌شود. این لغزش موجب ایجاد وجهی با شیب تندتر می‌شود که به دلیل تراوش دچار فرسایش شده و مجدداً لغزش ایجاد می‌شود. این موضوع درنهایت منجر به جابجایی خاک از کل وجه پایین‌دست و نازک شدن بدنه سد و درنهایت شکست آن می‌شود.

 شکست سازه‌ای سدهای خاکی

علت دیگر شکست سدهای خاکی، شکست‌های سازه‌ای است. تقریباً یک‌چهارم سدهای خاکی به دلیل شکست‌های سازه‌ای دچار خرابی می‌شوند.

• لغزش پی
• لغزش خاک‌ریز

لغزش پی

لغزش پی موجب لغزش کل بدنه سد می‌شود. این موضوع هنگامی رخ می‌دهد که پی دارای رس نرم، سیلت و غیره باشد. این نوع از مصالح موجب لغزش کل سد و ایجاد ترک در بالای خاک‌ریز و تشکیل موج گِل در نزدیکی پاشنه بالادست می‌شود.

لغزش خاک‌ریز

لغزش خاک‌ریز هنگامی رخ می‌دهد که شیب خاک‌ریز بسیار تند باشد. هنگامی‌که سطح آب مخزن به‌صورت ناگهانی کاهش یابد، امکان لغزش شیب در بالادست وجود دارد. به‌طور مشابه، هنگامی‌که مخزن پر باشد، در این صورت امکان شکست شیروانی پایین‌دست سد وجود دارد.

شکست‌های بالا اساساً ناشی از فشار آب منفذی اضافی هستند که موجب کاهش مقاومت برشی خاک می‌گردند. در میان این موارد، لغزش شیروانی پایین‌دست بسیار خطرناک است. بسیاری از خاک‌ریزها در طی فرآیند تحکیم دچار شکست می‌شوند.

توضیح ویراستار:

در منابع مختلف معادل‌های متفاوتی برای کلمه Sloughing ارائه شده که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از: لغزش زمین، سرخوردن خاک، پوسته‌پوسته شدن و شستگی. به‌طورکلی این پدیده حرکت یک توده خاک به سمت پایین‌دست است.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.