تحقیق حاضر که به منظور شناسایی مشخصات دینامیکی دو سد خاکی بزرگ در کشور با استفاده از آزمایشهای ارتعاشی درجا و مدلهای عددی و همچنین پیمودن گامهایی در زمینه اصلاح روشهای انجام آزمایش، پردازش نتایج حاصل از آن و ارائه پیشنهاداتی جهت تهیه مدل عددی دقیق بدنه سد تعریف شده بود با جمع آوری سوابق و مبانی آزمایشهای ارتعاشی درجا و مرور ادبایت فنی در زمینه مطالعه رفتار لرزه ای سدهای خاکی آغاز شد. براساس تجارب کسب شده از آزمایشهای ارتعاشی برروی سدهای خاکی در دیگر کشورهای جهان و بر روی انواع دیگر سازه‌های انجام شده در ایران، آزمایشهای ارتعاشی سدهای خاکی مارون و مسجد سلیمان برای اولین بار در ایران انجام شد بطوریکه جهت دستیابی به مقادیر فرکانسها، اشکال و میرایی های مودی، پاسخ نقاط مختلف بدنه سدهای مذکور به ارتعاشات محیطی، ارتعاشات حاصل از انفجارهای مختلف سایتی و ارتعاش اجباری(تنها برروی سد مسجد سلیمان) ثبت گرید و به منظور دستیابی به پارامترهای دینامیکی در جای سد، آزمایشهای ژئوسایزمیک انجام شد. با انتخاب روش های مناسب پردازش، نگاشتهای ثبت شده در هر آزمایش تحلیل شد و پارامترهای مودی در جای بدنه سدهای مذکور بدست آمد. در این راستا با استفاده از آزمایشهای ارتعاش محیطی و ثبت ارتعاشات حاصل از چندین انفجار سایتی در سد مارون، ۱۴ فرکانس مودی اول بدنه سد در محدوده فرکانس های ۴/۱۲-۲/۱ هرتز در سه جهت بالا دست پایین دست، قائم و طولی بدست آمد که برای ۶ مود اول، اشکال مودی نیز شناسایی شد. در سد مسجد سلیمان، به دلیل استفاده از آزمایشهای ارتعاش اجباری در سه جهت، در کنار آزمایشهای ارتعاش محیطی و انفجار(درترازهای مختلف آب مخزن وبدنه سد)، امکان شناسایی مودهای بیشتر و با دقت برتر فراهم گشت بدین صورت که در محدوده فرکانس های ۸/۱۴-۱/۵ هرتز، ۲۳ فرکانس مودی بدنه سد بدست آمد که برای ۱۶ مود اول، اشکال مودی نیز شناسایی شد. براساس تجارب بدست آمده از آزمایشها و پردازش نتایج، آلگوریتم روش انجام بهتر انواع آزمایشهای ارتعاشی و نحوه پردازش نگاشتهای ثبت شده نیز ارائه گردید. براساس نتایج تحلیلهای مودال صورت گرفته در سدهای مارون و مسجد سلیمان، که به صورت مستقل از نتایج آزمایشهای ارتعاش محیطی، انفجار و اجباری انجام شد، تأثیر عوامل مختلف در افزایش دقت مدل عددی بررسی گردید. تأثیر عواملی همانند استفاده از تعداد مقاطع مختلف جهت معرفی شکل هندسی سه بعدی سد، استفاده از حالات مختلف پارامترهای مصالح(شامل بهره جستن از نتایج آزمایشهای ژئوسایزمیک)، فرض فونداسیون صلب و یا انعطاف پذیر، استفاده از ضخامتهای مختلف بستر و تکیه گاهها جهت مدل کردن شکل هندسی فونداسیون، تأثیر حالات مختلف جرم فونداسیون مدل شده و تأثیر ترازهای مختلف آب مخزن بر مشخصات مودی سد از جمله مواردی بودند که نقش آنها در تغییر مقادیر فرکانسها واشکال مودی بدنه سد مشخص گردید. مطالعات مذکور منجر به شناسایی ۸ مود اول ارتعاشی بدنه سد(شامل شناسایی فرکانسها و اشکال مودی) درمحدوده فرکانسهای ۵/۳- ۲ هرتز برای سد مارون ۶۵/۳-۱/۶۵هرتز برای سد مسجد سلیمان شد که درحالت دقیقترین مدل عددی تهیه شده، اختلاف فرکانس طبیعی مود ارتعاشی پایه حاصل از تحلیل عددی و آزمایشات ارتعاشی درجا در سد مارون به %۵ و در سد مسجد سلیمان به %۱ محدود می گردد. در مجموع، با مقایسه نتایج تحلیلهای مودال و آزمایش های ارتعاش محیطی، انفجار و اجباری، تأثیر مثبت ورود جرم فونداسیون درمدل عددی جهت شناسایی مودهای ارتعاشی پایین و در نظر گرفتن حالت بدون جرم در مطالعه مودهای ارتعاشی بالا مشاهده شد. همچنین نتایج تحلیل نشانداد که استفاده از ایده تغییر سرعت موج برشی درعمق نسبت به استفاده از روابط تجربی به منظور تعیین حداکثر مدول برشی، نتایج دقیقتری ارائه می نماید. علاوه بر تحلیلهای مودال صورت گرفته، به منظور بررسی تأثیر افزایش دقت برآورد فرکانس های مودی برافزایش دقت برآورد توزیع تنش وپایداری لرزه ای سدهای خاکی، تحلیل دینامیکی سد مسجد سلیمان در زمین‌لرزه‌های متوسط وضعیف، با استفاده از روش تحلیل طیفی دوبعدی انجام شد و با فرض رفتار لرزه ای سد در حالت مود اول ارتعاشی، تغییرات ضریب اطمینان پایداری چهار سطح مستعد لغزش سد مسجد سلیمان در اثر اصلاح شرایط مرزی وپارامترهای مصالح بدست آمد. در مجموع، با استفاده از تحلیلهای طیفی صورت گرفته، نقش تعیین کننده جرم فونداسیون در برآورد پایداری لرزه ای(به هنگام زمین‌لرزه‌های متوسط و ضعیف) مشاهده شد. همچنین نتایج تحلیل نشان داد که در زمین‌لرزه‌های مذکور، اصلاح پارامترهای دینامیکی مصالح که منجر به اصلاح فرکانسهای مودی بدنه سد می شود، سطح تنشهای دینامیکی در نقاط مختلف بدنه سد و در نتیجه ضریب پایداری سطوح مستعد لغزش را نیز تغییر می دهد. بدیهی است اصلاح ضرایب پایداری در حد ارقام ذکر شده در این تحقیق که با کمک گرفتن از نتایج آزمایشهای ارتعاشی درجا بدست آمد، برای سازه مهمی نظیر سد خاکی اهمیت قابل توجهی دارد.
ارزیابی مشخصات دینامیکی سدهای خاکی با استفاده از آزمایشهای ارتعاش محیطی و اجباری/داودی محمد
/توسط Arash Eslamiتحقیق حاضر که به منظور شناسایی مشخصات دینامیکی دو سد خاکی بزرگ در کشور با استفاده از آزمایشهای ارتعاشی درجا و مدلهای عددی و همچنین پیمودن گامهایی در زمینه اصلاح روشهای انجام آزمایش، پردازش نتایج حاصل از آن و ارائه پیشنهاداتی جهت تهیه مدل عددی دقیق بدنه سد تعریف شده بود با جمع آوری سوابق و مبانی آزمایشهای ارتعاشی درجا و مرور ادبایت فنی در زمینه مطالعه رفتار لرزه ای سدهای خاکی آغاز شد. براساس تجارب کسب شده از آزمایشهای ارتعاشی برروی سدهای خاکی در دیگر کشورهای جهان و بر روی انواع دیگر سازه‌های انجام شده در ایران، آزمایشهای ارتعاشی سدهای خاکی مارون و مسجد سلیمان برای اولین بار در ایران انجام شد بطوریکه جهت دستیابی به مقادیر فرکانسها، اشکال و میرایی های مودی، پاسخ نقاط مختلف بدنه سدهای مذکور به ارتعاشات محیطی، ارتعاشات حاصل از انفجارهای مختلف سایتی و ارتعاش اجباری(تنها برروی سد مسجد سلیمان) ثبت گرید و به منظور دستیابی به پارامترهای دینامیکی در جای سد، آزمایشهای ژئوسایزمیک انجام شد. با انتخاب روش های مناسب پردازش، نگاشتهای ثبت شده در هر آزمایش تحلیل شد و پارامترهای مودی در جای بدنه سدهای مذکور بدست آمد. در این راستا با استفاده از آزمایشهای ارتعاش محیطی و ثبت ارتعاشات حاصل از چندین انفجار سایتی در سد مارون، ۱۴ فرکانس مودی اول بدنه سد در محدوده فرکانس های ۴/۱۲-۲/۱ هرتز در سه جهت بالا دست پایین دست، قائم و طولی بدست آمد که برای ۶ مود اول، اشکال مودی نیز شناسایی شد. در سد مسجد سلیمان، به دلیل استفاده از آزمایشهای ارتعاش اجباری در سه جهت، در کنار آزمایشهای ارتعاش محیطی و انفجار(درترازهای مختلف آب مخزن وبدنه سد)، امکان شناسایی مودهای بیشتر و با دقت برتر فراهم گشت بدین صورت که در محدوده فرکانس های ۸/۱۴-۱/۵ هرتز، ۲۳ فرکانس مودی بدنه سد بدست آمد که برای ۱۶ مود اول، اشکال مودی نیز شناسایی شد. براساس تجارب بدست آمده از آزمایشها و پردازش نتایج، آلگوریتم روش انجام بهتر انواع آزمایشهای ارتعاشی و نحوه پردازش نگاشتهای ثبت شده نیز ارائه گردید. براساس نتایج تحلیلهای مودال صورت گرفته در سدهای مارون و مسجد سلیمان، که به صورت مستقل از نتایج آزمایشهای ارتعاش محیطی، انفجار و اجباری انجام شد، تأثیر عوامل مختلف در افزایش دقت مدل عددی بررسی گردید. تأثیر عواملی همانند استفاده از تعداد مقاطع مختلف جهت معرفی شکل هندسی سه بعدی سد، استفاده از حالات مختلف پارامترهای مصالح(شامل بهره جستن از نتایج آزمایشهای ژئوسایزمیک)، فرض فونداسیون صلب و یا انعطاف پذیر، استفاده از ضخامتهای مختلف بستر و تکیه گاهها جهت مدل کردن شکل هندسی فونداسیون، تأثیر حالات مختلف جرم فونداسیون مدل شده و تأثیر ترازهای مختلف آب مخزن بر مشخصات مودی سد از جمله مواردی بودند که نقش آنها در تغییر مقادیر فرکانسها واشکال مودی بدنه سد مشخص گردید. مطالعات مذکور منجر به شناسایی ۸ مود اول ارتعاشی بدنه سد(شامل شناسایی فرکانسها و اشکال مودی) درمحدوده فرکانسهای ۵/۳- ۲ هرتز برای سد مارون ۶۵/۳-۱/۶۵هرتز برای سد مسجد سلیمان شد که درحالت دقیقترین مدل عددی تهیه شده، اختلاف فرکانس طبیعی مود ارتعاشی پایه حاصل از تحلیل عددی و آزمایشات ارتعاشی درجا در سد مارون به %۵ و در سد مسجد سلیمان به %۱ محدود می گردد. در مجموع، با مقایسه نتایج تحلیلهای مودال و آزمایش های ارتعاش محیطی، انفجار و اجباری، تأثیر مثبت ورود جرم فونداسیون درمدل عددی جهت شناسایی مودهای ارتعاشی پایین و در نظر گرفتن حالت بدون جرم در مطالعه مودهای ارتعاشی بالا مشاهده شد. همچنین نتایج تحلیل نشانداد که استفاده از ایده تغییر سرعت موج برشی درعمق نسبت به استفاده از روابط تجربی به منظور تعیین حداکثر مدول برشی، نتایج دقیقتری ارائه می نماید. علاوه بر تحلیلهای مودال صورت گرفته، به منظور بررسی تأثیر افزایش دقت برآورد فرکانس های مودی برافزایش دقت برآورد توزیع تنش وپایداری لرزه ای سدهای خاکی، تحلیل دینامیکی سد مسجد سلیمان در زمین‌لرزه‌های متوسط وضعیف، با استفاده از روش تحلیل طیفی دوبعدی انجام شد و با فرض رفتار لرزه ای سد در حالت مود اول ارتعاشی، تغییرات ضریب اطمینان پایداری چهار سطح مستعد لغزش سد مسجد سلیمان در اثر اصلاح شرایط مرزی وپارامترهای مصالح بدست آمد. در مجموع، با استفاده از تحلیلهای طیفی صورت گرفته، نقش تعیین کننده جرم فونداسیون در برآورد پایداری لرزه ای(به هنگام زمین‌لرزه‌های متوسط و ضعیف) مشاهده شد. همچنین نتایج تحلیل نشان داد که در زمین‌لرزه‌های مذکور، اصلاح پارامترهای دینامیکی مصالح که منجر به اصلاح فرکانسهای مودی بدنه سد می شود، سطح تنشهای دینامیکی در نقاط مختلف بدنه سد و در نتیجه ضریب پایداری سطوح مستعد لغزش را نیز تغییر می دهد. بدیهی است اصلاح ضرایب پایداری در حد ارقام ذکر شده در این تحقیق که با کمک گرفتن از نتایج آزمایشهای ارتعاشی درجا بدست آمد، برای سازه مهمی نظیر سد خاکی اهمیت قابل توجهی دارد.