سدهای خاکی و سنگریز

دیباچه
صنعت سدّسازی یکی از مهمّترین فعالیتهای زیربنایی و اساسی تمدّن امروز است، زیرا این صنعت به تنهایی مبنای ارزیابی، ذخیره‌‌سازی و برنامه‌‌ریزی مهار آبهای حاصل از برف و باران و رودخانه‌‌هاست که این فرایند خود زیربنای پیشرفت برنامه‌‌های کشاورزی و صنعت و مصارف ضروری شهری و بهبود زندگی روزمرّه و نیز بنیان تولید الکتریسیته برق آبی در بخش انرژی و برخی اهداف مفید دیگر می‌‌باشد در کشور ایران، خوشبختانه در سالهای اخیر پیشرفتهای شگرف و قابل تقدیری در این صنعت حاصل شده است و به همین علّت است که بعضی از کشورهای دیگر نیز علاقه‌‌مند به همکاری با ایران در این زمینه و نیز مشتاق به استفاده از تجربیّات متخصّصان کشورمان شده‌‌اند در حال حاضر با داشتن بیش از 80 سدّ بزرگ در حال بهره‌‌برداری (با حجم کل آبهای مهارشده حدود 43 میلیارد مترمکعب)، و80 سدّ در دست اجرا، و بیش از 170 سدّ در دست مطالعه، کشور ایران در رده پنجمین کشور فعّال در زمینه صنعت سدّسازی ارزیابی می‌‌گردد در سال گذشته (1390) حدود 30 سدّ به مرحله افتتاح و آغاز بهره‌‌برداری رسید از طرفی، بیش از 70 درصد از کلّ سدّهای کشور (چه در حال بهره‌‌برداری، چه در دست احداث یا در دست مطالعه) را سدّهای از نوع خاکی و سنگریز تشکیل می‌‌دهند، ضمن اینکه در بعضی از کشورها این درصد تا حدود90 درصد و بیشتر هم رسیده است
 
پیش‌‌گفتار
در این پیش‌‌گفتار اشاره به چند نکته - به شرح زیر- مفید خواهد بود:
1- هدف از نگارش و تدوین کتاب حاضر، ارائه مطالبی بنیانی در زمینه سدّهای خاکی و سنگریز و با دیدگاه مناسب بودن مطالب به منظور تدریس درس سدّهای خاکی در دانشگاه (در درجه اوّل اهمیت)، و در عین حال قابل استفاده برای مشاوران و دست‌‌اندرکاران صنعت سدّسازی- در سطوح مختلف مانند کارشناسان، و کارشناسان ارشد و سایر علاقه‌‌مندان می‌‌باشد با توجّه به این واقعیّت که  دیدگاههای اجرایی و مباحث مربوط به طرّاحیها و برنامه‌‌ریزیهای در زمینه سدّهای خاکی یا سنگریز - در حال حاضر- تا آن حدّ گسترده و متنوّع است که اوّلاً در کتابی با حجم معمولی که دیدگاه آموزشی دارد، گنجانده نمی‌‌شود؛  ثانیاً نگارنده آن کتاب باید در زمینه طرّاحی و اجرا تجربیّاتی کافی داشته باشد؛ از این رو، از کتاب حاضر نمی‌‌توان ایفای چنین مسئولیّتی را انتظار داشت البتّه برطرف نمودن بخشی از این نقیصه، با معرّفی نمودن کتابها و نوشتارهایی که صاحبنظران و مهندسان با تجربه تدوین نموده‌‌اند (اعمّ از زبان فارسی یا سایر زبانها)، در قالب معرّفی منابع و مآخذ انتهای کتاب جبران شده است، ضمن اینکه کتاب دیگری که تحت عنوان "اطّلاعات اجرایی در مورد سدّهای خاکی" توسّط نگارنده به چاپ رسیده است (چاپ سوّم، 1388)، می‌‌تواند بعضی از نواقص کتاب حاضر را جبران نماید، زیرا دیدگاه آن کتاب عمدتاً مطالبی پیرامون مستندات اجرایی و نقل مشخّصات در پروژه‌‌های اجرا شده است، گرچه در غالب زمینه‌‌های مورد بحث در آن کتاب نیز به مباحث بنیانی و نظری و درسی اشاره شده است، بطوری که آن کتاب نیز می‌‌تواند برای تدریس و آموزش نیز مورد استفاده قرار گیرد و در مجموع باید اذعان نمود که هیچ‌‌کدام از این دو نوشتار بی‌‌نیاز از دیگری نیست و به همین علّت در متن کتاب حاضر کراراً به آن کتاب ارجاع داده شده است
2- در بعضی از بخشهای کتاب، تعمّداً کوشش شده است که به  بعضی از مباحث مکانیک خاک مربوط به آن مبحث، بیش از حدّ قابل انتظار و مورد نیاز برای درس سدّهای خاکی توضیح داده شود، که علّت این توضیحات اضافی نیز به دیدگاه اصلی کتاب  برمی‌‌گردد که اصولاً برای دانشجویان گرایشهای ژئوتکنیک، سدّسازی و منابع آب - و در تکمیل مبحث مکانیک خاک - نگاشته شده است و یکی از اهداف نگارش کتاب در اوّلین چاپهای آن هم  تقویّت مباحث کاربردی مکانیک خاک و نشان دادن مجدّد تئوریها و تعاریف مرتبط با مکانیک خاک برای دانشجویان گرایشهای مذکور بوده است در همین راستا در فصل دوازده کتاب که به مبحث تأثیر زلزله بر سدّها پرداخته شده است، بیش از حدّ مورد نیاز و معمول توضیح داده شده است و این تعمّد به همین علّت است که علاقه‌‌مندان به سهولت بتوانند به زمینه‌‌های تاریخی و سیر پیشرفت این مبحث آشنا گردند
3- در بعضی از مباحث، بیش از حدّ قابل انتظار به مطالب اجرایی  و یا اعداد کاملاً کاربردی و یا مطالعات آزمایشگاهی صحبت شده است (مثل فصل هفتم) که هدف از آن نشان دادن نمونه‌‌ای از ظرافتها و دقّتهائیست که برای رسیدن به دستورالعملهای اجرایی و یافتن کمّیّتهای قابل اطمینان در هر یک از زمینه‌‌های مورد نظر- حتّی مثلاً برای سنگریزی و سنگچینی روی دامنه سدّ - انجام گرفته است مطالب در فصل سیزدهم نیز بیش از حدّ قابل انتظار برای یک متن آموزشی یا درسی شرح داده شده است، زیرا هدف از این گونه توضیحات، نشان دادن شمّه‌‌ای از نوع پژوهشهایی است که در این مورد (و از چه زمانهایی و با چه دقّتهایی و مرتبط با چه عواملی) انجام گرفته است؛ بطوری که مطالعه این مطالب ممکن است خسته‌‌کننده باشد، ولی بی‌‌تردید مطالعه آن برای علاقه‌‌مندان در این زمینه مفید خواهد بود
4- فصل چهارده کتاب، به ارائه آمار و گزارشهای مختلفی در مورد اعداد و ارقام تخصیص داده شده است و این به معنای این نیست که یادگیری آنها جنبه درسی داشته باشد یا مهمّ باشد، بلکه به این علّت است که بسیاری از افرادی که به مطالعه مباحث سدّسازی می‌‌پردازند، به نحوی علاقه‌‌مندند از وضعیّت واقعی و اهمیّت نسبی پروژه‌‌های انجام شده یا در دست اقدام و در دست مطالعه - بزرگی و کوچکی آنها و مخصوصاً تعداد آنها و میزان  فعّالیّتهای انجام گرفته در کشور خودمان - و مخصوصاً در مقایسه با سایر کشورها - آگاهی داشته باشند، از این رو تعدادی از آمارهای موجود در این زمینه در فصل چهاردهم گردآوری گردیده است هر چند باید توجّه داشت که تفاوتهای عددی در این آمارها کم نیست و توجّه به همین اختلاف در ارقام آماری خود تأمّل برانگیز است، ضمن اینکه هیچ کدام از آمارها را نمی‌‌توان متضمّن خطای زیادی دانست
5- با وجود دقّتهای فراوانی که در بازخوانی متن صورت گرفته است، ممکن است هنوز هم اشتباهاتی سهواً در بعضی از واژه‌‌ها و یا در مفهوم مطالب باقی مانده باشد که از دیدگاه نگارنده مخفی مانده است چنانچه مطالعه‌‌کنندگان مواردی از سهو و یا اشتباه در متن کتاب مشاهده نمودند، موجب سپاسگزاری خواهد بود اگر به اطّلاع نگارنده برسانند تا تحت عنوان درستنامه‌‌ای در چاپ بعدی یادآوری گردد
6- در خاتمه ضروری می‌‌دانم از مدیریّت محترم انتشارات ارکان دانش جناب آقای مهندس محمد ترابیان که چاپ کتاب حاضر را پذیرفتند و سرکار خانم نسرین مختاری مدیر داخلی انتشارات به خاطر هماهنگی و نظارت بر مراحل مختلف تهیه کتاب و نیز طراحی جلد کتاب و همچنین کادر دفتری این انتشارات که در صفحه‌‌آرایی صفحات نهایت دقت را مبذول فرمودند، صمیمانه سپاسگزاری نمایم
م وفائیان
آبان 1391
mahmood@cciutacir

مقدمه     
پیشگفتار 
  
فصل اول: تعاریف اطلاعات مبنایی  
1-1 تعاریف
1-2 انواع سدها
1-3 هدف از ایجاد سدها و انتخاب نوع سد
1-4 ملاحظات عمومی در برنامه‌‌ریزی و اجرای سدها
1-5 بررسیهای عمومی اولیه و مطالعات تخصصی جهت احداث سدها
1-6 مسائل مربوط به تبعات احداث سدها و عملکرد آنها
     1-6-1 تشکیل رسوبات در مخزن سدها و رسوبزدایی 
     1-6-2 ملاحظات زیست‌‌محیطی
 
فصل دوم: کلیات طراحی سدهای خاکی 
2-1 مقدمه
2-2 انواع سدهای خاکی 
2-3 صلاحیت نوع خاک برای بدنه سدهای خاکی
     2-3-1 اولویت و خواص مورد نظر خاکها در سدهای خاکی
     2-3-2 رده‌‌بندی و نامگذاری خاکها بر اساس معیار یونیفاید یا متحد (USCS) 
2-4 انتخاب نوع سد خاکی و ابعاد هندسی آن
     2-4-1 شیب دامنه‌‌ها
     2-4-2 عرض تاج سد
     2-4-3 سرریز در سدهای خاکی
     2-4-4 ارتفاع آزاد
2-5 حفاظت دامنه‌‌های سد
2-6 کلیاتی که در طراحی سدهای خاکی باید در نظر گرفته شود
2-7 روش اجرای سدهای خاکی
     2-7-1 تراکم خاک در سدهای خاکی
     2-7-2 مقایسه غلتکهای پاچه‌‌بزی و چرخ لاستیکی
     2-7-3 کنترل تراکم
2-8 بررسی خرابیهای سدهای خاکی
     2-8-1 آمار خرابیها
     2-8-2 بررسی علت خرابیها
     2-8-3 پیشگیری از ایجاد خرابیها و تعمیر آنها
 
فصل سوم: انواع دیگر سدهای خاکریز 
3-1 سدهای سنگریز
3-2 سدهای با ساخت هیدرولیکی
     3-2-1 ساخت سدهای کوتاه با روش هیدرولیکی
     3-2-2 سدهای باطله
3-3 سدهای مختلط
 
فصل چهارم: زه، شبکه جریان 
4-1 ضریب نفوذپذیری 
4-2 شبکه جریان زه در محیط همگن
     4-2-1 شبکه جریان
     4-2-2 عبور زه از چند لایه نفوذپذیر
4-3 تعیین فشار آب در هر نقطه‌‌ای از محیط خاکی در معرض زه
4-4 زه در محیط غیرهمسان
4-5 ترسیم شبکه جریان در سدهای خاکی
     4-5-1 سد خاکی همگن با زهکشی افقی در پایاب
     4-5-2 سد بدون زهکشی افقی
     4-5-3 سد با زهکش پنجه سنگی
     4-5-4 بررسی مسیر زه و شبکه جریان در سد غیرهمگن
 
فصل پنجم: زهکشی، محاسبه ابعاد زهکشها 
5-1 تعریف و اهداف
5-2 انواع زهکشها در بدنه سد خاکی
     5-2-1 زهکش لایه افقی
     5-2-2 زهکش مایل
     5-2-3 زهکش پنجه سنگی
     5-2-4 انواع دیگر زهکشها
5-3 طرح فیلتر
5-4 تعیین ضخامت زهکش
5-5 چاههای کاهش فشار (فشارشکن)
 
فصل ششم: آب‌‌بندی شالوده سد 
مقدمه
6-1 آب‌‌بندی تزریقی
     6-1-1 عوامل موثر در تزریق
     6-1-2 اجرای تزریق‌‌ها و روش‌‌های آن
     6-1-3 دو نمونه از اعداد و ارقام تزریقی در سدهای تزریق شده
6-2 ترانشه آب‌‌بند
6-3 آب‌‌بند سپری
6-4 آب‌‌بند سیمانی و پرده بتنی درجا
6-5 آب‌‌بند ناقص
6-6 پوشش لایه‌‌ای بالادست
6-7 مزایا و معایب آب‌‌بندها
 
فصل هفتم: حفاظت دامنه‌‌های سدهای خاکریز 
7-1 مقدمه
7-2 حفاظت دامنه پایین دست سد
7-3 حفاظت دامنه بالادست سد
     7-3-1 کلیات
     7-3-2 مشخصات امواج
7-4 سنگچینی
     7-4-1 انواع سنگچینی و عوامل موثر 
     7-4-2 سنگچینی ماشینی یا سنگریزی
     7-4-3 وزن قطعات سنگچین
     7-4-4  بررسی دوام و علل آسیب‌‌پذیری لایه سنگچینی
     7-4-5 مطالعه تجربی دوام سنگچین در چند سدّ
7-5 حفاظت دامنه‌‌های سدّهای خاکی به وسیله خاک – سیمان
7-6 حفاظت دامنه سدّها به وسیله پوشش بتنی
7-7 پوشش بتن آسفالتی و سرریز روی تاج سدّ
     7-7-1 پوشش بتن آسفالتی
     7-7-2 پوشش بتن آسفالتی در خاکریز سرریز
7-8 انواع دیگر پوششها و مقایسه نسبی اقتصادی
 
فصل هشتم: بررسی پایداری  بدنه سدّهای خاکی 
8-1 کلیات
     8-1-1 ضریب اطمینان
     8-1-2 معیار مقاومت خاک در بررسی پایداری بدنه سدّ خاکی
     8-1-3 تعیین کمیّتهای مقاومت خاک
8-2 وضعیّتهای بدنه سدّ خاکی از لحاظ فشار آب منفذی
     8-2-1 وضعیّت ضمن ساخت و بلافاصله پس از اتمام ساخت
     8-2-2 وضعیّت مخزن پر و یا زه ثابت
     8-2-3 وضعیّت تخلیّه سریع مخزن
8-3 بحث در روشهای بررسی پایداری و خطاهای معمولی 
     8-3-1 اساس روشهای بررسی
     8-3-2 منابع خطاها
8-4 اثر نوع خاک بر پایداری یا خرابی بدنه سدّ خاکی
 
فصل نهم: روشهای تحلیل پایداری توده‌‌های خاکی شیب‌‌دار 
9-1 کلّیّات
     9-1-1 تعریف و توضیح
     9-1-2 عوامل مؤثّر در گسیختگی شیبهای خاکی
     9-1-3 ضریب اطمینان
9-2 بررسی پایداری توده‌‌های خاکی صرفاً چسبنده
9-3 بررسی پایداری خاکریزها با روش باریکه‌‌های قائم
     9-3-1 روش "فلنیوس"
     9-3-2 روش "بیشاپ"
     9-3-3 تعیین موضع سطح گسیختگی
9-4 روش سوئدی اصلاح شده
9-5 تحلیل محاسباتی سطح گسیختگی مرکب
9-6 روش "جانبو"
9-7 روش "تیلر" 
9-8 روش بخشهای ترکیبی
     9-8-1 لغزش مرکّب از سه بخش
     9-8-2 لغزش مرکّب از دو گوه
9-9 روش "مُرگنشترن" برای شرایط تخلیّه سریع مخزن سدّ
9-10 بررسی پایداری شیبهای نامحدود و حدّاکثر ارتفاع برشهای قائم
9-11 بررسی پایداری بدنه سدّ‌‌های خاکی و سنگریز به کمک نرم‌‌افزار

فصل دهم: بررسی نشست در سدّهای خاکریز 
10-1 شالوده سدّهای خاکی
10-2 نشست سدّ
     10-2-1 علتهای نشستها و دگرشکلیها
     10-2-2 محاسبه و کنترل نشست شالوده در اثر بار سدّ
     10-2-3 چاههای ماسه‌ای در شالوده
10-3 ترکها در سدّهای خاکی
     10-3-1 کلّیّات و علّتها
     10-3-2 نقش ویژگیهای خاک در ترک‌خوردگی
 
فصل یازدهم: زمین لغزه‌‌ها 
11-1 کلیّات
     11-1-1 علّت لزوم مطالعه زمین لغزه‌‌ها و بررسی پایداری شیبها
     11-1-2 نمونه‌‌هایی از زمین لغزه‌‌ها و خسارتهای آنها
11-2 موجبات رویداد زمین لغزه
11-3 طبقه‌بندی زمین لغزه‌ها
11-4 تحقیق در مورد زمین لغزه‌ها و پیش‌بینی آنها
11-5 نکاتی در بررسی پایداری زمین لغزه‌ها
11-6 اشاره به روشهای تثبیت دامنه‌‌ها
     11-6-1 شناسایی محلّ محتمل لغزش
     11-6-2 پیشگیری و تقویّت پایداری
           
فصل دوازدهم: تأثیر زلزله بر سدّهای خاکی و سنگریز 
مقدّمه
12-1 سیر پیشرفت شناخت چگونگی تأثیر زلزله بر سدّهای خاکی
12-2 بررسی رفتار بعضی ازسدّهای خاکریز در اثر زلزله
     12-2-1 بررسیهای مشاهده‌‌ای رفتار سدّها
     12-2-2 نتیجه‌‌گیری
12-3 روشهای معمول تحلیل پایداری جسم سدّ در برابر زلزله
     12-3-1 چگونگی تأثیر زلزله بر جسم سدّ
     12-3-2 روشهای تحلیل شبه استاتیکی
     12-3-3 بررسی رفتار سدّ با فرض جسم الاستیک ناهمگن
     12-3-4 بررسی رفتار سدّ خاکی با فرض جسم غیرالاستیک ناهمگن
12-4 بررسی رفتار ویژه خاک در برابر بار چرخه‌ای
     12-4-1 مقدمه
     12-4-2 شتاب تسلیم
     12-4-3 کاهش مقاومت خاک در اثر ادامه تکرار بار
12-5 عوامل مؤثّر درکاهش مقاومت خاک در اثر بار ارتعاشی و یا چرخه‌‌ای
     12-5-1 کاهش مقاومت خاک در اثر لغزشهای متوالی
     12-5-2 روانگرایی 
     12-5-3 تخمین محدوده محتمل روانگرایی
12-6 نمونه‌هایی از سدّهای خاکی در معرض زلزله
     12-6-1 نمونه سدّهای خاکی در نواحی با احتمال زلزله
     12-6-2 بررسی چند نمونه از سدّهای آسیب‌‌دیده یا  فروریخته
12-7 زلزله‌‌های القایی
     12-7- 1 مقدّمه
     12-7-2 تأثیر پر شدن دریاچه سدّ بر ایجاد زلزله
 
فصل سیزدهم: بازرسی سدها، ابزاربندی و رفتارنگاری 
13-1 بازرسی سدّها
13-2 ابزارهای معمول اندازه‌‌گیری و رفتارنگاری
     13-2-1 دستگاههای تعیین فشار آب منفذی (پیزومترها)
     13-2-2 دستگاههای اندازه‌گیری جابه‌جایی و نشست نقاط مختلف
     13-2-3 دستگاه‌های لرزه‌‌نگار
13-3 گالریهای بازرسی
     13-3-1 مقدّمه
     13-3-2 نقش گالریهای بازرسی
     13-3-3 دلایل بر علیه گالریها
     13-3-4 تفصیل جزئیّات ساخت گالری
 
فصل چهاردهم: اطّلاعات آماری در مورد سدّها 
14-1 بعضی اطلاعات در مورد رکوردهای سدّسازی
14-2 بعضی آمار و ارقام عمومی در مورد تعداد سدّها
     14-2-1 آمار کلّ سدّهای دنیا
     14-2-2 آمار بلندترین سدّهای دنیا
     14-2-3 آمار مربوط به کشور آمریکا
     14-2-4 آمار مربوط به کشورهای چین و هندوستان
     14-2-5 آمار مربوط به کشور استرالیا
     14-2-6 آمار مربوط به چند کشور اروپایی
     14-2-7 آمار مربوط به قارّه آفریقا
     14-2-8 بعضی مقایسه‌‌ها
14-3 اطّلاعاتی از سدّهای ایران
     14-3-1 مقدّمه
     14-3-2 اطّلاعات اجمالی از صنعت سدّسازی کشور
     14-3-3 اسامی سدّهای کشور در استانها
     14-3-4 سدّهای کشور در حال حاضر در یک نگاه
     14-3-5 اطّلاعاتی از حجم آبهای قابل ذخیره و قابل بهره‌‌برداری
 
پیوست 1: نمودارهای مربوط به تراکم خاک 
پیوست 2: آمار نسبی انواع سدها تا سال 1985 و درصد تخریب یا آسیب‌‌دیدگی آنها در انواع مختلف  
پیوست 3: نمودارهای نمونه‌‌وار از شبکه جریان 
پیوست 4: نمایش مقطع بعضی از سدّهای خاکی و سنگریز 
واژه‌‌یاب 
منابع و  مآخذ 
سایر آثار مولف