اثناء تصفحي لبعض المقالات والدراسات المتعلقة بالسدود وجدت اكثر من ورقة بحثية منشورة في مجلة ال Elsevier من قبل باحثين بجامعة تيانجين الصينية في معمل الدولة الرئيسي لابحاث الهيدرولوجيا والمحاكاة.
الدراسة تتعلق بشكل اساسي بالتأثير التدميري للمتفجرات علي منشأت السدود بأنواعها المختلفة لكن سأركز تلخيصي للدراسة في هذا الموضوع على السدود الخرسانية من نوع Concrete Gravity Dam وهو نفس نوع سد النهضة الاثيوبي.
الدراسة تشرح تأثير المتفجرات من نوع TNT في اماكن متفرقة من السد (امام السد فى الهواء- وراء السد في المياة باوضاع مختلفة- شحنات اختراقية في جسم السد- انفجار سطحي علي جسم السد) وتنقسم لجزئين ...الاول يتعلق بالسدود الخرسانية عديمة الفتحات والاخر للسدود الخرسانية ذات الفتحات.
سأقوم في هذا الموضوع بتلخيص الدراسة وترجمتها مع بعض الصور التوضيحية المترجمة من الورقة البحثية.
الجزء الاول: السدود الخرسانية عديمة الفتحات:
في هذا الجزء قام الباحثون بانشاء نموذج محاكاة رقمي بالحاسب عبر برنامج AUTODYN... نموذج المحاكاة عبارة عن مقطع عرضي لمنشأ خرساني لسد بارتفاع حوالي 100 متر و بعرض قاعدة 70 متر و سمك الجزء الاعلي منه 14متر وهو مبني علي اساس تصميم سد كونيا الهندي... النموذج يفترض امتلاء خزان السد بالمياة حتي قرب الحافة و يفترض وجود قاعدة صخرية اسفل السد كما هو موضح بالصورة:
السيناريو الأول: انفجار خلف السد في المياة
الصورة التالية توضح التأثير التدميري علي جسم السد في لحظات زمنية متتابعة نتيجة لانفجار شحنة (500 كجم) علي عمق 6 امتار و مسافة 5 امتار من جسم السد:
الصورة التالية توضح التأثير التدميري علي جسم السد نتيجة لانفجار شحنة (500 كجم) علي اعماق ومسافات مختلفة من جسم السد( المجهول h يعبر عن العمق و R عن المسافة من جسم السد):
تشرح الدراسة التأثير المختلف نتيجة لاختلاف العمق بأن التأثير التدميري علي هذا النوع من السدود يكون نتيجة لتأثير الموجة الانفجارية المباشر علي جسم السد و نتيجة لتأثير التكهف Cavitation للمياة الناتج عن الانفجار....كلما زاد العمق قل تأثير التكهف و اصبحت الموجة الانفجارية مواجهة للجزء الاقوي والاسمك في السد لذلك قل التأثير التدميري في هيكل السد....وجدت الدراسة ان العمق الافضل في هذه الحالة هو عمق 20 متر.
الصورة التالية توضح التأثير التدميري علي جسم السد نتيجة لانفجار شحنة باوزان مختلفة علي اعماق مختلفة ومسافة 5 امتار من جسم السد( المجهول w يعبر عن وزن الشحنة و R عن المسافة من جسم السد):
قول الدراسة انه كما يظهر في الصورة فان التأثير الاكبر يظهر عند كون الشحنة اقرب لجسم السد وان التأثير يكون سطحي جدا عند زيادة المسافة حتي لو كانت الشحنة اكبر.
في ورقة منشورة اخري لنفس المجموعة البحثية تناول الباحثون تأثير المتفجرات علي السدود ذات فتحات تمرير المياة المعروفة بال Orifice.
نموذج المحاكاة هو لنفس نوع السد Concrete Gravity Dam لكن باختلاف بسيط عن الورقة السابقة في ابعاد السد حيث ان الارتفاع يبلغ 115 مترا هذه المرة وعرض القاعدة 90 متر و سمك الجزء الاعلي 15 متر....ايضا اضيف للنموذج فتحة لتمرير المياة بعرض 6 امتار و ارتفاع 10 امتار كما هو موضح بالصورة التالية:
تناولت الدراسة 3 سيناريوهات مختلفة للانفجار وهي عند وجود الشحنة علي مسافة 10 امتار امام الفتحة و عند وجود الشحنة مباشرة عند مدخل الفتحة و عند وجودها فى منتصف الفتحة في قلب السد في حالة امتلاء الفتحة بالمياة او في حالة اغلاق الفتحة وامتلائها بالهواء.
السيناريو الاول: وجود الشحنة امام الفتحة بمسافة 10 امتار (بوابات مفتوحة-فتحة ممتلئة بالمياة).
كما هو موضح بنتيجة المحاكاة فان انفجار الشحنة امام الفتحة يسبب اضرار سطحية جدا علي جسم السد تتمثل في اضرار بسيطة عند منتصف الفتحة واضرار بسيطة عند حواف وحدود الفتحة:
هذه الاضرار البسيطة هي نتيجة لانتشار موجة الضغط الناتجة عن الانفجار الي داخل الفتحة و تأثر منتصف الفتحة بقوة قص Shear force تتسبب في هذا الضرر في المنتصف.
السيناريو الثاني: وجود الشحنة مباشرة علي فتحة السد (بوابات مفتوحة-فتحة ممتلئة بالمياة).
كما هو موضح عبر الصورة التالية في لحظات زمنية متتالية...فان انفجار الشحنة عند مدخل الفتحة يتسبب بسحق الخرسانة عند بداية الفتحة نتيجة التأثر المباشر بموجة الانفجار Shock wave وانتشار الموجة الي داخل الفتحة يتسبب بمزيد من الدمار للنصف الاول من جدار الفتحة نتيجة لقوة القص Shear Force لموجة الانتشار....كما يلاحظ ايضا وجود شقين عند بداية الفتحة ممتدين للاعلي والاسفل نتيجة لقوة الاجهاد الناتجة عن الانفجار وان هذه الشقوق تتسبب في انكسار للسد عند مستوي الفتحة:
السيناريو الثالث: وجود الشحنة في منصف الفتحة في قلب السد (بوابات مفتوحة-فتحة ممتلئة بالمياة):
كما هو واضح في الصورة التالية في لحظات زمنية متتابعة فأن هذا السيناريو يعتبر كارثي علي هيكل السد نتيجة للدمار الهائل الناتج عن انفجار الشحنة مباشرة في قلب السد مع وجود المياة التي تعزز من ضغط الانفجار ونتيجة لتفريغ الفتحة مباشرة بعد الانفجار وضغط جدار الفتحة للداخل....يمتد الدمار الناتج عن هذا السيناريو عميقا داخل هيكل السد في الاعلي والاسفل مسببا شقوقا فرعية عديدة:
تأثير اغلاق الفتحة:
الصورة التالية توضح مقارنة بين سيناريوهين وهما وجود الشحنة عند بداية الفتحة مباشرة في حالة انغلاق البوابة وامتلاءها بالهواء وفي حالة فتحها وامتلاءها بالمياة (تمت مناقشتها بالاعلي)....توضح الصورة ان نتيجة لاغلاق الفتحة فان معظم الضرر يتركز علي قوة السحق الناتجة مباشرة عن موجة الانفجار و التي تتسبب بدمار سطحي عند بداية الفتحة ..ونتيجة لانغلاق الفتحة فلا يوجد اي ضرر داخلي للجدار نتيجة لعدم انتشار الموجة للداخل :
تدعيم الفتحات:
ناقش البحث ايضا تأثير تدعيم الفتحات بحديد التسليح و مقدار الدمار الناتج لنفس السيناريوهات السابقة.
الصورة التالية توضح مقارنة بين الدمار الناتج عن السيناريوهات الثلاثة السابقة لكن في حالة وجود تدعيم لجدار الفتحة:
يشرح البحث ان وجود تدعيم لجدار الفتحة لا يجدي علي الاطلاق عندما تكون البوابات مفتوحة و يتأثر هيكل السد و جدار الفتحة بنفس مقدار الضرر تقريبا ....لكن الحالة الوحيدة التي يخفف فيها التدعيم من التأثير التدميري هو في حالة انغلاق البوابات.
الانفجار السطحي في الهواء:
توضح الورقة البحثية ان تأثير الانفجارات السطحية في وجود الهواء (عدم امتلاء الخزان) هو تأثير بسيط وسطحي جدا نتيجة لضياع معظم طاقة الانفجار في الهواء المحيط.
القذائف الاختراقية:
تناقش الورقة ايضا سيناريو تأثر هيكل السد بالقذائف الاختراقية عالية السرعة كالقنابل التي تطلق من الطائرات......توضح المحاكاة ان نتيجة للاختراق المباشر للمقذوف بسرعة عالية فان الضرر عند هذه الحالة يكون محدود بمحيط الاختراق فقط لكن نتيجة لتأثير الانفجار لاحقا مع ضرر الاختراق فان التأثير التدميري يكون شديد للغاية علي هيكل السد كما هو موضح بالصورة:
لكن المحاكاة تمت علي مسار واحد للمقذوف من الاعلي علي قمة السد ولم تناقش مسارات اخري كاختراق قاعدة السد.
الانفجار العميق في المياة في قاعدة السد:
اخيرا...تناقش الورقة تأثير الانفجار العميق وراء خزان السد والذي تمت مناقشته سابقا من حيث تأثيرة علي هيكل السد نفسه...لكن هذه المرة توضح الورقة انه و بالرغم من ان الضرر علي هيكل السد نفسه في هذه الحالة يكون محدود نتيجة للاسباب السابق ذكرها ...لكن هذا الانفجار عند قاعدة السد ينتج عنه شقوق في اساسات السد عند القاعدة قد تتسبب في التأثير علي قوة منع الانزلاق الخاصة بالسد مما قد يتسبب في تفكك القاعدة وانقلابه :
المصادر:
تم بحمد الله.....
الدراسة تتعلق بشكل اساسي بالتأثير التدميري للمتفجرات علي منشأت السدود بأنواعها المختلفة لكن سأركز تلخيصي للدراسة في هذا الموضوع على السدود الخرسانية من نوع Concrete Gravity Dam وهو نفس نوع سد النهضة الاثيوبي.
الدراسة تشرح تأثير المتفجرات من نوع TNT في اماكن متفرقة من السد (امام السد فى الهواء- وراء السد في المياة باوضاع مختلفة- شحنات اختراقية في جسم السد- انفجار سطحي علي جسم السد) وتنقسم لجزئين ...الاول يتعلق بالسدود الخرسانية عديمة الفتحات والاخر للسدود الخرسانية ذات الفتحات.
سأقوم في هذا الموضوع بتلخيص الدراسة وترجمتها مع بعض الصور التوضيحية المترجمة من الورقة البحثية.
الجزء الاول: السدود الخرسانية عديمة الفتحات:
في هذا الجزء قام الباحثون بانشاء نموذج محاكاة رقمي بالحاسب عبر برنامج AUTODYN... نموذج المحاكاة عبارة عن مقطع عرضي لمنشأ خرساني لسد بارتفاع حوالي 100 متر و بعرض قاعدة 70 متر و سمك الجزء الاعلي منه 14متر وهو مبني علي اساس تصميم سد كونيا الهندي... النموذج يفترض امتلاء خزان السد بالمياة حتي قرب الحافة و يفترض وجود قاعدة صخرية اسفل السد كما هو موضح بالصورة:
السيناريو الأول: انفجار خلف السد في المياة
الصورة التالية توضح التأثير التدميري علي جسم السد في لحظات زمنية متتابعة نتيجة لانفجار شحنة (500 كجم) علي عمق 6 امتار و مسافة 5 امتار من جسم السد:
الصورة التالية توضح التأثير التدميري علي جسم السد نتيجة لانفجار شحنة (500 كجم) علي اعماق ومسافات مختلفة من جسم السد( المجهول h يعبر عن العمق و R عن المسافة من جسم السد):
تشرح الدراسة التأثير المختلف نتيجة لاختلاف العمق بأن التأثير التدميري علي هذا النوع من السدود يكون نتيجة لتأثير الموجة الانفجارية المباشر علي جسم السد و نتيجة لتأثير التكهف Cavitation للمياة الناتج عن الانفجار....كلما زاد العمق قل تأثير التكهف و اصبحت الموجة الانفجارية مواجهة للجزء الاقوي والاسمك في السد لذلك قل التأثير التدميري في هيكل السد....وجدت الدراسة ان العمق الافضل في هذه الحالة هو عمق 20 متر.
الصورة التالية توضح التأثير التدميري علي جسم السد نتيجة لانفجار شحنة باوزان مختلفة علي اعماق مختلفة ومسافة 5 امتار من جسم السد( المجهول w يعبر عن وزن الشحنة و R عن المسافة من جسم السد):
قول الدراسة انه كما يظهر في الصورة فان التأثير الاكبر يظهر عند كون الشحنة اقرب لجسم السد وان التأثير يكون سطحي جدا عند زيادة المسافة حتي لو كانت الشحنة اكبر.
في ورقة منشورة اخري لنفس المجموعة البحثية تناول الباحثون تأثير المتفجرات علي السدود ذات فتحات تمرير المياة المعروفة بال Orifice.
نموذج المحاكاة هو لنفس نوع السد Concrete Gravity Dam لكن باختلاف بسيط عن الورقة السابقة في ابعاد السد حيث ان الارتفاع يبلغ 115 مترا هذه المرة وعرض القاعدة 90 متر و سمك الجزء الاعلي 15 متر....ايضا اضيف للنموذج فتحة لتمرير المياة بعرض 6 امتار و ارتفاع 10 امتار كما هو موضح بالصورة التالية:
تناولت الدراسة 3 سيناريوهات مختلفة للانفجار وهي عند وجود الشحنة علي مسافة 10 امتار امام الفتحة و عند وجود الشحنة مباشرة عند مدخل الفتحة و عند وجودها فى منتصف الفتحة في قلب السد في حالة امتلاء الفتحة بالمياة او في حالة اغلاق الفتحة وامتلائها بالهواء.
السيناريو الاول: وجود الشحنة امام الفتحة بمسافة 10 امتار (بوابات مفتوحة-فتحة ممتلئة بالمياة).
كما هو موضح بنتيجة المحاكاة فان انفجار الشحنة امام الفتحة يسبب اضرار سطحية جدا علي جسم السد تتمثل في اضرار بسيطة عند منتصف الفتحة واضرار بسيطة عند حواف وحدود الفتحة:
هذه الاضرار البسيطة هي نتيجة لانتشار موجة الضغط الناتجة عن الانفجار الي داخل الفتحة و تأثر منتصف الفتحة بقوة قص Shear force تتسبب في هذا الضرر في المنتصف.
السيناريو الثاني: وجود الشحنة مباشرة علي فتحة السد (بوابات مفتوحة-فتحة ممتلئة بالمياة).
كما هو موضح عبر الصورة التالية في لحظات زمنية متتالية...فان انفجار الشحنة عند مدخل الفتحة يتسبب بسحق الخرسانة عند بداية الفتحة نتيجة التأثر المباشر بموجة الانفجار Shock wave وانتشار الموجة الي داخل الفتحة يتسبب بمزيد من الدمار للنصف الاول من جدار الفتحة نتيجة لقوة القص Shear Force لموجة الانتشار....كما يلاحظ ايضا وجود شقين عند بداية الفتحة ممتدين للاعلي والاسفل نتيجة لقوة الاجهاد الناتجة عن الانفجار وان هذه الشقوق تتسبب في انكسار للسد عند مستوي الفتحة:
السيناريو الثالث: وجود الشحنة في منصف الفتحة في قلب السد (بوابات مفتوحة-فتحة ممتلئة بالمياة):
كما هو واضح في الصورة التالية في لحظات زمنية متتابعة فأن هذا السيناريو يعتبر كارثي علي هيكل السد نتيجة للدمار الهائل الناتج عن انفجار الشحنة مباشرة في قلب السد مع وجود المياة التي تعزز من ضغط الانفجار ونتيجة لتفريغ الفتحة مباشرة بعد الانفجار وضغط جدار الفتحة للداخل....يمتد الدمار الناتج عن هذا السيناريو عميقا داخل هيكل السد في الاعلي والاسفل مسببا شقوقا فرعية عديدة:
تأثير اغلاق الفتحة:
الصورة التالية توضح مقارنة بين سيناريوهين وهما وجود الشحنة عند بداية الفتحة مباشرة في حالة انغلاق البوابة وامتلاءها بالهواء وفي حالة فتحها وامتلاءها بالمياة (تمت مناقشتها بالاعلي)....توضح الصورة ان نتيجة لاغلاق الفتحة فان معظم الضرر يتركز علي قوة السحق الناتجة مباشرة عن موجة الانفجار و التي تتسبب بدمار سطحي عند بداية الفتحة ..ونتيجة لانغلاق الفتحة فلا يوجد اي ضرر داخلي للجدار نتيجة لعدم انتشار الموجة للداخل :
تدعيم الفتحات:
ناقش البحث ايضا تأثير تدعيم الفتحات بحديد التسليح و مقدار الدمار الناتج لنفس السيناريوهات السابقة.
الصورة التالية توضح مقارنة بين الدمار الناتج عن السيناريوهات الثلاثة السابقة لكن في حالة وجود تدعيم لجدار الفتحة:
يشرح البحث ان وجود تدعيم لجدار الفتحة لا يجدي علي الاطلاق عندما تكون البوابات مفتوحة و يتأثر هيكل السد و جدار الفتحة بنفس مقدار الضرر تقريبا ....لكن الحالة الوحيدة التي يخفف فيها التدعيم من التأثير التدميري هو في حالة انغلاق البوابات.
الانفجار السطحي في الهواء:
توضح الورقة البحثية ان تأثير الانفجارات السطحية في وجود الهواء (عدم امتلاء الخزان) هو تأثير بسيط وسطحي جدا نتيجة لضياع معظم طاقة الانفجار في الهواء المحيط.
القذائف الاختراقية:
تناقش الورقة ايضا سيناريو تأثر هيكل السد بالقذائف الاختراقية عالية السرعة كالقنابل التي تطلق من الطائرات......توضح المحاكاة ان نتيجة للاختراق المباشر للمقذوف بسرعة عالية فان الضرر عند هذه الحالة يكون محدود بمحيط الاختراق فقط لكن نتيجة لتأثير الانفجار لاحقا مع ضرر الاختراق فان التأثير التدميري يكون شديد للغاية علي هيكل السد كما هو موضح بالصورة:
لكن المحاكاة تمت علي مسار واحد للمقذوف من الاعلي علي قمة السد ولم تناقش مسارات اخري كاختراق قاعدة السد.
الانفجار العميق في المياة في قاعدة السد:
اخيرا...تناقش الورقة تأثير الانفجار العميق وراء خزان السد والذي تمت مناقشته سابقا من حيث تأثيرة علي هيكل السد نفسه...لكن هذه المرة توضح الورقة انه و بالرغم من ان الضرر علي هيكل السد نفسه في هذه الحالة يكون محدود نتيجة للاسباب السابق ذكرها ...لكن هذا الانفجار عند قاعدة السد ينتج عنه شقوق في اساسات السد عند القاعدة قد تتسبب في التأثير علي قوة منع الانزلاق الخاصة بالسد مما قد يتسبب في تفكك القاعدة وانقلابه :
المصادر:
من فضلك,
تسجيل الدخول
أو
تسجيل
لعرض المحتوي!
من فضلك,
تسجيل الدخول
أو
تسجيل
لعرض المحتوي!
تم بحمد الله.....
