بخشی از مقاله
چکیده:
خاک های ریز دانه دارای درصد بالایی از کانی های رسی هستند که به علت خواص مهندسی ویژه ای همچون نفوذپذیری پایین در پروژه های عمرانی مثل هسته سد های خاکی استفاده می شوند. یکی از عوامل مهمی که بر رفتار این خاک ها تأثیر بسزایی دارد شیمی سیال منفذی است به طوری که تغییر در غلظت سیال و نوع کاتیون ها سبب تغییر در خصوصیات مهندسی این خاک ها می گردد. در این مقاله اثر شوری آب بر پارامترهای تحکیم - ضریب تحکیم، شاخص تراکم پذیری، شاخص تورم پذیری، ضریب قابلیت فشردگی و ضریب قابلیت فشردگی حجمی - بررسی شده است. مطالعه موردی این تحقیق بر روی مصالح ریزدانه مورد استفاده در هسته سد خاکی کرچای واقع در شرق تبریز انجام می شود. بدین منظور بعد از نمونه برداری از خاک و آب نیمه شور و آب شور منطقه، پارامترهای تحکیم خاک توسط آب مقطر، آب نیمه شور و آب شور در آزمایشگاه تعیین گردید. نتایج نشان می دهد با افزایش شوری آب، ضریب تراکم پذیری و تورم پذیری کاهش و ضریب تحکیم افزایش می یابد.
مقدمه :
بیش از 10 درصد کل سطح خاک های جهان، توسط خاک های با درجات مختلف شوری پوشیده شده است. کشور ما ایران نیز بدلیل قرار گرفتن در مناطق خشک و نیمه خشک، با مشکلات شوری و قلیائیت روبروست، بطوریکه 15 درصد کل کشور یعنی حدوداً 25 میلیون هکتار را خاک های شور فرا گرفته است. همچنین حدود 10 درصد آب های کشور، شور می باشد. اختلاط آب های شور با آب های شیرین، کیفیت آب های مناسب را نیز تقلیل می دهد. از این رو کنترل این آب ها در پشت سدهای خاکی و ممانعت از اختلاط آن ها با آب های شیرین از جمله اقداماتی است که به منظور کنترل کیفیت آب می توان انجام داد. در مجموعه سد سازی آجی چای واقع در استان آذربایجان شرقی، به منظور جلوگیری از ورود آب شور برخی از سرشاخه ها به مخزن سد اصلی ونیار، اقدام به احداث سد و سازه های کنترل شوری بر روی سرشاخه های شور شده است. از آنجائیکه عمدتاً ساختگاه سدهای کنترل شوری فاصله نسبتاً زیادی تا سرشاخه های شیرین رودخانه دارد، حمل آب مناسب برای استفاده در عمل آوری رس هسته در این سدها بسیار مشکل و پرهزینه بوده و به همین علت استفاده از آب همان سرشاخه بسیار شور اقتصادی بوده و مطلوب پیمانکار است. اما از بررسی مطالعات انجام گرفته مشخص می شود که رفتار خاک های رسی به شدت به شیمی سیال منفذی و اندرکنش ذرات رس و آب حساس می باشد. مطالعه انجام شده توسط آکسوی و همکاران نشان داده است آب شور دریای اژه سبب کاهش شاخص تراکم پذیری و شاخص تورم پذیری خاک می شود و در شرایطی که حد روانی خاک بیشتر از 110٪ باشد این تغییر محسوس تر است . - Yukselen-Aksoy et al., 2008 - رائو و متیو 1995 اثر کاتیون های یک، دو و سه ظرفیتی را بر روی نتایج آزمون تحکیم رس دریایی بررسی کرده اند. مطالعه آن ها نشان می دهد جایگزینی کاتیون های تک ظرفیتی با کاتیون های با ظرفیت بالاتر، سبب کاهش ضخامت لایه دوگانه و افزایش نیروی جاذبه می شود و درنتیجه ساختار فولکوله در خاک ایجاد می شود که این ساختار باعث افزایش نفوذپذیری خاک می گردد به طوری که در هر فشاری نفوذپذیری رس AL دار 12 تا 13 برابر رس Na دار است . - Rao and Mathew, 1995 - سیدی کوا و همکاران 2011، اثر محلول های NaCL و CaCL2 را بر روی دو نمونه خاک بررسی کرده اند. در مورد نمونه خاکی که حاوی درصد زیادی از رس است افزایش شوری سیال منفذی سبب کاهش شاخص تراکم پذیری و شاخص تورم پذیری شده است اما آب شور تأثیر چندانی بر خصوصیات مکانیکی خاک دانه ای نداشته است . - Siddiqua, 2011 - مطالعه انجام شده توسط شریعتمداری و همکاران 2011 نیز نشان داده است با افزایش غلظت سیال منفذی و افزایش ظرفیت کاتیون به سبب کاهش ضخامت لایه دوگانه و درنتیجه افزایش نیروی جاذبه در بین ذرات و تشکیل ساختار فولکوله در خاک، شاخص تراکم پذیری کاهش می یابد . - Shariatmadar et al., 2011 - در این مقاله تأثیر آب شور - آب سرشاخه کرچای - و آب نیمه شور - آب رودخانه آجی چای - و آب مقطر بر روی پارامترهای تحکیم مصالح قرضه سد خاکی کرچای بررسی شده است. بدین منظور از مصالح قرضه سد خاکی کرچای و همچنین آب سرشاخه کرچای و رودخانه آجی چای نمونه برداری شد و نمونه های مذکور به آزمایشگاه ژئوتکنیک دانشگاه اصفهان انتقال یافت. در آزمایشگاه مشخصات فنی نمونه ها با استفاده از هر سه نوع آب تعیین گردید.
روشها و مواد:
مطالعه موردی این تحقیق بر روی سد خاکی کرچای انجام می گیرد. این سد در فاصله 45 کیلومتری شرق شهر تبریز واقع شده است و به منظور جلوگیری از ورود آب شور سرشاخه کرچای به مخزن سد ونیار احداث می شود. سرشاخه شور کرچای در ساحل چپ رودخانه آجی چای واقع شده که در فاصله 2 کیلومتری شمال شرق روستای شاملو به آجی چای می ریزد. موقعیت جغرافیایی طرح در 46 درجه و 51 دقیقه تا 46 درجه و 38 دقیقه طول شمالی و 38 درجه و 9 دقیقه تا 37 درجه و 52 دقیقه عرض شمالی قرار گرفته است. منطقه مورد مطالعه از نظر تقسیمات زمینشناسی، بخشی از پهنه ایران مرکزی است و قدیمیترین سنگهایی که در محدوده مورد مطالعه برونزد دارند مربوط به میوسن میباشند.به منظور شناسایی اولیه خاک قرضه، آزمایش های فیزیکی شامل دانه بندی، تعیین حدود آتربرگ، تراکم و طبقه بندی مطابق استاندارد ASTM انجام شد. نتایج این آزمایش ها در جدول1 نشان داده شده است.
جدول -1 مشخصات خاک طبیعی مورد بررسی
آزمایش تحکیم بر اساس استاندارد ASTM D2435 انجام شد. از آنجایی که املاح موجود در آب عمدتاً بر بخش ریز دانه - بخش رسی - خاک تأثیر دارد، این آزمون بر روی مصالح عبوری از الک 100 و الک 60 با استفاده از سه نوع آب انجام گرفت. بدین منظور نمونه های خاک با رطوبت بهینه در قالب دستگاه تحکیم متراکم شده و به مدت یک شبانه روز به حالت غوطه ور در آب و تحت سربار اولیه دستگاه 1 - کیلوپاسکال - قرار گرفته تا ضمن اشباع شدن، اندرکنش ذرات خاک و املاح موجود در آب انجام شود. بعد از آن تنش های 0/25، 0/5، 1، 2 و Kg/cm2 2/5 هر کدام به مدت 2 ساعت بر روی نمونه خاک اعمال گردید.
بحث:
نتایج مربوط به دو بار انجام آزمون تحکیم در جدول 2 نشان داده شده است. شاخص تراکم پذیری - Cc - و شاخص تورم پذیری - Cs - از منحنی log σ – e تعیین شده اند. این ضرایب با افزایش شوری آب اندکی کاهش نشان داده اند. چنین نتیجه ای در مطالعات انجام شده توسط شریعتمداری و همکاران 2011 و رائو و متیو 1995 نیز حاصل شده است. شریعتمداری و همکاران 2011 کاهش شاخص تراکم پذیری با افزایش شوری آب منفذی را به کاهش ضخامت لایه دوگانه و افزایش نیروی جاذبه در بین ذرات خاک نسبت داده اند. در مطالعه حاضر انجام آنالیز XRD بر روی خاک نشان داده است درصد کانی مونت موریلونیت در خاک 5 درصد بوده و قسمت اعظم ریز دانه خاک را کانی های غیر فعال همچون کوارتز، کلسیت، دولومیت، ژیپس و فلدسپار تشکیل داده است. بنابراین با توجه به درصد پایین کانی های فعال خاک، کاهش اندک پارامترهای تحکیم با افزایش شوری آب منطقی به نظر می رسد . همچنین از آنجایی که درصد رس خاک کم است بخش کمتری از تغییرات ایجاد شده در پارامترهای تحکیم به علت کاهش ضخامت لایه دوگانه می باشد و می توان گفت غلظت زیاد نمک در آب سبب افزایش نیروی جاذبه در بین ذرات و برقراری پیوند در بین آن ها و نهایتاً تشکیل ساختار فولکوله در خاک شده است که در چنین ساختمانی نشست خاک و شاخص تراکم پذیری کمتر خواهد بود. در مورد شاخص تورم پذیری انتظار آن می رفت که با افزایش شوری آب، این ضریب افزایش یابد. زیرا تصور می شد با توجه به شوری زیاد آب و اضافه شدن سربار بر روی خاک، غلظت یون ها در بین ذرات خاک افزایش یافته و به موجب آن فشار اسمزی افزایش می یابد. لذا با کاهش بار خارجی، آب بین ذرات به سبب فشار اسمزی زیاد تحت مکش واقع شده و آب به آن اضافه می شود تا غلظت یون های بین ذرات کم گردد. اما بر خلاف آن، شاخص تورم پذیری نیز با افزایش شوری آب منفذی، کاهش نشان داد. این نتیجه با مطالعه انجام شده توسط سیدی کوا و همکاران 2011 سازگاری دارد. می توان گفت پیوندهای تشکیل شده در بین ذرات خاک، اجازه تورم زیاد را نمی دهد.
در شکل 1 و 2 منحنی log σ - e مربوط به هر دو بار انجام آزمون نشان داده شده است. در این اشکال نیز مشخص است که شیب منحنی در قسمت تحکیم عادی برای آب شور و نیمه شور تقریباً برابر بوده و شیب منحنی با آب مقطر اندکی بیشتر است. در اشکال 3 و 4 نیز منحنی log σ – ɛ مربوط به هر دو بار انجام آزمون نشان داده شده است. میزان کرنش در فشارهای مختلف در مورد آزمایش خاک با آب شور و نیمه شور
