بخشی از مقاله
خلاصه
خاكهاي رمبنده از جمله خاكها ي مساله دار هستند که داراي ساختار باز و پیوندهاي ضعیف بین ذرات می باشند. این خاكها در حالت خشک مقاومت بالایی از خود نشان میدهند، ولی در صورت اشباع شدن کاهش حجم شدید و ناگهانی از خود نشان میدهند که براي سازههاي احداثشده بر روي آنها مشکلاتی ایجاد میکنند. یکی از مهمترین اطلاعاتی که براي بررسی رفتار این خاكها به عنوان یک خاك غیر اشباع مورد نیاز است منحنی آب نگهداري خاك یا منحنی مشخصه ي آب- خاك میباشد.
در این تحقیق، منحنی فوق براي خاك رمبندهي منطقهي سیوند استان فارس با استفاده از دستگاه صفحه فشار به دست آمده و تاثیر درصد رطوبت اولیه و چگالی خشک خاك بر این منحنی بررسی شده است. همچنین مقایسه اي بین نتایج بدست آمده با روابط تجربی موجود صورت گرفته است که بیانگر اختلاف رفتار خاك رمبنده با رو ابط مبتنی بر سایر خاكها به خصوص در ناحیه انتقالی منحنی آب نگهداري خاك می باشد. با کاهش درصد رطوبت و چگالی اولیه، شیب منحنی آب نگهداري خاك در ناحیه انتقالی افزایش مییابد که این افزایش شیب در خاك هاي رمبنده نسبت به سایر خاكها بیشتر است.
.1 مقدمه
خاك هاي رمبنده از جمله خاك هاي مساله دار هستند که داراي ساختار باز و پیوندهاي ضعیف بین ذرات می باشند. این خاكها در خشک مقاومت بالایی از خود نشان می دهند ولی در صورت اشباع شدن کاهش حجم شدید و ناگهانی از خود نشان می دهند که براي سازه هاي احداث شده برروي آنها مشکلاتی ایجاد میکنند
این خاكها در نقاط خشک و نیمه خشک جهان مانند خاورمیانه، قسمت هاي مرکزي و جنوبی آمریکا، چین، هند و... و به صورت رسوبات آبرفتی، نهشته هاي بادرفتی و ... یافت می شوند. کشور ایران نیز در زمره کشورهایی است که که داراي آب و هواي گرم و خشک بوده و خاك هاي رمبنده در نواحی مرکزي و جنوبی آن یافت می شود
از جمله ویژگی این خاك ها می توان به تخلخل بالا، ساختار باز، دانسیته کم، حساسیت بالا و اتصالات داخلی ضعیف اشاره کرد. طبق نظر هوستون و همکاران با افزایش رطوبت اتصالات بین ذرات خاك هاي رمبنده که ناشی از رس و یا سایر مواد شیمیایی حاصل شده و همچنین مکش خاك کاهش یافته و رمبندگی اتفاق می افتد.
مقدار مکش و رابطه آن با درصد رطوبت یکی از مهمترین اطلاعاتی است که براي بررسی رفتار خاك هاي غیر اشیاع مورد نیاز است. این رابطه تحت عنوان منحنی آبنگهداري خاك یا منحنی مشخصه آب- خاك بیان می شود
روش هاي تحلیلی و آزمایشگاهی مختلفی براي به دست آوردن این منحنی وجود دارد. در این تحقیق منحنی آب نگهداري خاك رمبنده سد سیوند واقع در استان فارس در درصد رطوبت وزنی اولیه و چگالی هاي خشک اولیه مختلف با استفاده از دستگاه صفحه فشار به دست آمده است. همچنین مقایسه اي بین نتایج این پژوهش با روابط ذیل انجام شده است.
این رابطه در سال 2006 توسط جوهري و همکاران و با استفاده از روش شبکه عصبی بر پایه الگوریتم ژنتیک ارائه شده است. در رابطه فوق Y درصد رطوبت پیش بینی شده توسط مدل، X 1 نسبت تخلخل اولیه، X 2 درصد رطوبت اولیه، X 3 لگاریتم نسبت مکش خاك به فشار اتمسفر، X 4 درصد رس وX 5 درصد سیلت می باشد.
رگرسیون چند جمله اي تکاملی براي پیش بینی منحنی مشخصه آب نگهداري خاك آهنگر عصار و همکاران در سال 2012 از یک روش استفاده کرده و با آنالیز دادهها مدلی ارائه دادند و در نهایت خروجی هاي مدل را با نتایج آزمایش صفحه فشار جوهر ي و هوشمند در سال 2015 با استفاده از روش توصیف ژن مدلی براي پیش بینی منحنی آبنگهداري خاك ارائه دادند. این روش در عین سادگی و کم بودن تعداد پارامترها، دقت قابل ملاحظه اي نیز دارد. همچنین مدل ارائه شده نشان داد که درصد رس تاثیرگذارترین پارامتر در منحنی آبنگهداري خاك است .
در رابطه - 3 - ، ω، CL، Si ، eو Su به ترتیب درصد رطوبت پیش بینی شده توسط مدل، درصد رس موجود در خاك، درصد لاي موجود در خاك، نسبت تخلخل اولیه و مقدار مکش بی بعد شده می باشد.
براي به دست آوردن روابط فوق از یک بانک اطلاعاتی گسترده شامل داده هاي آزمایش صفحه فشار از ایران و سایر نقاط جهان استفاده شده است که ورودي این روابط تخلخل اولیه، درصد رطوبت وزنی اولیه، لگاریتم نسبت مکش به فشار اتمسفر، درصد رس و درصد سیلت بوده و خروجی آنها درصد رطوبت وزنی متناظر با مکش مورد نظر می باشد.
.2 مواد و مصالح مورد استفاده
پس از بررسی هاي لازم ساختگاه سد سیوند واقع در استان فارس و در 100 کیلومتري شمال شرق شیراز به عنوان محل نمونه برداري اتخاب شد. مطالعات زیادي بر روي این منطقه انجام شده است که حاکی از پتانسیل رمبندگی بالاي آن می باشند.
نمونه برداري به صورت دست خورده انجام شد و پس از انتقال نمونهها به آزمایشگاه، آزمایش هاي پایه مکانیک خاك بر روي آن انجام شد. مشخصات خاك در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول -1 مشخصات خاك مورد استفاده
.3 روش انجام کار
طبق مطالعه وکیلی و همکاران [7] پتانسیل رمبندگی در قسمت خشک منحنی تراکم بیشتر بوده و بنابراین درصد رطوبت ها و چگالی هاي انت خابی به گونه اي بودند که نمونه ها در قسمت خشک منحنی قرار بگیرند. تراکم نمونه ها به روش استاتیکی و با درصد رطوبت اولیه 7، 9 و 11 درصد و چگالی هاي خشک اولیه 1/35، 1/45 و 1/5 گرم بر سانتی متر مکعب صورت گرفت. لازم به ذکر است که طبق مطالعه فارسی جانی و باقریه [8] پتانسیل رمبندگی در تراکم به روش استاتیکی بیشتر از روش دینامیکی است.
آزمایش صفحه فشار: دستگاه صفحه فشار داراي دو محفظه که یکی داراي قابلیت اعمال فشار تا 5bar و دیگري تا 15bar می باشد. درون هر محفظه یک صفحه سرامیکی متخلخل براي قرار دادن نمونه ها وجود دارد که از طریق یک لوله با هواي آزاد در تماس است.
در دستگاه صفحه فشار از اصل انتقال محورها براي اعمال مکش استفاده می شود. نحوه انتقال محورها به این صورت است که فشار آب حفره-اي موجود در نمونه ها از طریق لوله موجود در زیر غشاي پلاستیکی که با هواي آزاد در تماس است صفر شده و فشار هواي مثبت اعمال شده باعث میشود که تفاضل آن ها که مکش ماتریک - - σa −σ w نامیده میشود مقداري مثبت شده و در نتیجه آب موجود در نمونه ها خارج شود.
نمونهها تحت فشارهاي صفر، 6، 26، 50، 100، 200، 400، 800 و 1200 کیلو پاسکال قرار گرفتند. آزمایش مطابق با استاندارد ASTM [9] D6836 انجام شد.
.4 نتایج
-4-1 بررسی تاثیر درصد رطوبت اولیه در منحنی آبنگهداري خاك
به منظور بررسی تاثیر درصد رطوبت اولیه مقایسه اي بین منحنی ها در درصد رطوبت هاي اولیه مختلف و چگالی هاي ثابت صورت گرفت که نتایج آن در شکلهاي 1، 2 و 3 نشان داده شده است.
منحنی هاي آبنگهداري داراي داراي سه ناحیه مختلف می باشند: -1 ناحیه اشباع مویینگی -2 ناحیه انتقالی یا خشک شوندگی -3 ناحیه رطوبت باقی مانده. در ناحیه 1 و قبل از رسیدن به AEV - آستانه مکش ورود هوا به حفرات - خاك در حالت اشباع باقی می ماند. عمده تغییرات درصد رطوبت در ناحیه 2 منحنی اتفاق افتاده و در ناحیه سوم نرخ تغییرات درصد رطوبت کاهش یافته و منحنی تقریبا به حالت افقی در میآید.
همانطور که مشاهده میگردد با کاهش درصد رطوبت وزنی اولیه، شیب ناحیه انتقالی منحنی آبنگهداري نیز افزایش می یابد و منحنی مربوط به درصد رطوبت اولیه کمتر پایینتر از سایر منحنی ها قرار می گیرد. در ناحیه انتقالی منحنی مربوط به خاك با درصد رطوبت وزنی اولیه 11 درصد به طور متوسط 5 درصد بالا تر از منحنی مربوط به درصد رطوبت وزنی اولیه 7 درصد می باشد ولی در ناحیه رطوبت باقی مانده تفاوت محسوسی بین منحنی ها وجود ندارد.
-4-2 بررسی تاثیر چگالی خشک اولیه
به منظور بررسی تاثیر چگالی خشک اولیه بر منحنی آب نگهداري خاك مقایسه اي بین نتایج به دست آمده در چگالی هاي مختلف با ثابت نگه داشتن درصد رطوبت اولیه خاك انجام شده و نتایج آن در شکل هاي 4، 5 و 6 نشان داده شده است.
همانگونه که در نمودارها مشاهده میگردد، با کاهش چگالی خشک اولیه، شیب منحنی در ناحیه انتقالی افزایش مییابد که ناشی از بزرگتر بودن سایز حفرات است. همچنین با کاهش چگالی خشک اولیه، درصد رطوبت حالت اشباع افزایش مییابد که تا حد زیادي بدیهی است ولی بایستی به تغییر حجم نمونهها در اثر اشباع شدن نیز توجه شود.
