بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق بر اساس نتایج آزمایشگاهی دو رابطه جهت تخمین ضریب آبگذری اشباع در جهت قائم - kysat - در خاکهای ریزدانه متراکم مورد استفاده در سدهای زیرزمینی ارائهشده است. برای این منظور 14 نمونه خاک چسبنده با ترکیب مختلف تهیه و پس از اندازهگیری خصوصیات موردنیاز آنها شامل خصوصیات تراکم، حدود اتربرگ، تخلخل و درجه اشباع پس از تراکم - Src - ، از اطلاعات بهدستآمده نه نمونه، جهت دستیابی به معادلههای تخمین kysat و از اطلاعات پنج نمونه باقیمانده جهت صحتسنجی معادلات بهدستآمده استفاده گردید .
در رابطه اول kysat به صورت تابعی از درجه اشباع پس از تراکم و درصد ذرات ریزدانه ارائه شد. در رابطه دوم kysat بهصورت تابعی توانی از تخلخل ثانویه ارائه گردید. با صحتسنجی، این دو رابطه به ترتیب با RMSE=0/55 و 0/47 RMSE= مشخص گردید رابطه دوم تخمین مناسب تری از ضریب آبگذری اشباع در جهت قائم ارائه میدهد. در ادامه با بکار بردن رابطه برتر، بهطور مجزا معادلاتی برای مقادیر kysat و Src یکسان بهصورت نموداری خطی در چارچوب خصوصیات تراکم توسعه یافت. این نمودارها تخمین kysat وSrc را بر اساس نتایج آزمایش تراکم در خاک چسبنده متراکم تسهیل مینماید.
مقدمه
همواره اندازهگیری آبگذری فرایندی زمانبر و مشکل بوده است. در سال 1856 تحقیقات دارسی بر روی جریان آب در محیط شنی انجام شد. وی دبی عبوری را تابعی از A، h و 1/L در نظر گرفت و رابطه 1 را ارائه کرد:
در رابطه فوق Q شدتجریان عبوری - L3/T - ، A مقطع عرضی عمود بر جریان - L2 - ، K اختلاف ارتفاع آب - L - ، L طول نمونه - L - و k ثابتی بنام آبگذری هیدرولیکی - ضریب آبگذری - 1 بوده که تابعی از آبگذری 2 خاک می باشد ولی خود آبگذری نیست - الدوری، . - 2010 سلهیم در سال 1880 آبگذری را تابعی از خصوصیات خاک بیان نمود و همچنین بیان کرد که نفوذپذیری مستقل از نوع سیال بوده و تنها تابع خواص خاک - مجذور شعاع خلل و فرج - می باشد. اشنایدر - 1996 - نفوذپذیری را بهصورت توانایی سنگ یا خاک در عبور سیال از خلال آن بیان نمود.
وی آبگذری را بهصورت خصوصیتی از سنگ یا خاک مستقل از خواص سیال و تأثیرپذیر از مؤلفههای مانند اندازه خلل و فرج، هندسه و نحوه توزیع آنها دانست - اشنایدر و همکاران، . - 1996 ضریب آبگذری خاک اشباع - kysat - بهوسیله روشهای گوناگونی مانند معادلات تجربی، مدلهای کاپیلاری، مدلهای آماری و تئوریهای مرتبط به شعاع هیدرولیکی قابل تخمین است - بیر 1972، اشدیگر . - 1974 ترزاقی در سال 1922 دریافت kysat تابعی از تخلخل و روش تراکم میباشد.
میشل و همکاران - 1965 - دریافتند نمونههای متراکم بین 100 تا 1000 برابر نفوذناپذیرتر از نمونههای متراکم نشده هستند. ایشان دو نوع تخلخل را تعریف نمودند؛ تخلخل اولیه که در ارتباط با ساختار میکرو ذرات خاک میباشد و تخلخل ثانویه3 که در ارتباط با ایجاد ساختارهای بزرگتر ناشی از فرایندهایی مانند حفاری، حمل و نقل، دستخورده شدن خاک و یا فرآیندهای هوازدگی مانند مرطوب شدن، خشک شدن، یخ زدن و ذوب شدن یخ در خاک است.
این دو نوع تخلخل میتواند با استفاده از روشهای مانند آزمایش نفوذ جیوه و یا بررسی میکروسکوپی الکترون بهصورت کمی بیان شود - دیلگ و همکاران . - 1982 محدودیت برخی از روشهایی که قبل از سال 2000 جهت تخمین ضریب نفوذپذیری ارائه شده اند - مانند روشهای کرومبین و مونک - 1942 - ، کریگر و همکاران - 1947 - ، ماش و دنی 1966 - - ، سامرز و وبر - 1984 - ، شفرد - 1989 - و اسپری و پیرس - - 1995 - ، این است که در آنها تخلخل و نسبت پوکی در نظر گرفته نشده است و این بدان معنی است که برای یک نوع خاک، روشهای مذکور ضریب آبگذری را برای شرایط با تراکم بالا، متوسط و یا کم، یکسان پیشبینی میکند.
این موضوع میتواند در رابطه با این باور اشتباه که هر خاک دارای تخلخل منحصربهفردی است، توجیه شود و این در حالی است که هر خاک دارای طیف وسیعی از مقادیر تخلخل و نسبت پوکی میباشد. در خاکهای متراکم رسی چاپیوس و همکاران - 2006 - به کمک نتایج آزمایشگاهی kysat را تابعی از تخلخل ثانویه در نظر گرفتند و رابطه 2 را ارائه نمودند. طبق نظریه ایشان فرض بر این است که در انتهای تراکم تمام آب در داخل خاکدانهها و نه بین آنها نگهداشته میشود در این حالت میتوان گفت تخلخل ثانویه فقط با هوا پر گردیده است.
در این رابطه به ترتیب nc و Src تخلخل و درجه اشباع نمونه پس از تراکم می باشد. در معادله فوق ضریب هدایت هیدرولیکی را برای نمونهای متراکم کاملاً اشباع Src - متفاوت از - Sr صفر به دست میآید که واقعی نیست. به همین علت چاپیوس و همکاران kysat=10-8 cm/s را بهعنوان حد پایین برای استفاده از رابطه 2 تعریف نمودند - چاپیوس و همکاران . - 2006 هدف اصلی از این تحقیق، ارائه روابطی جهت تخمین kysat در خاکهای ریزدانه متراکم است. برای این منظور، اطلاعات موجود به منظور دستیابی به یک سری معادلات برای تخمین kysat مورد استفاده قرار میگیرد.
مواد و روشها
جهت انجام آزمایش نه نمونه خاک ریزدانه چسبنده از مناطق مختلف که تطابق لازم را با قرضه خاک استفاده شده در سدهای اجرا شده زیرزمینی استان های سمنان و کرمان داشتند، تهیه شد. مؤلفه های موردنیاز - شامل مؤلفههای حاصل از نتایج آزمایش های مکانیک خاک و مؤلفههای حاصل از نتایج معادلات 3 تا - 5 به دست آمد - جدول 1،2 و - 3، همچنین از پنج نمونه خاک نیز جهت صحت سنجی روابط به دست آمده استفاده شد - جدول . - 4 لازم به ذکر است تمام آزمایش ها در پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری ایران انجام شد.
چاپیوس و همکاران در سال 2002، Kysat را بهصورت تابعی از تخلخل ثانویه در نظر گرفتند: - 6 -
در این معادله، a و b ضرایبی هستند که توسط نتایج دادههای آزمایشگاهی به دست میآید. در این تحقیق آزمایش سنجش نفوذپذیری طبق استاندارد ASTM D:2434 به روش بار افتان انجام شد. ابعاد نمونه در جعبه پروکتور با قطر 10/2 و ارتفاع 11/6 سانتیمتر قرار داده شد. طبق مطالعات صورت گرفته توسط کازاکس و دیدیر - 2002 - درصورتی که قطر نمونههای متراکم آزمایشگاهی بین 10 تا 15 سانتیمتر باشد تأثیر اندازه نمونه در نتایج ناچیز است که این امر در انجام تست نفوذپذیری موردتوجه قرار گرفت. نمونههای موجود بعد از عملیات تراکم تا 100 وزن مخصوص حداکثر خشک به روش پروکتور استاندارد و پس از اشباع شدن با آب معمولی مورد آزمایش نفوذپذیری قرار گرفت.
نتایج و بحث:
جدول 1، مؤلفه های بهدستآمده از نتایج آزمایشهای مکانیک خاک و جدول 2 مؤلفههای بهدستآمده توسط معادلات 3 الی 6 - با فرض - Gs= 2/7 را نشان میدهد. با انجام حداقل پنج بار اندازه گیری آزمایش نفوذپذیری بار افتان، میانگین نتایج بهعنوان ضریب نفوذپذیری قائم نمونهها در ستون آخر جدول 2 آورده شده است.
