بخشی از مقاله
چکیده:
مسلح سازی خاک بوسیله ریشه یکی از روشهای بیومهندسی در تثبیت سواحل رودخانه ها است. ریشه با افزایش مقاومت برشی خاک، سبب افزایش پایداری شیب سواحل رودخانه و جلوگیری از لغزش توده ای خاک می شود.این روش علاوه بر هزینه های کمتر با شرایط زیست محیطی سازگار بوده و سبب احیاء شرایط اکولوژیکی آبراهه ها می شود. یکی از ویژگیهای مهم مکانیکی ریشه ها، مقاومت قابل توجه آنها در برابر کشش است. مقاومت فشاری خاک زیاد و مقاومت کششی آن ضعیف است، بنابراین ترکیب خاک و ریشه باعث افزایش مقاومت برشی توده خاک می شود. هنگامی که خاک تحت برش قرار می گیرد، نیروی وارده در اثر چسبندگی بین خاک و ریشه به ریشه ها منتقل می شود.
ریشه نیز از طریق مقاومت کششی در برابر نیروی وارده مقاومت می کند. یکی از عوامل محدودیت ساز در استفاده از فنون بیومهندسی، عدم آگاهی از ویژگی های سیستم ریشه ای گونه های مختلف وخواص مکانیکی آنها و مکانیزم مسلح سازی می باشد. در این مقاله سه روش تعیین میزان افزایش مقاومت برشی خاک در اثر حضور ریشه - آزمایش برش درجا، آزمایش بیرون کشیدگی ریشه ها و آزمایش مقاومت کششی ریشه - مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. بنظر می رسد روش استفاده از مقاومت کششی ریشه از نظر سهولت کاربرد، هزینه کمتر و دقت نتایج نسبت به دو روش دیگر مفید تر باشد.
-1 مقدمه
فرسایش یک پدیده طبیعی است اما از بین رفتن پوشش گیاهی، سبب تشدید پدیده فرسایش میشود. بررسی ها نشان می دهد که قطع درختان ساحلی سبب عریض تر شدن و عمیق تر شدن رودخانه ها شده است بنابراین برای کاهش این پدیده احیاء مجدد پوششهای گیاهی کنار رودخانه ها ضروری است. ناپایداری سواحل رودخانه؛ با فرسایش سطحی1 آغاز می شود و در ادامه پدیده آبشستگی2 و سپس لغزش3 بوجود می آید.{1} یکی از ویژگیهای مهم مکانیکی ریشه ها، مقاومت قابل توجه آنها در برابر کشش است. مقاومت فشاری خاک زیاد و مقاومت کششی آن ضعیف است، بنابراین ترکیب خاک و ریشه باعث افزایش مقاومت برشی توده خاک می شود.
هنگامی که خاک تحت برش قرار می گیرد، نیروی وارده در اثر چسبندگی بین خاک و ریشه به ریشه ها منتقل می شود. ریشه نیز از طریق مقاومت کششی در برابر نیروی وارده مقاومت می کند. پدیده فرسایش سبب از بین رفتن بخشی از زمین های حاصلخیز کشاورزی، افزایش رسوبات ته نشین شده در دریاچه سدهای مخزنی، تخریب تاسیسات آبگیری از رودخانه، تخریب پایه پلها و راه ها، افزایش هزینه تصفیه آب شرب و تغییرات زیست محیطی می شود. فرسایش کناره های رودخانه، بصورت خطی و در طول نسبتا زیادی از آبراهه اتفاق می افتد که تثبیت سازه ای آن بدلیل بالا بودن هزینه ها تنها به صورت موضعی امکان پذیر است. عمق لغزش ها در سواحل رودخانه ها نیزکم و معمولا در محدود تاثیر نفوذ ریشه ها قرار دارد.
ریشه ها با اتصال لایه های سطحی خاک به لایه های عمیق تر و سنگ بستر از فرسایش و لغزش توده خاک جلوگیری می کنند.{2} از اینرو استفاده از روش های بیومهندسی در تثبیت سواحل رودخانه ها علاوه بر هزینه کمتر، با شرایط زیست محیطی آبراهه ها نیز سازگار می باشد. یکی از عوامل محدودیت ساز در استفاده از فنون بیومهندسی، عدم آگاهی از ویژگی های سیستم ریشه ای گونه های مختلف وخواص مکانیکی آنها و مکانیزم مسلح سازی می باشد.
بنابراین مشخص کردن مقاومت کششی ریشه گونه های مختلف گیاهی شاخص مؤثری به منظور انتخاب گونه مناسب برای مسلح کردن خاک و تعیین تاثیر گونه های مختلف در پایداری سواحل رودخانه ها می باشد. در طول دو دهه گذشته بررسی های زیادی در خصوص مکانیزم مسلح سازی ریشه ها صورت گرفته است. اثر مسلح سازی ریشه در خاک به سه روش؛ .1 آزمایش برش درجا، .2 آزمایش بیرون کشیدگی ریشه و.3 آزمایش مقاومت کششی ریشه قابل انجام می باشد.
.2روشهای اندازه گیری اثر مسلح سازی ریشه در خاک تعیین مقدار افزایش مقاومت برشی خاک در اثر حضور ریشه گیاهان را می توان به سه روش مورد بررسی قرار داد:
1. آزمایش برش مستقیم درجا. 1
2. آزمایش بیرون کشیدن ریشه. 2
3. آزمایش مقاومت کششی ریشه3 و استفاده از مدل وو.
.2,1 آزمایش برش مستقیم درجا
این روش برگرفته از آزمایش جعبه برش کولمب می باشد. در این روش ابتدا قسمتهای هوایی درخت از روی سطح زمین قطع می شود. سپس بلوکی پیرامون تنه درخت به ابعاد مناسب 40×40 - و یا 50×50 سانتیمتر - در نظر گرفته می شود. بلوک بوسیله ترانشه ای به عمق مورد نظر - 21 تا 44 سانتیمتر - و عرض مناسب از توده خاک جدا میشود. بلوک های خاک و خاک-ریشه قبل از انجام آزمایش، به مدت 24 ساعت مستغرق می شوند. در این مدت با استفاده از تخته های چند لایه چوبی، از نشت آب به بیرون جلوگیری می شود. زهکشی آب تنها در طول آزمایش مجاز می باشد. پس از آن بوسیله یک ورق فلزی پیرامون بلوک خاک پوشانده می شود.
این ورق را می توان بوسیله تسمه هایی به دور بلوک خاک محکم نمود. برای شبیه سازی تنش نرمال در عمق های مختلف سرباری به وزن 0 تا 470 کیلوگرم و یا وزن مناسب روی سطح بلوک خاک گذاشته می شود. ابزار برش در ترانشه بین بلوک و توده خاک قرار می گیرد. این دستگاه شامل دو صفحه چوبی چند لایه محکم است. صفحه اول به ابعاد 0,3×0,5 متر در سمت بلوک قرار می گیرد و آن را صفحه فشاری4 می نامند. صفحه دوم به ابعاد 0,3×1,0 متر در سمت خاک قرار می گیرد و آن را صفحه عکس العمل5 می نامند. برای اعمال نیروی برشی، دستگاه جک شامل دو سیلندر به ظرفیت 5 تن در حداقل فاصله بین صفحه فشاری و صفحه عکس العمل قرار داده می شود.
فشار لازم از طریق یک پمپ هیدرولیکی تامین می شود. در زمان آزمایش دو فاکتور؛ مقدار فشار وارده و جابجایی بلوک ثبت می شود. مقاومت بلوک در برابر برش، بوسیله دو نیروسنج - 6با ظرفیت مناسب، مثلا - 5KN اندازه گیری می شود. دستگاه نیرو سنج در بین پوشش فلزی بلوک و سیلندر فشار، قرار می گیرد. یک ثبات7 مقدار نیروی وارد شده و میزان جابجایی بین صفحه فشاری و صفحه عکس العمل را به طور همزمان اندازه گیری می کند. شکل شماره - 1 - ، نمونه کار دستگاه برش مستقیم درجا را نشان می دهد.
نیروی برشی با سرعت ثابت 1.5mm/min به مدت 2 ساعت بر بلوک خاک وارد می شود. مدت زمان لازم برای تکمیل آزمایش بستگی به مقدار جابجایی مورد نیاز برای شکست بلوک دارد. معمولا شکست در بازه 100 تا 200 میلیمتر اتفاق می افتد. پس از تکمیل آزمایش برای مشخص نمودن ریشه های گسیخته شده در صفحه برش، خاک درون بلوک جابجا می شود. سپس قطر تمام ریشه های موجود در صفحه برش توسط کولیس1 اندازه گیری می شوند. برای تعیین مقدار c و ϕ خاک، در نزدیکی محل آزمایش در مکانی که فاقد درخت باشد، آزمایش برش مستقیم درجا روی بلوکهای خاک فاقد ریشه به ترتیبی که ذکر شد، انجام می شود. چنانچه در زمان آزمایش یکی از موارد زیر بوجود آید، نتیجه بدست آمده مورد قبول نمی باشد:
- 1 بلوک بطور یکنواخت اشباع نشده باشد.
- 2 چنانچه قسمت جلو بلوک جابجایی قابل توجهی داشته باشد و قسمت پشت آن ثابت باقی بماند در چنین شرایطی حرکت خاک در جهت عمودی بوده و سبب جابجایی سربار می شود.
- 3 چنانچه در طول آزمایش درهم پیچیدگی بلوک اتفاق افتد. این موضوع در اثر نامیزانی ابزار های برش و جهت نامناسب اعمال نیرو بوجود می آید. انجام 25 آزمایش بدون خطا برای هر گونه کافی می باشد. معمولا حدود 30 درصد آزمایشات دارای خطای غیر مجاز می باشند. مراحل مختلف انجام آزمایش و چگونگی پدیده لغزش و گسیختگی ریشه ها به صورت مرحله ای به ترتیب در شکل های شماره - 3 - و شماره - 4 - نشان داده شده است. بررسی های بعمل آمده نشان می دهد که افزایش مقاومت برشی خاک ریشه در این آزمایش نسبت به روش تعیین مقاومت کششی و استفاده از مدل ووکمتر است. به عبارت دیگر ضریب اطمینان این مدل بیشتر می باشد.{2}
.2,2 آزمایش بیرون کشیدن ریشه
ابزار مورد استفاده در این روش با تغییراتی اندک، مشابه روش آزمایش برش مستقیم درجا است. صفحه عکس العمل در روی سطح خاک چاله قرار می گیرد. یک قلاب فلزی بر روی صفحه فشار نصب و یک زنجیر به آن وصل می شود. سر دیگر زنجیر به یک طناب وصل و انتها به ریشه بسته می شود. متناسب با اندازه ریشه ممکن است از یک و یا چند طناب استفاده شود. انعطاف پذیری طناب ضمن بستن ریشه، حداقل صدمه را به آن وارد می کند. نیرو به صورت عمودی بر ریشه وارد می شود. در زمان حفاری باید به ریشه ها آسیبی وارد نشود. در روشی دیگر ترانشه ای حفر می شود.
