بخشی از مقاله
خلاصه
لایه فیلتر در سدهای خاکی برای محافظت از هسته در مقابل تراوش و شستگی به کار می رود. برای طراحی لایه فیلتر مشخصات آن نظیر زاویه اصطکاک داخلی باید تعیین شود. زاویه اصطکاک داخلی یکی از پارامترهای مقاومت برشی خاک است. معمولا برای بدست آوردن این پارامتر از آزمایش برش مستقیم استفاده می شود که این آزمایش یک آزمون آزمایشگاهی بوده و برای به دست آوردن نتایج آن باید نمونه خاک از محل سایت به آزمایشگاه منتقل شود. انجام این آزمایش ها علاوه بر زمان بر بودن مستلزم صرف هزینه نسبتا زیاد و تجهیزات و نیروی انسانی متخصص می باشد.
ضمنا نمونه مورد استفاده نیز دستخورده بوده و باید مورد بازسازی قرار گیرد که نتیجه را با خطا همراه می کند. آزمایش نفوذسنجی دینامیکی یک تست در جا می باشد که بسیار ساده و ارزان قیمت است و با سرعت بسیار زیاد می توان از آن نتیجه گرفت. در صورت جایگزینی تست نفوذ سنجی دینامیکی با آزمایش برش مستقیم می توان نتایج مورد نظر در لایه فیلتر سدهای خاکی مثل زاویه اصطکاک داخلی را با سرعت بالا و دقت مناسب و هزینه کمتر و بدون نیاز به نیروی متخصص بدست آورد. هدف از این پژوهش ارائه رابطه تجربی بین نتایج آزمایش نفوذ سنجی دینامیکی با زاویه اصطکاک داخلی خاک در لایه فیلتر سدهای خاکی میباشد.
.1 مقدمه
محققین همواره علاقه زیادی به برقراری ارتباط بین نتایج بدست آمده از تست های سخت و مشکل با نتایج آزمایشهای ساده داشته اند. این موضوع در علم ژئوتکنیک و آزمایشات مکانیک خاک نیز کاربرد ویژه ای دارد. در زمینه بدست آوردن پارامترهای خاک همواره دو روش آزمایشگاهی و انجام تست های برجا وجود دارد که معمولا تست های برجا بدلیل سادگی، کم هزینه بودن، سرعت انجام بالای آزمایش و نتیجه گیری و مخصوصا بخاطر انجام آزمایش بر روی خاک بکر از اولویت بالاتری نسبت به تست های آزمایشگاهی برخورداراست. آزمایش نفوذسنجی نیز یکی از همین آزمون های برجای ژئوتکنیکی است که در سال های اخیر مورد توجه پژوهشگران سراسر دنیا قرار گرفته است. آزمایش های نفوذسنجی شامل دو دسته تست های استاتیکی و دینامیکی میباشند که آزمایش نفوذ استاندارد و نفوذسنجی دینامیکی از متداول ترین انواع آن میباشد.
در سدهای خاکی در اثر تراوش و حرکت آب امکان شسته شدن و فرار ذرات ریزتر خاک از بین ذرات درشت تر وجود دارد که به این پدیده اصطلاحا آبشستگی یا فرسایش میگویند. به منظور جلوگیری از این پدیده و افزایش ضریب اطمینان در برابر جوشش از لایه ای به نام فیلتر در سدهای خاکی استفاده میشود که این لایه از خاک مبنای موجود در هسته مرکزی یک سد که از جنس رس میباشد در مقابل فرسایش ناشی از گرادیان هیدرولیکی جلوگیری می نماید. بنابر این فیلتر ها باید دو معیار کلی زیر را ارضا کنند:
-1 نفوذپذیری به اندازه کافی بزرگ باشد تا خود مانعی برای آب نباشد و آب به راحتی از آن عبور نماید.
-2 حفرات بین ذرات و دانه های فیلتر به اندازه کافی کوچک باشد تا ذرات خاک مبنا را در جای خود حفظ کند و این ذرات بتواند به حرکت خود ادامه دهد.
برای کنترل پایداری لایه فیلتر باید مقاومت برشی آن که از زاویه اصطکاک داخلی بدست می آید، تعیین شود. روش متداول برای بدست آوردن زاویه اصطکاک داخلی خاک انجام تست برش مستقیم می باشد که این آزمایش بدلیل ماهیت آزمایشگاهی بودن آن نیاز به تجهیزات خاص آزمایشگاهی دارد و در ضمن اخذ نمونه از محل پروژه و ارسال آن به آزمایشگاه مستلزم صرف زمان زیادی بوده و روند اجرای پروژه را کند می کند. اما اگر بتوان زاویه اصطکاک داخلی را از آزمایش های بر جای ساده دیگری نظیر آزمایش نفوذسنجی دینامیکی بدست آورد این مشکلات برطرف شده و با صرف هزینه کمتر و سرعت بسیار بالاتری نتایج مورد نیاز حاصل می گردد. هدف اصلی در این پژوهش نیز مرتبط کردن نتایج این دو آزمایش به یکدیگر است.
.2تشریح آزمایش نفوذسنجی دینامیکی و انواع آن و اجزای یک نفوذسنج:
نفوذسنجی به عنوان یکی از آزمایشهای ژئوتکنیکی درجا، امکان تعیین مقاومت خاک در محل را با استفاده از نفوذ یک مخروط فراهم می نماید. در نفوذسنج دینامیکی انرژی لازم برای نفوذ در خاک، با ضربه ناشی از سقوط وزنه ای معین از ارتفاع مشخص تامین میشود که به دو صورت موتور دار یا دستی ساخته میشود. تعداد ضربه لازم برای طول نفوذ مشخص به طور پیوسته ثبت شده و این تعداد ضربات به مشخصات خاک نسبت داده می شود.
اجزای آزمایش نفوذسنجی دینامیکی متشکل از اجزای زیر می باشد:
الف: چکش که با توجه به وزن و ارتفاع سقوط آن امکان نفوذ مخروط را فراهم می کند ب: میله های نفوذ ج: مخروط نفوذ
در شکل 1 از راست به چپ به ترتیب یک نفوذسنج و اجزای آن به صورت شماتیک و پروفیل تعداد ضربات بدست آمده از نتیجه یک تست نفوذسنجی را در عمق گمانه نشان میدهد:
شکل - 1 از چپ به راست نمونه یک دستگاه نفوذسنج دینامیکی ، شکل شماتیک اجزای دستگاه، پروفیل تعداد ضربات تست در عمق گمانه چهار نوع متفاوت این آزمایش امکان استفاده از آن را در انواع خاکهای مختلف فراهم می نماید که در آنها وزن چکش و ارتفاع سقوط و قطر مخروط نفوذ متغیر است. این چهار نوع شامل نوع سبک - DPL - و نوع متوسط - DPM - و نوع سنگین - DPH - و نوع خیلی سنگین - DPSH - می باشد. در جدول 1 مشخصات نفوذسنج سبک و متوسط به کار رفته در این پژوهش بر اساس استاندارد ملی ایران نشان داده شده است :
جدول -1 مشخصات نفوذسنج نوع سبک و متوسط[1]
نتایج آزمایش نفوذسنجی برای موارد زیر کاربرد دارد:
-1 تعیین پروفیل زمین و موقعیت و عمق لایه های ضعیف
-2 تخمین پارامترهای مقاومتی خاک و درون یابی اطلاعات ما بین گمانه ها
-3 کنترل درجه تراکم خاک و تخمین تراکم نسبی ماسه و شن
-4 تخمین ظرفیت باربری مجاز و مقدار نشست پی ها درخاکهای دانه ای
-5 تخمین زاویه مقاومت برشی موثر - زاویه اصطکاک داخلی -
-6 ارزیابی پتانسیل روانگرایی خاک های غیر چسبنده در شرایط زهکشی نشده
