بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
کنترل پديده رگاب با مسلح نمودن خاک
چکيده
رگاب (Piping) پديده اي است که دراثر نشت آب به سمت بالا در محيط هاي خاکي رخ مي دهد. اين پديده در بسياري از سازه هاي آبي از قبيل سدهاي خاکي، کانال هاي آبياري و سامانه هاي زهکشي مشاهده مي شود که موجب خسارت هاي زياد و نيز تخريب سازه هاي موردنظر مي گردد. در اين تحقيق آزمايشات متعددي روي نمونه خاک هاي سيلتي متراکم شده و همچنين نمونه هاي تراکم يافته با درصدهاي گوناگون الياف مصنوعي در دستگاهي که بدين منظور طراحي و ساخته شد، انجام گرفت . در اين آزمايشات شيب هيدروليکي بحراني و مقاومت در برابر نيروي نشت اندازه گيري و محاسبه شد. نتايج نشان داد که نمونه هاي خاک مسلح شده با الياف مصنوعي داراي مقاومت کافي در برابر پديده رگاب هستند.
کلمات کليدي: رگاب ، نشت آب ، الياف مصنوعي، خاک مسلح
مقدمه
رگاب (Piping) به پديده اي فرسايشي اطلاق مي گردد، و در محلي که نيروي مقاومتي خاک کمتر از نيروي ناشي از نشت آب است ، بوقوع مي پيوندد. در نتيجه اين فرآيند، ذرات خاک از هم جدا شده و همراه جريان آب جابجا و منتقل مي گردند. ادامه اين روند موجب ايجاد حفره و يا مجرا مي شودکه بتدريج در امتداد جريان گسترش مي يابد و درنهايت موجبات تخريب سازه را فراهم مي آورد. بنابراين مي توان گفت که رگاب يک فرآيند فرسايشي پسرونده است که شروع آن از نقطه اي است که شيب هيدروليکي براي جابجايي ذرات خاک کافي باشد. پديده رگاب معمولا در اطراف مجاري آب ، کانال هاي انتقال آب ، بندهاي انحرافي، سدها و ... که خاک اطراف آنها به گونه اي مناسب متراکم نشده باشد، بوقوع مي پيوندد. در محل هاي ذکر شده تراکم خاک نسبت به بقيه نقاط کمتر بوده و نفوذپذيري نسبي زياد است و در نتيجه تمرکز آب نشتي و ايجاد شيب هيدروليکي بحراني، رگاب حادث مي گردد. وقوع رگاب به نوع خاک و تراکم آن بستگي مستقيم داشته به گونه اي که خاک هاي دانه اي با ٦ > PI که تراکم آنها کم باشد معمولا مقاومت ناچيزي در برابر رگاب دارند.محققين مختلف جهت بالا بردن مقاومت خاک در برابر اين پديده ، بهسازي خاک را از روش مسلح نمودن تصادفي آن مطرح نمودند. که مي توان به تحقيقات Das and (٢٠٠٩)Viswanadham و (٢٠٠٢)Furumoto, Miki and Obata اشاره نمود، ايشان در تحقيقات خود به اين نتيجه رسيدند که عمل مقاوم سازي خاک با استفاده از الياف مصنوعي مي تواند در جلوگيري از اين پديده موثر باشد. در اين تحقيق آزمايشات لازم روي نمونه هاي معمولي و مسلح شده با مقادير مختلف الياف مصنوعي در يک دستگاه ويژه که براي ايجاد پديده رگاب در آزمايشگاه طراحي و ساخته شد، انجام گرديد.
الف – آزمايشات شناسايي خاک
آزمايشات شناسايي شامل دانه بندي، حدود اتربرگ و تراکم روي نمونه خاک مورد نظر مطابق استاندارد ASTM انجام گرديد و نتايج خواص فيزيکي و مکانيکي آن در جدول ١ آورده شده است .
١- آزمايش دانه بندي: آزمايش دانه بندي و هيدرومتري طبق استاندارد ASTM-D٤٢٢ انجام شد. مشخصات دانه بندي خاک موردنظرپس از انجام آزمايش هاي مربوطه در جدول ١ آورده شده است . طبقه بندي خاک براساس سيستم يونيفايد انجام گرفت و مشخص شد خاک از نوع SM است .
٢- آزمايش حدود اتربرگ : آزمايش هاي حدود اتربرگ شامل حد رواني وخميري بترتيب مطابق استاندارد ١٠-ASTM-D٤٣١٨ براي خاک مورد نظر انجام شد و نتايج آن در جدول ١ نشان داده شده است .
جدول ١- نتايج آزمايش هاي شناسايي
ب - مشخصات الياف استفاده شده
مشخصات الياف استفاده شده در اين تحقيق در جدول ٢ آورده شده است .
جدول ٢- مشخصات فيبر استفاده شده
جهت بررسي و شناخت اثر پديده رگاب ، دستگاه مورد نياز طراحي و ساخته شد که قادر به ايجاد جريان يک بعدي در نمونه هاي خاک
متراکم و مسلح شده مي باشد.
شکل ١- دستگاه مورداستفاده واجزاي آن
همان گونه که در شکل ١ ملاحظه ميگردد، دستگاه متشکل از يک استونه (مخزن ) تامين آب ، استوانه نگهدارنده نمونه متراکم شده با ابعاد
٥٠ميليمتر، قطرو ١٠٠ميليمتر، ارتفاع مي باش .در پايين استوانه نگهدارنده نمونه از يک صافي(فيلتر) با دانه بندي مشخص براي تامين توزيع يکنواخت عبور جريان آب از ميان نمونه ، استفاده شده است . دو مخزن از جنس پلاکسي گلاس ساخته شده و بوسيله يک لوله رابط که مجهز به شير کنترل جريان است ، بهم وصل شده اند.در استوانه اي که حاوي آب است مي توان سطح آب را در ارتفاع مشخص ثابت نگهداشت . به عبارت ديگر مي توان بر نمونه که در استوانه نگهدارنده آن قراردارد، شيب هاي هيدروليکي موردنظر را ايجاد نمود به طوري که سطح آب روي نمونه ثابت باشد. همچنين مقدار آب خروجي از نمونه را مي توان با جمع آوري آب خارج شده از آن بدست آورد.
تهيه نمونه
در اين تحقيق از درصدهاي وزني مختلف الياف مصنوعي (٠.٥% ، ٠.٧٥% ، ١% و ١.٢٥%) جهت مسلح کردن خاک بصورت تصادفي استفاده شده است . پس از اضافه کردن مقدار الياف مورد نظر به خاک و انجام آزمايش تراکم طبق استاندارد ASTM-D٦٩٨ مقدار رطوبت بهينه و وزن واحد حجم خشک حداکثر( γdma) بدست آمد. نمودار تراکم نمونه ها در شکل (٢) نشان داده شده است . سپس نمونه هاي آزمايشي در رطوبت بهينه و وزن واحدحجم خشک حداکثر( γdma) به روش تراکم استاتيکي در سه لايه توسط دستگاه بارگذاري ويژه با سرعت بارگذاري (mm.min) ١.٥ متراکم گرديد.
شکل ٢- نمودار حاصل از تراکم خاک غيرمسلح و مسلح شده با مقادير مختلف الياف مصنوعي
در نمونه هاي ساخته شده مقدار تخلخل نسبي از رابطه زير محاسبه شد.
vv حجم خلل و فرج خاک، vs حجم بخش جامد خاک و vf حجم الياف موجود در نمونه خاک مي باشد.
پس از تهيه نمونه آن را در دستگاه مخصوص آزمايش قرار مي دهيم و سپس نمونه تحت تاثير يک ارتفاع مناسب آب به مدت ٢٤ ساعت ، جهت اشباع شدن قرار داده شد. با افزايش ارتفاع در هر گام پس از يک ساعت با اندازه گيري دبي خروجي از نمونه ، سرعت نشت محاسبه شده و روند افزايش ارتفاع تا وقوع پديده رگاب ادامه يافت .
در اين تحقيق آزمايش هاي متعددي روي نمونه خاک متراکم شده با درصدهاي مختلف الياف مصنوعي (٠.٥% ، ٠.٧٥% ، ١% و ١.٢٥%) انجام شد. و مقدار سرعت نشت با استفاده از فرمول زير محاسبه گرديد.(٢٠٠٩ Das.et. al).
Vs سرعت نشت تخلخل نمونه خاک، Q حجم آب خروجي از نمونه ،L طول نمونه خاک سطح مقطع نمونه اختلاف ارتفاع آب در مخزن و نمونه خاک (m) و t زمان اندازه گيري دبي(s) مي باشد.
نتايج و بحث
شکل ٣ تغييرات سرعت نشت را در برابر تغييرات شيب هيدروليکي براي نمونه خاک غيرمسلح و خاک مسلح شده با درصدهاي مختلف الياف مصنوعي را نشان مي دهد. همان گونه که از شکل مذکور مشاهده مي شود با افزايش شيب هيدروليکي سرعت نشت نيز افزايش مي يابد. اين روند ادامه دارد تا اينکه در يک مقدار خاص ، شيب اوليه نمودار تغيير
