448 تا 439 صفحه 39 زمستان 4 شماره 48 دوره Vol. 48, No. 4, Winter 206, pp. 439-448 زیست محیط و عمران مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه Amirkabir Jounrnal of Science and Research Civil and Enviromental Engineering (AJSR-CEE) رگاب پديده برابر در خاک مقاومت افزايش اثر آن تصادفي مسلحسازي با 4 عبدالهي جمال 3 اميد محمدحسين 2* استبرق رئيسي علي سطاننژاد خالد تهران دانشگاه کشاورزی فناوری و مهندسی دانشكده ارشد کارشناس - تهران دانشگاه کشاورزی فناوری و مهندسی دانشكده دانشیار 2- تهران دانشگاه کشاورزی فناوری و مهندسی دانشكده استاد 3- تهران دانشگاه کشاورزی فناوری و مهندسی دانشكده مربی 4-394/8/8( پذیرش: 392/7/20 )دریافت: چکیده زهکشي شبکه و آبياري کانالهاي خاکي سدهاي مانند هيدروليکي سازههاي پاييندست در معموال که است پديدهاي رگاب اين در يگردد. م محسوب هيدروليکي سازههاي تخريب عمده داليل از يکي و ميدهد رخ باال به رو نشت جريان تأثير تحت مسلحشده و غيرمسلح نمونههاي براي رگاب به مقاوم نيروي و نشت سرعت اندازهگيري براي آزمايشگاهي برنامه يک تحقيق گوناگون قطرهاي با ترفتاالت( پلياتيلن و )پلياستر الياف نوع دو از مسلحشده نمونههاي تهيه براي شد. تنظيم سيلتي ماسه خاک )0/ مختلف وزني درصدهاي با مسلحشده و غيرمسلح نمونههاي روي بر آزمايشگاهي مراحل شد. استفاده میلیمتر( 0/2 و )0/3 دستگاه در گوناگون هيدروليکي بارهاي تأثير تحت میلیمتر( 0 و 3 2 ) الياف متفاوت طولهاي و /2( و 0/7 سپس و شد انجام مسلح و غيرمسلح نمونههاي از عبوري جريان نشت سرعت و دبي اندازهگيري گرفت. انجام طراحيشده ويژه هيدروليکي شيب افزايش نشت سرعت کاهش سبب الياف افزودن که داد نشان نتايج پذيرفت. صورت نيز مقايسه و محاسبه و بحرانی هيدروليکي شيب در افزايش اين عالوهبر مياندازد. تأخير به نیز را رگاب وقوع و شده رگاب به مقاوم نيروي و بحرانی بود. الياف طول و وزني درصد از تابعي رگاب به مقاوم نيروي کلیدی: کلمات نشت نیروی نشت سرعت تصادفي مسلحسازي بحرانی هيدروليکي شيب رگاب کنید: استفاده زیر عبارت از مقاله این به ارجاع براى Please cite this article using: Soltannejad, K., Estabragh, A. R., Omid, M. H. and Abdolahi, J., 206. Effect of Randomly Reinforced Soil on Increasing Resistance against Piping Phenomenon. Amirkabir Journal of Civil and Environmental Engineering, 48(4), pp. 439-448. DOI: 0.22060/ceej.206.67 URL: http://ceej.aut.ac.ir/article_67.html E-mail: raeesi@ut.ac.ir مکاتبات: عهدهدار و مسئول نویسنده
آن تصادفي مسلحسازي با رگاب پديده برابر در خاک مقاومت افزايش اثر - مقدمه انحرافي بندهاي خاکي سدهاي مانند هيدروليکي سازههاي سازههايي زهکشي ههاي سامان و آبياري کانالهاي خاکريزها سيلبندها آب با تماس در همواره و شده احداث خاکي بسترهاي روي بر که هستند به بيشتر پتانسيل از حرکت و نشت توانايي آب که آنجایی از هستند. اینکه صورت در است ممکن دارد را سازهها اين زير در کمتر پتانسيل نشت آب جريان نيروي باشد باال سمت به خاک توده در آب حرکت جهت بين مؤثر تنش واقع در و شده بيشتر خاک ذرات بين مؤثر تنش از يافته خاک ذرات بتواند آب نشت نيروي که گونهاي به شود صفر خاک ذرات به سازه بستر از خاک ذرات خروج يعني پديده اين کند. جابجا خود با را سازههاي در رگاب پديده ادامه است. موسوم رگاب پديده به آن بيرون خرابي از درصد / از بيش و شده سازه تخريب موجب هيدروليکي در همکارانش و شرارد ][. است پديده اين وقوع اثر در خاکي سدهاي که مسائلي از تعدادي به و داده شرح را رگاب پديده پيدايش 984 سال هيدروليکي سازههاي و خاکي سدهاي در پديده اين آمدن وجود به سبب پيدايش در است ممکن که عواملي مهمترين از ]2[. پرداختند ميشود نمود: اشاره زير موارد به ميتوان باشند تأثيرگذار رگاب وقوع ماسه و شن از يهايي عدس و هها الي همچنین و شکاف و درز وجود - آبي سازه پي در عبارتی به هيدروليکي. سازه اطراف محيط خاک کافي تراکم عدم - آن نسبي نفوذپذيري و کمتر نقاط ساير به نسبت خاک تراکم ديگر افزايش سبب و شده متمرکز بخش آن در آب نشت بنابراين است. بيشتر ايمني افزايش براي يگردد. م خاک ذرات جابجايي و هيدروليکي شيب دارند: وجود زير معمول روشهاي رگاب پديده معرض در سازههاي سد پنجه در سپر از استفاده الف( باالدست بخش در 2 نفوذ غيرقابل بستر يک از استفاده ب( وزن نيروي طوريکه به پاييندست قسمت در سربار دادن قرار ج( يابد. افزايش پاييندست مصالح پاييندست خاک تصادفي مسلحسازي اخيرا فوق روشهاي وجود با است. گرفته قرار محققين توجه مورد بوده( رگاب پديده معرض در )که موادي با خاک مخلوطنمودن از است عبارت خاک تصادفي مسلحسازي ميتوان را خاک مسلحسازي ديگر بیانی به مصنوعي. و طبيعي الياف مانند کل در 3 ايزوتروپيک مقاومت ايجاد مسلحکننده مواد با خاک آسان اختالط صفحههاي پيدايش از جلوگيري و مسلحکننده عناصر وسيله به خاک توده مسلحسازي روش اين ]4[. دانست خاک توده در غيرمقاوم و ضعيف و علمي بررسي اما است. بوده مرسوم مختلف جوامع بين در قديم از محققيني مطالعات به ميتوان که گرديده آغاز 970 سال از آن تحقيقاتي 983 سال در اوهاشي و گري 990 سال در 4 گري و ماهر مانند و 2003 سال در 7 همکارانش و يتيماقلو 990 سال در 6 وودز و ماهر گوناگوني شهاي آزماي که نمود اشاره 200 سال در 8 سالباس و يتيماقلو انجام تصادفي صورت به مسلحشده ماسهاي خاک ههاي نمون روي بر را خاک مقاومت افزايش موجب الياف افزايش که گرفتند نتيجه و داده عمل 2002 سال در 9 همکارانش و فوروموتو بار اولين ]4-8[. يگردد م پديده پيدايش و نشت نيروي با مقابله برای را خاک تصادفي مسلحسازي به و دادند انجام خصوص اين در را آزمايشهايي و کرده مطرح رگاب روش يک عنوان به ميتوان را مسلحسازي عمل که رسیدند نتيجه اين ]9[. داد قرار استفاده مورد رگاب پديده با مقابله برای خاک بهسازي داس 2008 سال در 0 واسودوان و بابو سيواکومار مانند ديگري محققين با 200 سال در 2 ويسوانادام و داس و 2009 سال در همکارانش و خاک به الياف افزودن که دريافتند خصوص اين در آزمايشهایی انجام آزمايشهاي ]3 0 [. است مؤثر رگاب برابر در آن مقاومت افزايش در دیگر طرفي از و بوده الياف نوع يک به محدود اغلب مذکور محققين چند حد در و کم بسيار قطر داراي نها آ تحقيقات در استفاده مورد الياف دو يا يک به نيز استفاده مورد وزني درصدهاي همچنین است. ميکرون در مطالعه که ميدهد نشان منابع بررسي هستند. محدود خاص درصد مطالعات و محدود بسيار رگاب پديده برابر در خاک مسلحسازي خصوص ميکرون( حد )در کم بسيار قطر با الياف از استفاده به محدود موجود اندک دو حاضر تحقيق در است. مشکل بسيار عمل در آنها کاربرد که بوده درصدهاي و طول با متفاوت و بزرگ نسبتا قطرهاي با مصنوعي الياف نوع و نشت نيروي کنترل و مقابله برای خاک مسلحسازي براي مختلف وزني گرفت. قرار ارزيابي و بررسي مورد رگاب پديده روشها و 2-2 مواد 2-22-2 خاک 70 و 3 سيلت درصد 30 حاوي تحقيق اين در استفاده مورد خاک استاندارد با مطابق آن مکانيکي و فيزيکي خواص که بوده ماسه درصد خاک است. شده آورده )( جدول در و شده تعيين ASTM D882 شد. شناخته سيلتي( )ماسه SM 4 يونيفايد طبقهبندي با مطابق گفتهشده 4 M. H. Maher and D. H. Gary D. H. Gary and H. Ohashi 6 M. H. Maher and R. D. Woods 7 T. Yetimoglu et al. 8 T. Yetimoglu and O. Salbas 9 K. Furumoto et al. 0 Sivakumar-Babu and Vasudevan A. Das et al. 2 A. Das and B. V. S. Viswandahm 3 Silt 4 Unified J. L. Sherard et al. 2 Blanket of Impermeable Material 3 Isotropic Resistance 39 زمستان 4 شماره 48 دوره زیست محیط و عمران مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه 440
خالد سطاننژاد علي رئيسي استبرق محمدحسين اميد جمال عبدالهي جدول )(: مشخصات خاک استفادهشده ویژگی وزن مخصوص نسبي )Gs( درصد سيلت درصد ماسه نوع خاک حد رواني )درصد( حد خميري رطوبت بهينه )درصد( وزن واحد حجم بيشينه )کیلو نیوتون بر متر مکعب( مقدار مشخصه 2/7 30 70 SM - 2-22-2 الياف اليافهاي استفادهشده در اين تحقيق براي تسليح خاک از نوع پلياستر و پلياتيلن بوده که مقاومت کششي آنها مطابق با استاندارد ASTM و به وسيله آزمايش کشش تعيين گرديد و مشخصات فيزيکي و مکانيکي آنها نیز در جدول )2( آورده شدهاند. در اين کار طولهاي استفادهشده براي دو نوع الياف شامل 3 2 و 0 میلیمتر است. 2-22-2 دستگاه آزمايش روش استانداردي براي انجام آزمايش رگاب در آزمايشگاه وجود ندارد ]4[. اسکمپتون و براگان در سال 994 براي مطالعه پديده رگاب دستگاهي را طراحي و استفاده کردند. آنها به وسيله اين دستگاه جدول )2(: مشخصات الياف استفاده شده ویژگی نوع الياف وزن مخصوص )Gs( قطر )میلیمتر( مقاومت کششي )مگا پاسکال( ضريب کشساني )مگا پاسکال( نقطه ذوب )درجه سانتیگراد( حالليت در آب مقاومت در برابر اسيد و باز بو جذب آب مقدار مشخصه پلياتيلن ترفتاالت منفرد فاقد حد خميري 3/2 8/ /2 پلياستر منفرد 0/8 0/2 624 2000 2 0/3 49 3000 40-67 نامحلول عالي بيبو صفر نامحلول عالي بيبو صفر آزمايشهايی را بر روي نمونههاي شني و ماسهاي انجام داده و وقوع پديده رگاب را مشاهده نمودند ]2[. اخيرا فوروموتو و همکارانش 2 در سال 2002 سيواکوماربابو و همکارانش 3 در سال 2008 داس و همکارانش 4 در سال 2009 و همچنین داس و ويسوانادام در سال 200 دستگاهي مشابه با دستگاه استفادهشده توسط اسکمپتون و براگان در سال 994 را براي بررسي پديده رگاب در خاک طبيعي و مسلحشده با الياف طراحي کرده و ساختند ]3,9,0,2[. در تحقيق حاضر براي بررسي پديده رگاب و شبيهسازي آزمايشگاهي يکبعدي آن توسط جريان نشت رو به باال دستگاهي به اين منظور طراحي و ساخته شد. در اين تحقيق يک دستگاه تقريبا مشابه با دستگاه استفادهشده توسط اسکمپتون و براگان ]2[ براي شبيهسازي آزمايش رگاب در حالت يکبعدي طراحي و ساخته شد. بخش مهم دستگاه ساختهشده شبيهسازي جريان يکبعدي آب رو به باال از نمونه خاک است. شکل )( نمايي از دستگاه را نشان ميدهد. قسمت اصلي اين دستگاه متشکل از دو ظرف استوان هاي به شماره )( و )2( است که روي يک صفحه مسطح از جنس پالکسيگالس 6 به ضخامت 20 میلیمتر قرار داده شدهاند. براي نصب دقيق و مناسب اين دو استوانه بر روي صفحه پالکسي به ضخامت 20 میلیمتر مقدار 0 میلیمتر از ضخامت اين صفحه توسط دستگاه ليزر برش داده شده و براي آببندي کامل محل اتصال استوانهها به صفحه پالکسي از چسب مخصوص و نوار تفلون استفاده شد. همچنين اين دو استوانه از پايين توسط لوله پالستيکي که مجهز به يک شير برای قطع و وصل جريان آب است به یکدیگر متصل شدهاند. استوانه شماره )( مدرج بوده و بر روي ديواره آن منافذي با قطر 8 میلیمتر به فاصله 20 میلیمتر از يکديگر ايجاد شده که به وسيله اين منافذ ميتوان ارتفاع آب در داخل آن را ثابت نگاه داشته و در گام بعدي آن را تغيير داد. براي تنظيم سطح آب در استوانه شماره )( لوله تنظيم سطح آب باالدست با توجه به شيب هيدروليکي مورد نظر در يکي از منافذ اين استوانه قرار داده شده و محکم ميگردد. سپس براي پر کردن استوانه شماره )( تا ارتفاع مورد نظر لوله تأمين آب با ميزان آب ورودي دلخواه باز ميشود. مقداري از آب ورودي از اين لوله از ميان نمونه نشت يافته و پس از خروج از نمونه براي محاسبه سرعت نشت جمعآوري ميگردد. مقدار آب اضافي که توسط لوله تأمين آب وارد استوانه شماره )( ميشود توسط لوله تنظيم سطح آب باالدست به بيرون انتقال مييابد. بنابراين سطح آب در استوانه شماره )( براي شيب هيدروليکي مورد نظر ثابت ميماند. استوانه شماره )2( داراي ارتفاع میلیمتر بوده و به صورتی طراحي شده که به آساني و ايمني کافي ميتوان ظرف حاوي نمونه خاک را در باالي آن قرار داد. 2 K. Furumoto et al. 3 G. L. Sivakumar Babu et al. 4 A. Das et al. A. Das and B. V. S. Viswandahm 6 Plexi Glass A. W. Skempton and J. M. Brogan 44 نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی عمران و محیط زیست دوره 48 شماره 4 زمستان 39
آن تصادفي مسلحسازي با رگاب پديده برابر در خاک مقاومت افزايش اثر رگاب پديده بررسي براي طراحيشده دستگاه طرحواره )(: شکل )(( )(( و ضخامت داخلي قطر با پالکسيگالس جنس از نيز نمونه حاوي ظرف است. میلیمتر 00 و 0 ترتیب به ارتفاع از )2( شماره استوانه روي نمونه حاوي ظرف دادن قرار هنگام در از عبوري آب جريان و فشار مناسب توزيع براي توري فلزي صفحه يک استوانه داخل به نمونه جابهجايي و سقوط از جلوگيري نيز و خاک نمونه منافذ اندازه است. شده استفاده آن ميان از آب نشت هنگام به )2( شماره آب جريان روي بر آن اثر از تا گرديد انتخاب میلیمتر 0/ صفحه اين قسمت در شود. جلوگيري نمونه به ورودي فشار در افت ايجاد همچنين و شده داده نشان )( شکل در که ديگري استوانه نمونه حاوي ظرف باالي آن از که شده داده قرار است میلیمتر 8 قطر با منافذي داراي آن ديواره و يشود. م استفاده نمونه باالي آب ارتفاع افزايش نيز و آب ارتفاع تغيير براي مشخصي هيدروليکي بار تأثير تحت که صورتي در نمونه از خروجي آب حجم و شده جمعآوري خروجي آب تخليه لوله طريق از باشد داشته قرار را آزمايش از مرحله هر در )i( هيدروليکي شيب يگردد. م اندازهگيري آن آورد: بدست )( رابطه از ميتوان نمونه روي و )( شماره استوانه بين آب ارتفاع اختالف Δh آن در که است. نمونه طول L و خاک تحقيق در ساختهشده و طراحي دستگاه شد بيان که همانطور و مسلح نمونههاي تماس تأثير و بوده پالکسيگالس نوع از حاضر حاوي استوانه ديوارههاي با آزمايش مورد خاک از تهيهشده غيرمسلح است. رسيده حداقل به استوانه داخلي ديواره صافبودن دليل به نمونه آزمايش مدت طول در و بوده شفاف کامال نمونه حاوي استوانه همچنين است. مشاهده قابل آزمايش نمونه در تغييرات آزمايش روش و نمونه 2-22-2 تهيه و غيرمسلح ههاي نمون روي بر رگاب يکبعدي آزمايشهاي درصد شد. انجام الياف مختلف لهاي طو و وزني درصدهاي با مسلحشده آمد: بدست )2( رابطه از تحقيق اين در استفادهشده الياف وزني 0/ مقادير نیز ρ f و است خاک و الياف وزن ترتيب به w و w f آن در که براي ميتوان را w f مقدار است. شده نظرگرفته در درصد /2 و 0/7 محاسبه )2( رابطه از استفاده با خاک از مشخص وزن و معين درصد يک است میلیمتر 0 و 3 2 با برابر استفادهشده اليافهاي طول نمود. ]3[. شد انجام دستي صورت به نیز آب و خاک و الياف اختالط و مسلحشده خاک و معمولي خاک روي بر استاندارد تراکم آزمايشهاي گرديد. تعيين بيشينه حجم واحد وزن و بهينه رطوبت و گرفت انجام وزن و بهينه رطوبت با استاتيکي روش به آزمايشگاهي نمونههاي اين به شدهاند. تهيه استاندارد تراکم آزمايش از حاصل بيشينه حجم واحد اضافه کافي رطوبت الياف حاوي خاک و معمولي خاک نمونه به منظور قالب يک در نمونهها سپس گردد. ایجاد آنها در بهينه رطوبت تا شد میلیمتر 00 و 0 ترتیب به ارتفاع و داخلي قطر داراي که مخصوص سرعت با مخصوص بارگذاري دستگاه يک وسيله به اليه سه در است به اليه هر به وارده بار ميزان گرديد. متراکم دقیقه بر میلیمتر / حاصل آنها در بيشينه خشک حجم واحد وزن که شد انتخاب صورتی خشک حجم واحد وزن و رطوبت بهينه شرايط با نمونه تهيه از پس شود. با حاصل نمونه و شده جدا آن از نمونه پايين و باال بخشهاي بيشينه لبههاي آمد. بدست میلیمتر 00 و 0 0 ترتیب به ارتفاع و طول قطر شد آببندي تفلون نوار و مخصوص چسب توسط نمونه حاوي استوانه 39 زمستان 4 شماره 48 دوره زیست محیط و عمران مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه 442
عبدالهي جمال اميد محمدحسين استبرق رئيسي علي سطاننژاد خالد )(( )(( )(( )(( قرار آزمايش مخصوص دستگاه در آن حاوي استوانه همراه به نمونه و به آب سانتیمتر 2 ارتفاع اختالف اثر تحت نمونه آن از پس گرفت. نمونه کامل اشباع از پس و گرفته قرار اشباعشدن برای ساعت 2 مدت نمونه از خروجي آب دبي اندازهگيري با و گام هر در ارتفاع افزايش با تا گام به گام صورت به ارتفاع افزايش روند و شد محاسبه نشت سرعت نمونههاي کامل تخريب با رگاب وقوع يافت. ادامه رگاب پديده وقوع آب سطح مذکور پديده شروع هنگام و بوده همراه غيرمسلح و مسلح ريز ذرات شستهشدن نشاندهنده که شده کدر نمونه باالي در موجود يافت افزايش نيز خروجي آب دبي همچنين است. خاک نمونه در موجود گرديد: محاسبه )4( و )3( رابطههای از استفاده با نشت سرعت مقدار و Q خاک نمونه تخلخل n ثانیه( بر )متر جريان سرعت V آن در که )0/00963 نمونه مقطع سطح A مکعب( )متر نمونه از خروجي آب حجم است. )ثانیه( زمان t و ثانیه( بر )متر نشت سرعت V s مربع( متر گرديد محاسبه )( رابطه از نيز نمونهها پوکي درصد و تخلخل مقدار :]4[ حجم V s نمونه فرج و خلل حجم V v نمونه پوکي درصد e آن در که حجم V Fiber الياف حجم و ذرات حجم از متشکل خاک جامد قسمت است. خاک نمونه ذرات حجم V Soil و خاک نمونه داخل الياف ذرات به را خود انرژي از مقداري خاک نمونه از عبوري آب جريان يگردد. م اعمال خاک ذرات به جريان توسط نيرو يک و کرده منتقل خاک در آب نشت نيروي است. شده تعريف نشت نيروي عنوان به نيرو اين جريان جهت خالف در رگاب به مقاوم نيروي و کرده عمل جريان جهت آستانه در خاک ذرات که )نقطهاي رگاب شروع نقطه در بنابراين است. آب و مسلحشده ههاي نمون در رگاب به مقاوم نيروي يگيرند( م قرار شدن بلند و رگاب شروع نقطه در نشت نيروي است. نشت نيروي با برابر غيرمسلح نمود: محاسبه )6( رابطه از ميتوان را بحراني هيدروليکي شيب در شيب i cr آب حجم واحد وزن γ w رگاب به مقاوم نيروي P آن در که است. غيرمسلح يا مسلح خاک نمونه حجم V و بحراني هيدروليکي بحث و آزمايشها 3-3 نتايج خاک نمونههاي روي بر تکرار سه با آزمايش 7 تعداد مجموع در نتايج که پذيرفت صورت مختلف الياف نوع دو با مسلحشده و معمولي است: زير شرح به آنها تراکم 3-33-3 آزمايش و طبيعي خاک براي استاندارد تراکم آزمايش از حاصل نتايج ميشود مشاهده که همانطور است. شده ارائه )3( جدول در مسلحشده حجم واحد وزن و بهينه رطوبت کاهش سبب خاک به الياف افزايش و بهينه رطوبت نمونه براي ميگردد. طبيعي خاک به نسبت بيشينه خشک 3/2 با برابر ترتيب به طبيعي خاک براي بيشينه خشک حجم واحد وزن براي مقادير اين درحالیکه است. مکعب متر بر کیلوگرم 8/ و درصد با برابر ترتيب به میلیمتر طول به الياف درصد 0/ با مسلحشده خاک دارای ترتیب به که بوده مکعب متر بر کیلوگرم 7/43 و درصد 2/87 واحد وزن تغييرات )a,b-2( شکل است. درصد 3/7 و 2/ با برابر کاهشی نشان را متفاوت طولهاي و مختلف درصدهاي با الياف نوع دو براي حجم در الياف وزنی درصد افزايش با ميگردد مشاهده که همانطور است. داده شکل به توجه با مييابد. کاهش حجم واحد وزن الياف ثابت طول يک الياف براي بيشينه حجم واحد وزن کاهش که دریافت میتوان )a,b-2( مشخص حجم در الياف افزودن است. ترفتاالت پلیاتیلن از کمتر پلیاستر وزن داراي که الياف با خاک جامد ذرات جايگزيني و جابهجايي موجب دیگر عبارتی به يشود. م است خاک به نسبت کمتري )Gs( مخصوص واحد وزن کاهش موجب و شده سنگینتر مواد جايگزين سبکتر مواد ندارد آب جذب خاصيت اضافهشده الياف دیگر طرفي از يگردد. م حجم به نسبت مسلحشده نمونه رطوبت کاهش و آب جذب کاهش موجب و خشک حجم واحد وزن تغييرات )2( شکل يگردد. م معمولي خاک نمونه رد ميدهد. نشان را استفادهشده الياف نوع دو براي مسلحشده نمونههاي واحد وزن الياف از خاصي درصد هر به که ميشود مشاهده شکل اين اين که است میلیمتر از بيشتر میلیمتر 2 طول با الياف براي حجم دانست. خاک و الياف مناسب اختالط عدم از ناشي ميتوان را پديده رگاب 3-33-3 آزمايش و مختلف وزني درصدهاي با ههايي نمون تهيه از پس تحقيق اين در آنها دادن قرار و رفته بکار الياف نوع دو از هرکدام از متفاوت لهاي طو جمعآوری با گام هر در نشت سرعت مقدار آزمايش مخصوص دستگاه در تا آبي بار افزايش و آزمايش شد. اندازهگيري هها نمون از خروجي آب دبي نيروي و نشت سرعت مقدار و يافت ادامه هها نمون در رگاب پديده وقوع گردید. محاسبه )6( و )4( )3( رابطههای از رگاب به مقاوم بحراني هيدروليکي 3-33-3 شيب شيب ميتوان هيدروليکي شيب مقابل در سرعت نمودار رسم از بحراني هيدروليکي شيب محاسبه براي آورد. بدست را بحراني هيدروليکي که همانطور ]3[. شد استفاده 2009 سال در همکارانش و داس روش از دوشاخه بر مماس خطوط ترسيم از است شده داده نشان )3( شکل در شيب یک آنها برخورد نقطه تعيين و هيدروليکي سرعت-شيب منحني است. بحراني هيدروليکي شيب همان که ميآيد بدست هيدروليکي 443 39 زمستان 4 شماره 48 دوره زیست محیط و عمران مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه
اثر افزايش مقاومت خاک در برابر پديده رگاب با مسلحسازي تصادفي آن جدول )3(: نتايج آزمايشهاي انجامشده براي درصدهاي وزني و طو لهاي مختلف دو الیاف مورد استفاده قرار گرفته i cr شماره آزمایش طول )میلیمتر( درصد فیبر ω opt )درصد( پلیاتیلن ترفتاالت پلیاستر V d,max )کیلو نیوتون بر متر مکعب( پلیاتیلن ترفتاالت پلیاستر پلیاتیلن ترفتاالت پلیاستر P: نیروی مقاوم به رگاب )نیوتون( پلیاتیلن ترفتاالت پلیاستر 2/98 2/98 /2 /2 8/ 8/ 3/2 3/2 0 0 4/22 4/2 2/ 2/ 7/ 7/43 2/42 2/87 0/ 2 4/34 /26 2/2 2/68 7/3 /97 2/9 0/7 3 4/6 /37 2/37 2/74 7/3 / 2/ 4 4/6 /32 2/3 2/7 7/03 /88 /2 4/26 4/3 2/7 2/3 7/6 6 2/7 2/78 0/ 2 6 /0 4/9 2/4 2/34 7/4 7/7 /7 2/44 0/7 2 7 / /34 2/6 2/72 7/3 7/ /3 2/04 2 8 4/63 /4 2/36 2/7 6/88 /62 /2 2 9 4/22 4/9 2/ 2/34 7/4 7/6 2/7 2/63 0/ 3 0 /03 /4 2/6 2/7 7/30 2/3 2/49 0/7 3 /79 /43 2/9 2/77 6/8 2 2/6 3 2 6/09 /34 3/ 2/72 6/66 /8 /82 /2 3 3 /0 /0 2/ 2/ 7/3 6/74 2/9 2/84 0/ 0 4 /42 /48 2/76 2/79 6/ 2/4 2/ 0/7 0 6/8 6/8 3/ 3/ /34 2/ 2/36 0 6 6/4 /43 3/3 2/77 7/ 4/84 2/2 2/2 /2 0 7 مطابق با اين روش شيب هيدروليکي بحراني براي کليه آزمايشها تعيين گرديد. مقادير شيب هيدروليکي بحراني بدست آمده براي آزمايشهاي مختلف در جدول )3( آورده شده است. به عنوان نمونه در شکل )4( نمودار تغييرات سرعت نشت و شيب هيدروليکي براي درصدهاي مختلف )0/ 0/7 و /2 درصد( در طول ثابت 3 میلیمتر براي دو نوع الياف نشان داده شده است. اين شکل نشان میدهد که شيب هيدروليکي بحراني با افزايش درصد الياف افزايش مييابد و به عبارتی دیگر وقوع پديده رگاب نسبت به خاک طبيعي با تأخير روي ميدهد. شکل )a,b-( تغييرات سرعت با شيب هيدروليکي را براي طولهاي مختلف ) 3 2 و 0 میلیمتر( و در درصد ثابت )یک درصد( نشان میدهد. مالحظه ميشود که افزايش طول الياف نيز سبب افزايش شيب هيدروليکي بحراني ميگردد. همچنین نتايج بدست آمده با يافتههاي ديگر محققين نيز مطابقت دارد ]4 9[. به عنوان مثال در شکل )4-b( نمودار مربوط به خاک با و 0/7 درصد الياف و در شکل )3-b( نمودار مربوط به 3 و 0 میلیمتر الياف بر یکديگر منطبق هستند. اینگونه غيرهمسانبودن توسط محققين ديگري مانند داس و همکارانش در سال 2009 و داس و ويسووانادم در سال 200 نيز گزارش شده است. علت آن را ميتوان به پديده انباشتگي و تمرکز الياف در نمونه خاک مسلحشده در نقاط خاص و نيز قرارگيري الياف در جهتهای نامناسب در حفرات و فضاي بين دانههاي خاک دانست ]3 [. 3-33-3 نيروي مقاوم به رگاب مقدار نيروي مقاوم به رگاب بر اساس رابطه )6( محاسبه شده و نتايج نیز در جدول )3( آورده شدهاند. شکلهای )6( و )7( تغييرات نيروي مقاوم به رگاب براي دو نوع الياف با طول و درصدهاي وزني مختلف را نشان ميدهند. در شکل )6-a( مالحظه ميگردد که نيروي مقاوم به رگاب براي يک طول مشخص با افزايش درصد الياف افزايش مييابد به صورتی که در طولهاي مختلف براي درصد وزني /2 درصد بيشترين مقدار نيروي مقاوم به رگاب بدست ميآيد. در شکل )6-b( تغييرات براي نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی عمران و محیط زیست دوره 48 شماره 4 زمستان 39 444
عبدالهي جمال اميد محمدحسين استبرق رئيسي علي سطاننژاد خالد براي مسلحشده نمونههای خشک حجم واحد وزن تغييرات )2(: شکل مختلف درصدهاي با استفادهشده الياف نوع دو الياف براي هيدروليکي شيب مقابل در نشت سرعت تغييرات )4(: شکل مختلف درصدهای و میلیمتر 3 طول با پلیاستر و ترفتاالت پلیاتیلن مثال عنوان به است. شده داده نشان الياف مختلف درصدهاي با طول هر نيروي مقدار وزنی درصد افزايش با میلیمتر 2 و طولهاي براي الياف براي پديده اين مشابه صورت به است. ثابت تقريبا رگاب به مقاوم دیده )3( جدول در مندرج نتايج به توجه با ميشود. مشاهده نيز پلیاستر الياف وزني درصدهاي از برخي در استفادهشده الياف دو براي که ميشود با که حالی در و آن از پس و رسيده ثابتي مقدار به هيدروليکي شيب مقدار کاهش با موارد از بعضي در نميشود مشاهده تغييري وزنی درصد افزايش هيدروليکي شيب تغييرات اين که است همراه بحراني هيدروليکي شيب در که همانطور ميگردد. منعکس رگاب به مقاوم نيروي در نحوي به /2 در رگاب به مقاوم نيروي مقدار ميشود مشاهده )6-a( شکل بحراني هيدروليکي شيب محاسبه و مماس ترسيم )3(: شکل براي هيدروليکي شيب مقابل در نشت سرعت تغييرات )(: شکل و درصد یک وزنی درصد با )b( پلیاستر و )a( ترفتاالت پلیاتیلن الياف مختلف طولهاي 44 39 زمستان 4 شماره 48 دوره زیست محیط و عمران مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه
آن تصادفي مسلحسازي با رگاب پديده برابر در خاک مقاومت افزايش اثر ذرات بين اصطکاک بيشتر افزايش موجب وزني( درصد )افزايش يابد بحراني هيدروليکي شيب افزايش موجب بنابراين و ميگردد الياف و خاک مقايسه همچنين ميشود. نشت نيروي برابر در بيشتر مقاومت نتيجه در و ثابت وزنی درصد يک در الياف طول افزايش که ميدهد نشان نتايج افزايش دیگر بیانی به ميشود. بحراني هيدروليکي شيب افزايش باعث سطح افزايش سبب مشخص قطر و ثابت وزنی درصد يک براي طول افزايش آنها بين اصطکاک و شده خاک ذرات و الياف بيشتر تماس مقاوم نيروي و بحراني هيدروليکي شيب افزايش موجب خود که مييابد به مقاوم نيروي و بحراني هيدروليکي شيب بنابراين ميگردد. نشت به و الياف با ذرات جايگزينشدن دیگر طرفي از مييابند. افزايش نشت و الياف بين تماس سطح به نشت نيروي مقابل در شده ایجاد مقاومت دارد. بستگي خاک ذرات 4-4 نتیجهگیری برابر در سيلتي هاي ماس خاک بهسازي بررسي به تحقيق اين در مصنوعي الياف با خاک تصادفي مسلحسازي وسیله به رگاب پديده روي بر آزمايشگاه در رگاب یکبعدی متعدد شهاي آزماي شد. پرداخته پلیاتیلن و پلیاستر الياف با مسلحشده و طبيعي سيلتي ماسهاي نمونههاي پلیاستر الياف براي رگاب به مقاوم نيروي تغييرات )6(: شکل بوده نیوتون 4/63 با برابر میلیمتر 2 طول به پلیاستر الياف وزني درصد نیوتون( )/ طول همین با وزنی درصد یک با نمونههای به نسبت که در رگاب به مقاوم نيروي همچنین است. یافته کاهش درصد 0 مقدار به /2 در میلیمتر طول به ترفتاالت پلیاتیلن الياف براي )7-b( شکل برای نیوتون( )/37 درصد یک به نسبت نیوتون /32 با برابر وزنی درصد در کاهش آن دليل که دارد را درصد یک با معادل کاهشی طول همین در وزني درصد با ارتباط در کاهش اين و است بحراني هيدروليکي شيب تغييرات نوع اين شد بيان پیشتر که همانطور شد. داده شرح قبلی بخش مانند ديگری محققين توسط رگاب به مقاوم نيروي و هيدروليکي شيب 200 سال در ويسووانادم و داس و 2009 سال در همکارانش و داس در همکارانش و رانجان قبيل از محققيني ]3 [. است شده گزارش نيز مقاومت مورد در که 2003 سال در 2 کرمک و ميشلوسکي و 996 سال هک رسيدند نتيجه اين به دادهاند انجام را تحقيقاتي مسلحشده خاکهاي با و ميگردد مقاومت افزايش موجب مشخص آستانه يک تا الياف افزايش ]3 [. نميشود مشاهده مقاومت افزايش در تأثيري آن بيشتر افزايش افزايش خاک از خاصي حجم در الياف تعداد که هنگامی دیگر عبارتی به پلیاتیلن الياف براي رگاب به مقاوم نيروي تغييرات )7(: شکل ترفتاالت G. Ranjan et al. 2 R. L. Michalowski and J. Cermak 39 زمستان 4 شماره 48 دوره زیست محیط و عمران مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه 446
خالد سطاننژاد علي رئيسي استبرق محمدحسين اميد جمال عبدالهي 677, 990. [] Gary, D. H. and Ohashi, H.; Mechanics of Fiber Reinforcement in Sand, Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 09, No. 3, pp. 33 33, 983. [6] Maher, M. H. and Woods, R. D.; Dynamic Response of Sands Reinforced with Randomly Distributed Fibers, Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 6, No. 7, pp. 6 3, 990. [7] Yetimoglu, T.; Inanir, M. and Inanir, O. E.; A Study on Bearing Capacity of Randomly Distributed Fiber Reinforced Sand Fills Overlying Soft Clay, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 23, No. 2, pp. 74 83, 200. [8] Yetimoglu, T. and Salbas, O.; A Study on Shear Strength of Sands Reinforced with Randomly Distributed Discrete Fibers, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 2, No. 2, pp. 03 0, 2003. [9] Furumoto, K.; Miki, H.; Tsuneoka, N. and Obata. T.; Model Test on the Piping Resistance of Short Fibre Reinforced Soil and its Application to River Levee, Proceedings of the 7 th International Conference on Geosynthetics, Swets and Zeitlinger, Lisse, pp. 24 244, 2002. [0] Sivakumar-Babu, G. L.; Vasudevan, A. K. and Haldar, S.; Numerical Simulation of Fiber Reinforced Sand Behavior, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 26, No. 2, pp. 8 88, 2008. [] Das, A. and Viswandahm, B. V. S.; Experiments on the Piping Behavior of Geofiber-reinforced Soil, Geotechnics International, Vol. 7, No. 4, pp. 7 82, 200. [2] Skempton, A. W. and Brogan, J. M.; Experiments on Piping in Sandy Gravel, Journal of Geotechnique, Vol. 44, No. 3, pp. 444 460, 994. [3] Ranjan, G.; Vasan, R. M. and Charan, H. D.; Behaviour of Plastic-fiber-reinforced Sand, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 3, No. 8, pp. 6, 994. [4] Zornberg, J. G.; Discrete Framework ترفتاالت به ترتيب با قطرهاي 0/3 و 0/2 میلیمتر و درصدهاي وزني 0/7 0/ و /2 درصد و طولهای 3 2 و 0 میلیمتر انجام گرفت. از نتایج حاصل از این آزمايشها و تحليل آنها میتوان به موارد زیر اشاره نمود: - افزایش طول الیاف در یک درصد وزنی ثابت موجب افزایش شیب هیدرولیکی بحرانی و نیروی مقاوم به رگاب میگردد به صورتی که برای الیاف با طول میلیمتر در درصد وزنی 0/7 درصد شیب هیدرولیکی بحرانی و نیروی مقاوم به رگاب 76 درصد افزایش یافته است. با این حال برای همین الیاف در طول 0 میلیمتر مقادیر مذکور دارای افزایشی برابر با 84 درصد هستند. - در یک درصد وزنی ثابت از الیاف آن دسته از الیاف با قطر کوچکتر سبب افزایش بیشتر در شیب هیدرولیکی بحرانی و نیروی مقاوم به رگاب نسبت به الیاف با قطر بزرگتر میگردد به صورتی که در درصد وزنی 0/7 درصد و طول میلیمتر مقادیر شیب هیدرولیکی بحرانی و نیروی مقاوم به رگاب برای الیاف پلیاتیلن با طول 0/2 میلیمتر به ترتیب برابر با 2/68 و /26 نیوتون است. با اینحال این مقادیر برای الیاف پلیاستر برای همین درصد وزنی و طول الیاف 0/3 میلیمتر معادل با 2/2 و 4/34 نیوتون است. - مسلحسازي تصادفي خاک موجب افزايش شيب هيدروليکي بحراني و نيروي مقاوم به نشت ميگردد و وقوع پديده رگاب را به تأخير مياندازد. اين پديده براي دو نوع الياف استفاده شده مشاهده گرديد. بنابراين ميتوان مسلحسازي تصادفي را به عنوان يک روش برای مقابله با نيروي نشت و پايداري يک سازه در نظر گرفت. - مراجع [] Foster, M. A.; Fell, R. and Spannagle, M.; The Statistics of Embankment Dam Failures and Accidents, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 37, No., pp. 000 024, 2000. [2] Sherard, J. L.; Dunnigan, L. P. and Talbot, J. R.; Basic Properties of Sand and Gravel Filters, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 0, No. 6, pp. 684 700, 984. [3] Das, A.; Jayashrec, Ch. and Viswandahm, B. V. S.; Effect of Randomly Distributed Geofibers on the Piping Behaviour of Embankments Constructed with Fly Ash as a Fill Material, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 27, No., pp. 34 349, 2009. [4] Maher, M. H. and Gary, D. H.; Static Response of Sand Reinforced with Randomly Distributed Fibers, Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 6, No., pp. 66 447 نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی عمران و محیط زیست دوره 48 شماره 4 زمستان 39
اثر افزايش مقاومت خاک در برابر پديده رگاب با مسلحسازي تصادفي آن Triaxial Compression of Sand Reinforced with Fibers, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 29, No. 2, pp. 2 36, 2003. for Limit Equilibrium Analysis of Fibre reinforced Soil, Geotechnique, Vol. 2, No. 8, pp. 93 604, 2002. [] Michalowski, R. L. and Cermak, J.; نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی عمران و محیط زیست دوره 48 شماره 4 زمستان 39 448