عنوان پایان‌نامه
مطالعه تجربی آب شستگی زیرسطحی در رسوبات درشت دانه (با نگاه ویژه به خاک تهران)
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - مکانیک خاک وپی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1603;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 51661
- تاریخ دفاع
- ۲۸ دی ۱۳۹۰
- دانشجو
- وحید پاچیده
- استاد راهنما
- علی فاخر, سیدتقی امید نائینی
- چکیده
- تغییر مسیر دائمی جریان آب¬های زیرسطحی در مناطق شهری، یکی از مسائلی است که در حفاری¬ها می¬تواند مورد توجه قرار بگیرد. در این صورت در بدترین حالت،آب با جابجایی و شستن بخشی از دانه¬های توده خاک، در درون آن مجراهایی را ایجاد و آن را از نظر مقاومتی سست می‌نماید. به این پدیده به اصطلاح «آب¬شستگی زیرسطحی» یا «فرسایش داخلی»، و به خاک¬هایی که وقوع این پدیده در آن‌ها قابل انتظار است، اصطلاحاً «ناپایدار داخلی» گفته می¬شود. در وقوع این پدیده عوامل فیزیکی مانند شکل منحنی دانه¬بندی، تخلخل و شکل دانه¬ها و عوامل هیدرولیکی مانند گرادیان هیدرولیکی مؤثر می¬باشد. عوامل فیزیکی استعداد بروز فرسایش داخلی، و عوامل هیدرولیکی شرایط شروع این پدیده را مشخص می¬کنند. از آنجا که پدیده آب‌شستگی زیرسطحی که گاهی حوادثی را مانند نشست پی‌ها و جاده‌ها، خرابی تأسیسات آب‌رسانی، تخریب گودبرداری‌ها و. . . در مناطق شهری و یا ساحلی موجب گشته است، پدیده ای است کم و بیش ناشناخته، لازم است مطالعات بیشتری در مورد آن انجام شود. به دلیل آنکه بهترین روش شناخت پدیده فرسایش داخلی استفاده از مطالعات آزمایشگاهی است، در این تحقیق یک دستگاه بزرگ مقیاس جهت بررسی این پدیده ساخته شد. ابعاد دستگاه به گونه¬ای است که به وسیله¬ی آن می¬توان خاک¬های درشت دانه با اندازه دانه حداکثر 30 میلی‌متر را مورد آزمایش قرار داد. قابلیت اعمال سربار و تنظیم هد و دبی ورودی به نمونه مورد بررسی، از ویژگی¬های دیگر دستگاه می¬باشد. جهت مدل¬سازی مناسب پدیده فرسایش داخلی، با استفاده از سعی و خطاهای مختلف، روش انجام آزمایش تدوین شد و مورد ارزیابی قرار گرفت. در روش تدوین شده، فرسایش داخلی به صورت یک آزمایش سه مرحله¬ای با ثابت ماندن هد در کل آزمایش و افزایش دبی در هر مرحله مدل¬سازی می¬شود. در روش تدوین شده، با استفاده از نصب فتیله¬های رسی در ترازهای مختلف در ارتفاع نمونه، تا حدود زیادی از عبور جریان از نواحی جداری که یکی از خطاهای رایج در آزمایش¬های فرسایش داخلی می-باشد، جلوگیری شد. با استفاده از این روش تعداد یازده آزمایش بر روی خاک¬های مختلف با دانه¬بندی مقعر رو با بالا، خطی، یکنواخت و گسسته (منفصل) انجام شد. آزمایش¬ها نشان می¬دهد که وقوع فرسایش داخلی به صورت ریزشویی در خاک¬های با دانه¬بندی خطی و یکنواخت غیرمحتمل، و در خاک¬های با دانه¬بندی گسسته بسیار محتمل است. همچنین وقوع فرسایش در خاک¬های با دانه¬بندی یکنواخت بر خلاف خاک¬های با دانه¬بندی گسسته، به صورت موضعی است. نتایج حاصل از آزمایش ¬بر روی خاک¬های با دانه¬بندی گسسته نشان می¬دهد که علاوه بر اندازه ناحیه گسستگی در نمودار دانه¬بندی، اندازه توری انتهای نمونه در دستگاه نیز بسیار مؤثر است. بر این اساس در صورتی در آزمایش بر روی یک خاک با دانه¬بندی گسسته فرسایش داخلی به وقوع خواهد پیوست که دو شرط توأماً ارضا گردد: (الف) نسبت گسستگی آن بزرگ‌تر از 5 یا 4.75 باشد؛ (ب) نسبت اندازه توری انتهای نمونه به اندازه ابتدای ناحیه گسستگی از 3 یا 2.38 بیشتر باشد. صرف نظر از اثر اندازه توری،آزمایش¬ها وقوع فرسایش داخلی در خاک¬های با نسبت گسستگی بیشتر از 5 را حتمی، کوچک‌تر از 3 را غیرمحتمل و نسبت بین 3و 5 را محتمل نشان می¬دهد. نتیجه دیگر آزمایش¬ها ارتباط بین میزان مواد فرسایش یافته خروجی از نمونه و مقدار دبی خروجی از آن است. با استفاده از این ارتباط می¬توان با مشاهده آب ورودی به محل حفاری¬هایی مانند تونل یا گود، از وضعیت بروز فرسایش داخلی در خاک¬ اطراف آن¬ها قضاوت مناسبی داشت.
- Abstract
- The change of permanent subsurface water flow path in urban area is one of the issues that can be considered in excavations. At worst case, water, by carrying some particles in the soil mass and eroding them, creates conduits in it and weakens its resistance. This phenomenon is called "subsurface water-erosion” or "internal erosion", and the soils that occurrence of this phenomenon is expected on them, called "internal instability". The occurrence of this physical phenomenon depends on some factors, like aggregation curve, porosity, grains shape and hydraulic factors such as hydraulic gradient. Physical factors predispose internal erosion and hydraulic factors determine the onset conditions of internal erosion. Since sometimes in urban or coastal areas, subsurface erosion causes events such as foundations and roads settlement, water distributing systems damage, excavation destruction and etc., subsurface erosion is more or less unknown phenomenon and more studies need to be done about it. Since the best way of recognizing the phenomenon of internal erosion is usage of laboratory studies, in this study, a largescale apparatus was constructed to investigate this phenomenon. Because of the dimensions of the apparatus, soils with 30 mm grain size can be tested. The ability of surcharge applying and regulation of head and input discharge is other characteristic of apparatus. To access the proper modeling of internal erosion phenomenon, by various trial and errors, the experiment method was codified and evaluated. In this method, internal erosion has been modeled in three-stage experiment with stable head during whole test and rising discharge in each step. In that codified method, installation of clay wick in different levels of sample height has been done for avoiding water flow through parietal areas, which is one of common errors in internal erosion tests. Using this method, eleven tests on the various soils with different grain size such as top-concave, linear, uniformly and gapgraded was performed. Experiments shows that the occurrence of internal erosion in suffusion shape is improbable in soils with uniformly and linear graded shape, and is very probable in the gap-graded soil. Also, internal erosion is local in uniform-graded soils unlike gap-graded soils. Tests’ results on gap-graded soils show that moreover the size of the gap zone of distribution grain size curve, the mesh size in the bottom of the sample is very effective. Accordingly, internal erosion in a gap-graded soil will occur if simultaneously two conditions be met: (a) the gap ratio be larger than 5 or 4.8, (b) the size ratio of the mesh and onset of gap zone be larger than 3 or 2.4. Regardless of the effect of mesh size, tests showed that internal erosion in soils with gap-ratio more than 5 is certain, with less than 3 unlikely and between 3 and 5 is probable. Another result of tests is about the relationship between the amount of eroded material and outgoing flow. Using this relationship, by seeing the internal water flow in excavations such as tunnels, we can have an appropriate judgment about the updated status of the internal erosion around these locations. Keywords: subsurface erosion, suffusion, internal stability criteria, test apparatus, test procedure.
