عنوان پایان‌نامه
مطالعه تأثیر خصوصیات ذاتی خاک¬های رسی و متغیرهای محیطی بر چسبندگی خاک به سطح فلز
- رشته تحصیلی
- زمین شناسی- مهندسی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5703;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68402
- تاریخ دفاع
- ۰۵ مهر ۱۳۹۳
- دانشجو
- یونس کرمی ازندریانی
- استاد راهنما
- اکبر چشمی
- چکیده
- کلاگینگ (Clogging) یا انسداد یکی از مشکلاتی است که در حفاری تونل با دستگاه TBM به دلیل چسبیدن خاک های رسی به پیشانی برشی و ابزار تخلیه دستگاه ها در سطوح مختلف رخ می‌دهد. امروزه برای اندازه گیری این پدیده از دستگاه ها و ابزارهایی استفاده می کنند که دستگاه جدایش پیستون یکی از آن هاست. در این تحقیق به بررسی تنش چسبناکی رس مونتموریلونیت فرآوری شده با حد روانی 397.5%LL= و حد خمیری 46%PL= هنگام اتصال به سطح پیستون با استفاده از دستگاه جدایش پیستون پرداخته شده و تاثیر متغیرهای محیطی مانند مقیاس سطح مقطع پیستون، فشار موجود هنگام اتصال خاک به سطح فلز، مدت زمان اتصال خاک به سطح و سرعت جدایش پیستون از سطح خاک و متغیرهای ذاتی از قبیل در درصد رطوبت و نوع سیال مرطوب کننده بر تغییرات تنش چسبناکی مونتموریلونیت بررسی شده است. علاوه بر آن تغییرات حدود آتربرگ مونتموریلونیت با تغییر در ترکیب خاک مورد بررسی قرار گرفته است. با افزایش سطح مقطع دستگاه، تنش چسبناکی افزایش می یابد. در رطوبت های مختلف با افزایش فشار اولیه تنش چسبناکی افزایش یافته، در فشار ثابت نیز با افزایش درصد رطوبت در 3.5 و 7 کیلو پاسکال، تنش چسبناکی افزایش و در 10.5 و 14 کیلو پاسکال ابتدا با افزایش رطوبت تا 106.5% تنش چسبناکی افزایش و پس از آن کاهش یافته است. با افزایش زمان نگهداشت از 1 به 3 و 8 دقیقه در رطوبت های 133%، 186% و 239%، تنش چسبناکی افزایش یافته است. در زمان نگهداشت ثابت نیز با افزایش درصد رطوبت، تنش چسبناکی کاهش یافته است. همچنین با افزایش سرعت جدایش پیستون از سطح خاک در رطوبت های ثابت تنش چسبناکی افزایش می یابد. به منظور بررسی متغیرهای ذاتی ابتدا نمونه هایی با درصد رطوبت های 80 ، 106.5، 133، 186، 239، 292، 345 و 371 از خاک رس مونتموریلونیت آماده شد و تنش چسبناکی برای آن ها محاسبه گردید، نتایج نشان داد که با افزایش رطوبت تا 133% تنش چسبناکی افزایش یافته و پس از آن با افزایش درصد رطوبت تنش چسبناکی کاهش خواهد یافت همچنین چسبناکی برای نمونه های با درصد رطوبت 133، 186 و 239 رخ داده است. به منظور بررسی تاثیر نوع خاک رس بر چسبناکی آن به سطح فلز یک خاک رس کائولینیت با حد روانی 57%LL= و حد خمیری 24%PL= مورد بررسی قرار گرفت و تغییرات چسبناکی آن در درصد رطوبت های 32، 39.5 و 47 مورد قرار گرفت و نتایج نشان داد با افزایش درصد رطوبت تنش چسبناکی افزایش می یابد ولی در هیچ یک از رطوبت ها چسبناکی بین خاک و فلز رخ نداده است. سپس با توجه به تاثیر رطوبت و ترکیب خاک بر ویژگی های مهندسی خاک های رسی، تاثیر رطوبت و فراوانی ماسه کربناته در میزان چسبناکی مونتموریلونیت و تغییرات حدود آتربرگ آن مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور 28 نمونه با درصد متفاوت رطوبت و ماسه کربناته آماده گردید و بعد از تعیین ویژگی های فیزیکی آن ها با دستگاه جدایش پیستون مورد آزمایش قرار گرفته و تنش چسبناکی و وقوع یا عدم وقوع چسبناکی نمونه به سطح فلز تعیین گردیده است. نتایج نشان می دهد با افزایش درصد ماسه کربناته، حد پلاستیک و حد روانی مونتموریلونیت بصورت خطی کاهش می یابد. همچنین با افزایش فراوانی ماسه کربناته و درصد رطوبت، شاخص استحکام با روند مشابهی در کلیه نمونه ها کاهش یافته است. منحنی تغییرات درصد رطوبت در مقابل تنش چسبناکی برای نمونه های با فراوانی متفاوت ماسه کربناته، منحنی مشابه و زنگوله ای شکل است به نحویکه با افزایش فراوانی ماسه کربناته مقدار تنش چسبناکی کاهش یافته لیکن با افزایش درصد رطوبت تا مقدار 138% تنش چسبناکی افزایش یافته و بعد از آن کاهش می یابد. چسبیدن خاک به سطح فلز برای نمونه های با درصد ماسه کربناته بیشتر از 40 درصد رخ نداده و برای نمونه هایی با درصد ماسه کربناته کمتر از40 درصد و شاخص استحکام بیشتر از 0.5 در درصد رطوبت-های بیشتر از %133 این پدیده مشاهده شده است. به منظور بررسی تغییر در ترکیب خاک از افزودنی آهک و تغییر در نوع سیال از اسید فلوئوریک و محلول سدیم کلرید استفاده شده است. با افزایش درصد آهک از 1 تا 3 درصد، در رطوبت 133% تنش چسبناکی کاهش یافته است. افزایش PH سیال نیز در همین درصد رطوبت از 3 به 5 منجر به افزایش و پس از آن به 7 و 9 منجر به کاهش تنش چسبناکی شده است.کلید واژه: رس، چسبناکی، ماسه کربناته، کلاگینگ، TBM
- Abstract
- Clogging is one of the problems that occur during drilling the tunnels via TBM because of adhesion of clay soils to the cutting frontal and drainage instruments of the drill. At present time different instruments are used to measure this occurrence which pull out separator is one of them. This study is devoted to scrutiny the adhesive stress of processed montmorillonite to the surface of piston at the time of contact by pull out separator and effects of environment variables such as scale of piston section, pressure of the time of contacting of the soil to metal, duration of soil contacting to the surface of piston and the velocity of separation of piston from the surface of soil and natural characteristics including water content, soil composition and the nature of dunking fluid. In addition, the changes in Aterberg's limits of montmorillonite along with changes in composition of soil are studied. Dimension of the surface of pull out separator is one of the environmental variables that affect the adhesive stress of clay to the surface of metal and with its increase that stress increases as well. The pressure of the time of contact of soil to metal and its duration are two environmental variables that were studied. With increase in primary pressure in all three water contents of 80%, 106.5% and 133%, adhesive stress has increased. At constant pressure with increase in water content at 3.5 and 7 kPa adhesive stress increases and at 10.5 and 14 kPa with increase of water content to 106.5% the adhesive stress increased at first and then decreased. With increase of duration from 1 to 3 and 8 minutes at water contents of 133%, 186% and 239%, adhesive stress increased. At constant duration with increase at water content adhesive stress decreased. In addition, with increase in velocity of piston separation from the soil at constant water contents adhesive stress increased. To evaluate natural variables samples with water contents of 80%, 106.5%, 133%, 186%, 239%, 292%, 345% and 371% were prepared and their adhesive stress were calculated, results showed that with increase of water content to 133% adhesive stress increases and after that with increase in water content adhesive stress decreases, also adhesion for samples with water contents of 133%, 186% and 239% has occurred. Afterwards, according to effects of water content and soil composition on engineering characteristics of clayey soils, effect of water and carbonated sand content at level of adhesion of montmorillonite and changes of Aterberg's limits were studied. For this matter 28 samples with different water and carbonated sand were prepared and after determining their physical properties they were examined by pull apart separator and their adhesive stress and occurrence or in occurrence of adhesion of sample to the surface of metal were determined. Results show that with increase in carbonated sand content, plastic limit and liquid limit of montmorillonite show linear decrease. In addition with increase of carbonated sand and water content consistency index has decreased with the same trend in all samples. The curve of changes in water content against adhesive stress for samples with different contents of carbonated sand is a similar bell shaped curve in a way that with increase of carbonated sand adhesive stress decreases but with increase of water content to 138% adhesive stress increases and decreases afterwards. Adhesion soil to metal for samples with more than 40% carbonated sand did not occur and for samples with less than 40% carbonated sand and consistency index more than 0.5 with water content of more than 133% this occurrence has happened. To study the change in soil composition lime and for change in fluid, HF and NaCl solutions were used. With increase of lime content from 1 to 3 percent in 133% water content adhesive stress decreased. Increase of pH of fluid at this water content from 3 to 5 results in increase and then to 7 and 9 results in decrease of adhesive stress.Key words: Clay, Adhesion, Carbonated sand, Clogging, TBM.
