انعطاف پذیری، مدت استفاده، نفوذپذیری

دانلود پایان نامه ارشد

از نقاط بستر کانال، خاک بطور کامل فشرده سازی نشده و وزن خشک بسیار پایین دارد. این امر می تواند بعلت استقرار نادرست صفحات بتنی باشد، که می تواند باعث جابجایی یا ایجاد ترک شود. تستهای مقاومت فشردگی نشان دادند که کیفیت خود بتن قابل قبول می باشد. در نتیـــجه، تأیید شد که علیرغم ناکارآمدی های ساخت، این عوامل دلیل اصلی آسیب گسترده مشاهده شده نمی باشند. با توجه به نوع آسیب مشاهده شده و نیز نوع تغییر شکلها و ترکهای پوشش کانال، مخصوصا وجود حفره های بزرگ در پشت پوشش، تخریب بعلت عدم وجود تکیه گاه می باشد، یعنی همان ناپایداری شیب. علت این است که مواد بستر خارج شده و صفحات بتنی نازکِ باقیمانده، قادر به تحمل ممانهای خمشی ایجاد شده در اثر وزن بتن و آب بالای آن نمی باشند. عوامل بسیاری می توانند در این پدیده سهم داشته باشند. به غیر از عوامل مرتبط به طراحی نامناسب و عملیات ساخت، فرایندهای ژئوتکنیکی زیر می توانند نقش مهمی را ایفا کنند:
*- شستشوی4 مواد محلول خاک بستر، که باعث ایجاد تخلخل و بنابراین خرابی بیشتر می شوند.
*- تغیییر مکان5 ذرات خاک و در نتیجه فرسایش داخلی خاک
این محققین، سرانجام بعد از بررسی های گسترده برروی پروژه مذکور، پی بردند تخریب پوشش کانال بعلت وجود لنزهای شنی در خاک بستر کانال اصلی ساوه بوده است. بنابراین، راه حل ها بایستی اساساً بر روی این مسأله تمرکز داشته باشند. از آنجاییکه کارهای تعمیراتی معمولاً پرهزینه می باشند، بنابراین، انتخاب روش مناسب بایستی بر اساس گستردگی و نوع آسیب از یک سو، و جنبه های اقتصادی و فنی از سوی دیگر باشد. در نهایت اقدام به معرفی سه راه حل، برای جلوگیری از خرابی و تعمیرات کردند:
1- تعویض خاک بستر
2- تغییر مسیر کانال
3- عملیات بر روی خاک بستر
از آنجا که کانال ساختــه شده و به بهره برداری رسیـده، بنابراین تعویض خاک و تغییر مسیـــر کانال بستر راه حل های اقتصادی و عملی نیستند. بنابراین، با در نظر گرفتن شرایط پروژه، خالص سازی خاک بستر تنها گزینه عملی و اقتصادی می باشد. در ادامه برای انجام عملیات بر روی خاک بستر مراحل زیر را پیشنهاد کردند:
الف) هدایت جریان آب به سمت بیرون
ب) آب بندی مجدد اتصالات باز و ترک ها
ج) تعویض صفحات بتنی آسیب دیده و خالص سازی خاک بستر تا عمق 30 سانتی متر با مواد زیر:
*- خاک رس لای دار با پلاستیسیته پایین
*- آهک هیدراته بصورت ترکیب شده با مواد محلی (250 کیلوگرم آهک به ازای هر متر مکعب از خاک)
*- سیمان پورتلند بصورت ترکیب شده با مواد محلی (150 کیلوگرم سیمان پورتلند به ازای هر متر مکعب از خاک). پس از خالص سازی مناسب بستر، پوشش جدید می تواند اعمال شود.
*- بازدید دوره ای مقاطع سالم: مقطع بایستی از لحاظ وجود هرگونه ترک یا جابجایی احتمالی، مورد نظارت و مانیتورینگ قرار گیرد، تا در صورت وجود حفره های مخفی، ملات مناسب در آنها تزریق گردد.

کِرکز و فَست (Kerkes & Fassett’ 2006)، طی یک سری آزمایش پی بردند، که کاهش سریع ارتفاع آب یکی از شدیدتـــرین شرایط بارگذاری است که شیــب های خاکی می تواننـد تجربه کنند[2]. جاری شدن سیل در رودخانه های مجاور که به یکباره باعث افزایش سطح آب می شود، به سرعت و به همان نسبت در زمان فروکش کردن سیلاب ها کاهش می یابد. در حالی که امکان توسعه سطوح گسیختة عمقی وجود دارد، اثر بر روی دامنه های خاکی جانبی اغلب به صورت خرابی های شیب نسبتاً کم عمق دیده می شود، که اگر بدون توجه بماند باعث تخریب شیب های خاکی کانال می شود. این وضعیت بیشتر در شیب بالادست سدهای خاکی و کانال های انتقال آب رخ می دهد. با این حال گسيختگي ها در شيب هاي طبیعی و یا مصنوع که در امتداد رودخانه ها و کانال های زهکشی ساخته شده توسط بشر می باشد، به عنوان یکی از پیامدهای سیل بسیار معمول است. وقوع سیل می تواند، سطح آب را در رودخانه ها و کانال های زهکشی برای مدت قابل توجهی از زمان بالا نگه دارد و سپس، نسبتاً به سرعت، در هنگامی که سیلاب ها فروکش کرد سطح آب را پايين بياورد. اثر این طغیان بر روی شیب های خاکی کنارة کانال ها، هم قبل و هم پس از کاهش ارتفاع آب، اصل وضعیت کاهش سریع ارتفاع آب می باشد. بنابراین، برای درک کاهش سریع ارتفاع آب در نظر گرفتند، که چه اتفاقي براي شیب خاکی و خاک تشکیل دهنده آن، هم از نظر مقاومت خاک و هم توسعه فشار منفذی می افتد.
حالت کاهش سریع ارتفاع آب با استفاده از دو روش مختلف مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت:
الف) حالت تنش کل
ب) حالت تنش مؤثر
روش تنش مؤثر را می توان براي هر دو اجراي بلند مدت و کوتاه مدت استفاده كرد. مشکل در استفاده از روش تنش مؤثر براي وضعيت کوتاه مدت در تعيين فشار منفذی است که براي وضعيت بارگذاری خاص وجود دارد. اغلب تصور می کنند که این مشکل را می توان با استفاده از مقاومت برشی زهکشی نشده و انجام تحلیل تنش کل برطرف كرد، با این حال، این رویکرد آنچنان كه در ابتدا به نظر می رسد ساده نیست. تعیین مقدار مناسب برای مقاومت برشی زهکشی نشده برای استفاده در يك تجزیه و تحلیل افت سریع بسیار پیچیده تر از آن است كه بسياري مي پندارند. به منظور استفاده از يك مقاومت برشی زهکشی نشده ابتدا نمونه خاک باید تحت حالت تنش موجود در شیب، قبل از کاهش سریع ارتفاع آب به تعادل برسد. توزیع تنش در خاک در طول شیب در پاسخ به عدم بارگذاری که به عنوان یک نتیجه از خاکبرداری برای کانال زهكــــشي شده رخ می دهد تغییر خواهد كرد. علاوه بر این، باید به حدی که درجه اشباع خاک از افزایش سطح آب در کانال تغییر كرده و همچنین به هر گونه نرمي در نتيجه برجستگي خاك هاي رس از انعطاف پذیری بالا، توجه شود. سپس بايد آزمایش آزمایشگاهی در نمونه آزمون با همان تغییر در فشارها که در شیب در طول بارگذاری کاهش سریع ارتفاع آب رخ مي دهد تكرار شود. مقاومت خاک هنوز توسط حالت تنش مؤثر نمونه اداره مي شود، و اگر اجرای شرایط بارگذاری به درستی تکرارشود، سپس در تئوری، تغییر در فشارهاي منفذی نمونه آزمون همان گونه که در این زمینه است رخ خواهد داد و همة اینها درمقاومت برشی زهکشی نشده به دست آمده از آزمون منعكس خواهد شد. متأسفانه، یک واقعيت ديگر که تجزیه و تحلیل را پیچیده مي كند اين است که قبل و در طول کاهش سریع، هم حالت اولیه تنش و هم تغییر در فشار منفذی در طول شیب در این زمینه متفاوت است. در نتیجه، يك مقدار از مقاومت برشی زهکشی نشده برای تمام شیب مناسب نیست. با در نظر گرفتن تغییرات فشار منفذی در خاک ممکن است، مناسب نباشد كه به سادگی به بررسی توزیع فشار منفذی در شیب بلافاصله پس ازكاهش سطح آب بيروني پرداخته شود. همچنین بايد به شیوه ای که در آن تغییرات فشار منفذی در خاک به عنوان یک نتیجه از تنشهاي برشي در طول بارگذاری بدست آمده توجه شود. در یک خاک اشباع شده که تمایل به تجربة افزایش حجم یا متسع شدن درزمان برش دارد (خاك متراکم یا تثبيت شده)، يك کاهش در فشار منفذی در نتیجه افزایش در فشارهاي مؤثر وجود خواهد داشت، در حالی که فشار منفذی در خاک های اشباع شده تحت یک کاهش حجم در طول برش (خاك هاي شل و یا به طور معمول تثبیت شده) تمايل به افزايش خواهد داشت.
یکی از مزایای استفاده از تجزیه و تحلیل تنش مؤثر اين است که مؤلفه های کلیدی از تجزیه و تحلیل می تواند به صورت جداگانه در نظر گرفته شود. درست مانند تجزیه و تحلیل تنش کل، انتخاب پارامترهای مقاومتي مناسب براي تجزیه و تحلیل تنش مؤثر نيز ضروری است. شواهد قابل توجهی نشان می دهد که مقاومت برشی بسیج شده در ثبات طولانی مدت خاکهاي رس سفت در واقع کمتر از مقادیر اندازه گیری شده در آزمایشگاه است و یک گواهي عالی از این موضوع توسط مصری و شاهين (2003)[9]، داده شده است. مشاهدات مشابه توسط استارک و دانکن (1991)[10]، در بررسی آنها از یک لغزش رخ داده در شیب بالادست سد سان لوئیس درنتيجه کاهش ارتفاع آب بدست آمده است. استارک و دانکن به این نتیجه رسیدند که گسيختگي را می توان به کاهش مقاومت در یک خاک رس سفت با انعطاف پذیری بالا در فونداسیون نسبت داد که برای اولین بار خیس و نرم شده و سپس در معرض بارگذاری چرخه ای همراه با وقوع متعدد کاهش ارتفاع آب مخزن در طی یک دوره حدود 14 ساله قرارگرفته است. در نتیجه، فقط به عنوان يك تجزیه و تحلیل تنش کل وقت آن است که، طراح شیوه ای را در نظر بگيرد که در آن پارامترهای مقاومت تنش مؤثر به احتمال زیاد در طول عمر پروژه تغيير مي كند. شاید سخت ترین جنبه تجزیه و تحلیل تنش مؤثر، تعریف فشار آب منفذی در زمان کاهش سریع ارتفاع آب است، که ممکن است دلیل اصلی که برخی از طراحان روش فشار کل را ترجیح می دهند همین باشد. در حالی که تعدادی از عوامل این جنبه تجزیه و تحلیل را پیچیده می کنند، درک عناصر اساسی فشارهای منفذی و زهكشي دشوار نیست. در واقع، درک این مفاهیم اساسی طراح را به ایجاد برخی فرضیات ساده که می تواند تجزیه و تحلیل را تسریع کند، قادر می سازد.
یکی ازدلایلی که تجزیه و تحلیل تنش کل ممکن است برای مهندسان جذاب به نظر برسد، ایدة اجتناب از موضوع توزیع فشار منفذی مرتبط با زهکشی شیب، مستقل از فشارهای منفذی است که ممکن است به عنوان یک نتیجه از تغييرشكل برشی بوجود آید. با ظهور روش های عددی کامپیوتری این مشکل مانند آنطورکه در ابتدا بود، هنگامی که راهي براي توسعه شبکه جریان براي افت ارتفاع آب نيازمند است ارعاب انگیز نیست. شکل (3-1) کاهش سریع ارتفاع آب شبکه جریان برای یک مدل از یک شیب خاکی به طور کامل اشباع شده بالاي یک پي غیر قابل نفوذ را نشان می دهد. شبکه جریان الگوی زهكشي پس از کاهش لحظه ای را نشان می دهد، زمانیکه شیب شروع به زهكشي می کند. توجه داشته باشید که بالاترین خط پتاسیل هنوز هم در همان ارتفاع سطح آب قبل از افت است. به طور طبیعی، درجه ای که شیب در طول افت زهکشی می شود عملکرد نفوذپذیری خاک در شیب و سرعتی است که در آن سطح آب افت می کند، اما شبکه جریان در شکل (3-1) بدترین حالت را نشان می دهد، که در آن در واقع هیچ زهکشی صورت نگرفته است. فشار کل (Ht) در امتداد هر خط هم نیرو ثابت است و برابر با مجموع هد ارتفاع (he) و هد فشار (hp) در هر نقطه مربوطه در امتداد خط هم پتاسیل است که در معادله زیر بیان شده است[3] :
H_t=H_e+H_p (1-3)

تغییر در فشار کل نیز (〖ΔH〗_t) بین خطوط هم پتاسیل در هر شبکه جریان داده شده ثابت است. در نتیجه، فاصله بین نقاط درجاییکه خطوط هم پتاسیل با سطح شیب برخورد می کند نیز باید ثابت و برابر با تغییر در هد ارتفاع (〖ΔH〗_e) بین نقاط مربوطه باشد. دلیل این کار این است که پس از افت، هد فشار (hp) در تمام نقاط در امتداد سطح شیب، صفر درجه است (فشار اتمسفر)، بنابراین، از معادله (H_t=H_e+H_P)، بزرگی فشار کل (Ht) باید برابر با هد ارتفاع (he) در نقطه ای که در آن خط هم نیرو با سطح شیب برخورد می کند باشد.
*- خط جریان: خطی است که ذرات آب در امتداد آن از بالادست به پایین دست در خاک نفوذپذیر جریان می یابد. در واقع مسیر تقریبی عبور آب در خاک را خط جریان می گویند.
*- خط هم پتانسیل: خطی است که نقاط واقع بر آن بار آبی یکسانی دارند(یعنی اگر پیزومترهای در روی نقاط واقع در روی یک خط هم پتانسیل نصب شود، تراز سطح آب در تمام پیزومترها یکسان خواهد بود).

شکل( 3-1 ): شبکه جریان برای یک شیب اشباع شده پس از کاهش لحظه ای [3]

با اشاره دوباره به شکل ( 3-1 )، با توجه به نقطه A، یک فاصله d_1 پایین تقاطع سطح شیب و خط هم نیرو که بر آن نقطهA قرار دارد، واقع شده است. از بحث قبلی ثابت شده است که مقدار هد (H_t) که در امتداد خط هم نیرو برابر است با هد ارتفاع (he) جاییکه در آن خط هم نیرو با سطح شیب متقاطع است، و بزرگی هد ارتفاع در نقطه A (he @ A) به سادگی h_e-d_1 است، بنابراین، هد فشار در نقطه A(hp @ A) را می توان از معادله (2-3) به سادگی محاسبه کرد [3] :
[email protected] [email protected] [email protected] A=h_e-(h_e-d_1

پایان نامه
Previous Entries نمونه برداری، شبکه های آبیاری، نفوذپذیری Next Entries نفوذپذیری، ایالات متحده، سه مرحله ای