حدود کاربرد دانه بندی خاک در لایه های فیلتری و زهکشی سدها

دانشگاه صنعتی سیرجان

موضوع تحقیق: حدود کاربرد دانه بندی خاک در لایه های فیلتری و زهکشی سدها

محققان:

مهندس بارچی نژاد

مهندس اسماعیل زاده

مهندس قائنی

***************************************************************

تعريف فیلتر

فيلتر مصالحي است حد واسط كه در مرز بين دو لايه اي كه به لحاظ توزيع دانه بندي متفاوت هستند، قرار داده مي شوند . نقش اصلي فيلتر جلوگيري از شسته شدن و حركت مواد ريز دانه سازه خاكي مي باشد و بديهي است كه كاربرد آن در جايي است كه تحت اثر گراديان هيدروليكي مي باشد.

عملكرد فیلتر:

وقتي كه جريان نشت از يك خاك با دانه هاي نسبتا ريز به مصالح درشت دانه تر(مانند زهكش درپنجه سد خاكي) وارد مي شود،اين خطروجود دارد كه ذرات ريز خاك به داخل مصالح درشت دانه تر

شسته شوند . اگر اين كار در يك مدت زمان طولاني انجام بگيرد ، ذرات ريز ممكن است تمام فضاهاي بين مصالح درشت دانه را پر كرده و آن را مسدود نمايند . براي رفع چنين مشكلي ، بين دو لايه ريز و درشت از يك لايه فيلتربه عنوان محافظ استفاده مي شود . فيلتر و

زهكش اجازه مي دهد تا جريان تراوش از خاك نسبت به زماني كه

فيلتر وجود ندارد ، سريعتر خارج شود . بنا بر اين مصالح فيلتر بایست

نسبت به خاك اساس (خاك مورد حفاظت) درشت دانه تر و با حفرات

بازتري باشد . جريان تراوش از خاك ريز دانه به فيلتر ممكن است

همراه با شسته شدن و حركت ذرات ريز دانه خاك اساس به حفرات

مصالح فيلتر باشد و اين انتقال باعث به خطر افتادن سازه خاكي خواهد گرديد . تخريب مذكور ممكن است بدليل از دست رفتن و كمبود مصالح تراكم يافته باشد و يا اينكه ناشي از انسداد خلل و فرج فيلتر و بوجود آمدن فشار زياد هيدرواستاتيك در پشت مصالح فيلتر باشد . بهر حال وبه هر دليل در اينصورت ايمني سازه با خطر مواجه شده و سازه در طي زمان منهدم خواهد گرديد . وجود فيلترباعث طول عمر سازه با بروز كمترين خطر مي گردد .

فيلتر درسد های خاکی

در سدهاي خاكي نيز وضع به همين صورت است ؛ اگر بين لايه زهكش(سنگ ريزه اي)و خاك اصلي در پنجه سد ، لايه فيلتر موجود نباشد ، ذرات ريز قسمت اصلي به سمت سنگريزه ها شسته شده و

مسیر آن رامسدود مي كنند و نتيجه آنكه سيستم زهكش سد از كار مي افتد ونيز تدريجًا مصالح سازنده بدنه به بيرون شسته شده و باعث

خرابي و ضربات جبران ناپذير مي گردد .بنا براين بايد براي اطمينان

از وجود ايمني سازه ، يك لايه فيلتر بين مصالح ريزدانه و درشت دانه قرار داده شود كه البته مي تواند بيش از يك لايه باشد و هر لايه

نقش فيلتر را براي لايه زيرين بر عهده داشته باشد.

بدليل استفاده بهينه از مواد و مصالح در سدهاي خاكي مثل مصالح

حاصل از حفاري ، امكان استفاده از منابع قرضه نزديك به سايت و

صرفه جويي در زمان و اطمينان براي پايداري و كنترل نشت در

سدها، اقدام به زون بندي در سدها مي شود . مناطق مختلفي در زون بندي خاكريز سد مشخص مي شود كه هسته مركزي ، پوسته، فيلتر ، لايه محافظ بالادست و پايين دست از آن جمله است.

فيلتر در سدهاي خاكي ممكن است در موقعيت هاي متعددي مورد نياز باشد ، مانند جاهايي كه زهكشهاي افقي ، عمودي و مايل وجود دارند يا در نزديكي مجاري تخليه ، در زير سازه هاي كاهنده انرژي ، چاههايفشار شكن و در زير پوشش ريپ رپ ؛ مهمترين خصوصيات اين فيلترها عبارتند از دانه بندي چگالي متراكممصالح و نفوذ پذيري.

تراكم نسبي مصالح فيلتر حداقل بايد ۸۵ % باشد و هيچ قسمتي يا بخشي از اين مواد كمتر از ۸۰ % تراكمنسبي نداشته باشد ؛ ونيز بايد دانه بندي مصالح فيلتر آن گونه باشد كه مصالح دچاربهم خوردن دانه

بندی وجداييدانه ها نشوند كه در ا ين صورت خصوصيات مهندسي

مصالح و از جمله نفوذ پذيري مصالح تغيير قابل توجهيخواهد نمود ؛ و براي جلوگيري از بروز تركهاي كششي در مصالح بايستي درصد مجاز ريزتر از اندازه#NO.200 بوسيله آزمايش هاي مختلف تعيين گردد .

انواع فیلتر:

فيلترها به دو دسته كلي تقسيم مي شوند:

الف - مصالح دانه اي ؛ شن و ماسه دانه بندي شده بر طبق معيارهاي

طراحي فيلتر

ب - الياف يا بافته هايي از جنس پليمر مصنوعي(Geotextiles).

محدوده طراحی فیلترهای دانه ای

برای رسیدن به عملکرد مناسب مصالح فیلتر و زهکش ،محدوده هایی وجود دارد که طی سال ها و با انجام آزمایش های متعدد به دست آمده اند. منابع مختلف بعضا محدوده هایی را پیشنهاد کرده اند که با اختلافات کوچکی همراه می باشند لیکن حاصل مطالعات مختلف به صورت زیر بوده است:

برای انتخاب مصالح فیلتر دو معیار کلی وجود دارد که لازم است

برای هر فیلتر تامین گردد:

الف- اندازه حفرات مصالح فیلتر باید به قدر کافی ریز باشد تا از شسته شدن خاک مورد حفاظت به داخل آن جلوگیری شود.(piping)

ب- مصالح فیلتر باید آنقدر نفوذپذیر باشند، تا از به وجود آمدن نیروهای نشست زیاد و فشار هیدرو استاتیک در مصالح جلوگیری شود.(permeability)

بر طبق تحقیقات تجربی برتیام(1940)دو محدوده زیر انتخاب و توصیه شده است:

piping

(1) D15(filter)/D85(soil)<= 4-5

permeability

(2) D15(filter)/D15(soil)>= 4-5

و نیز اداره مهندسی ارتش آمریکا چنین توصیه می کند.

piping

(3) D15(filter)/D85(soil)< 5-63

(4) D15(filter)/ (6) D15(filter)/D15(soil)>4

D15(soil)< 20-404

permeability

6) D15(filter)/D15(soil)>4

حد بالایی تا شش افزایش می یابد. CU=D60/D10<1.5 ٣ اگر

حد بالایی تا چهل افزایش می یابد. CU=D60/D10>4 ٤ اگر

-توضیح:

منظور از Di قطری ازمصالح دانه ایست i% مصالح از آن ریزتر است.

و نیز اداره مهندسی ارتش آمریکا در تشریح محدوده های پیشنهادی می افزاید:

مصالح فيلتر نبايد از قطر76mmبزرگتر باشد) اين دستورالعمل به منظور جلوگيري از جداشدگي دانه ها در فيلتر است(.

به منظور جلوگيري از فرسايش داخلي ذرات ريز فيلتر و تامين نفوذ پذيري كافي ، نبايد ميزان ريز دانه هاي ريزتر از الك شماره ۲۰۰ در

مصالح فيلتر بزرگتر از ۵ % باشد.

با محدوده هاي تعيين شده مي توان دانه بندي فيلتر و هم چنان پوشش سنگ چيني و لايه ريپ رپ را نيزتعيين كرد به گونه اي كه از شسته شدن خاك حفاظت شده به درون فيلتر و همچنين مصالح فيلتر به پاشنه سنگيجلوگيري شود . لازم به ذكر است كه ضخامت لايه فيلتر بايد بوسيله قانون دارسي تعيين شود .

منابع و ماخذ

Bowles . j . E ,(1984), “Physical and Geotechnical Properties of Soil”

Braja . M . Das-(1990) ,“ Principles of Geotechnical Engineering “

vol first . soil mechanics

vol second . foundation engineering

Craig , (1990) , “Soil Mechanics”, fourth edition

Geosynthetics Asia’97, November, Bangalore , India

Huesker Synthetics , products catalogue , http:// www. Huesker . com

ICOLD , BULLETIN 55 ,(1986), "Geotextiles as Filters & Transitions in Fill Dams”

US Army Corps of Engineers , (1986) , “Seepage Control in Embankment “ , EM .

1110-2-1901

حدود کاربرد دانه بندی خاک در لایه های فیلتری و زهکشی سدها

مطالب مشابه :

آزمایش دانه بندی خاک به روش خشک

آزمایشات مکانیک خاک - دانه بندی - هیدرومتری - حد روانی - حد خمیری - حد انقباضی - حدود اتربرگ - توده

دانه‌بندی خاک

آزمایش دانه بندی خاک و دانه بندی خاک ( تعریف و آزمایش )

نقش دانه بندی خاک در مقاومت فشاری وطرح اختلاط آن

دانه بندي خاك

آزمایش دانه بندی خاک

حدود کاربرد دانه بندی خاک در لایه های فیلتری و زهکشی سدها