بررسی فرسایش داخلی در رسوبات آبرفتی با دانه بندی گسسته

نوع مقاله : مطالعه موردی

نویسندگان

• ملیحه نظری ¹
• علی معروف ²
• علی اخترپور ³
• جعفر بلوری بزاز ³

¹ دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد ژئوتکنیک، گروه مهندسی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

² دانش‌آموخته دکتری ژئوتکنیک، گروه مهندسی عمران، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.

³ دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

https://doi.org/10.22067/jwsd.v11i1.2402-1309

چکیده

فرسایش داخلی از متداول‌ترین علل شکست سدها است و ریزشویی یکی از انواع فرسایش داخلی محسوب می‌شود که با نشست خاک و ایجاد فروچاله همراه است. ریزشویی به طور معمول در خاک‌های ناپایدار داخلی اتفاق می‌افتد. سد بار در شهر نیشابور که بر روی پی آبرقتی با دانه بندی گسسته و موقعر رو به بالا قرار گرفته است، بعد از آبگیری دچار نشست و فروچاله شده‌ است. در این پژوهش به بررسی پتانسیل ریزشویی در خاک منطقه و تأثیر عوامل تراکم و سربار بر فرسایش داخلی پرداخته شده است. در ابتدا آزمایش های شاخص بر روی نمونه خاک انجام شد و سپس با توجه به دانه‌بندی نمونه و کاربرد معیارهای تجربی موجود برای خاک، احتمال ریزشویی به سه روش بررسی شد که دو روش خاک را ناپایدار و یک روش پایدار نشان داد. در ادامه برای بررسی اثر تراکم، نمونه خاک در تراکم‌های مختلف و تحت چهار بار آبی، مورد آزمایش ریزشویی قرار گرفته است. یافته‌ها نشان می‌دهد که خاک مورد نظر دارای پتانسیل ریزشویی بوده و ناپایدار داخلی است. علاوه بر آن اثر کاهشی تراکم بر فرسایش در آزمایش‌ها مشاهده گردید، میزان ذرات ریز شسته شده نمونه از 4/5 درصد در تراکم70 درصد به 0/37 درصد در تراکم 85 درصد کاهش یافت. همچنین با افزایش تراکم از 70 درصد به 85 درصد میزان نشست از 13/3 درصد به 3/33 درصد کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها

• فروچاله
• فرسایش داخلی
• ریزشویی
• ناپایداری داخلی
• تراکم

موضوعات

• انتقال آب و سازه های آبی

مراجع

رنجبر ایوری، محسن. (1390). بررسی ویژگی‏‌های زمین شناسی مهندسی و ژئوتکنیکی ساختگاه سد بار نیشابور. پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
معروف، محمدعلی. (1399) . بررسی اثر مورفولوژی دانه‌‏ها بر ناپایداری داخلی خاک‏‌های دانه‌‏ای. پایان‏نامه دکتری، دانشکده عمران، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران. 
نظری، ملیحه، معروف، محمدعلی، اخترپور، علی، و بلوری بزاز، جعفر. (1401). بررسی پتانسیل ریزشویی در پی آبرفتی سدها (مطالعه موردی: سد بار نیشابور). هفتمین کنفرانس بین‏‏المللی مهندسی عمران، سازه و زلزله. دانشگاه فرهنگ و هنر، تهران، ایران.
نوروزی، بهنام. (1397). ابزار دقیق و رفتارنگاری در سدهای خاکی و سنگریزه‏ای، انتشارات نوید شیراز. چاپ اول. شیراز، ایران.
Adel, H. D., Bakker, k., & Breteler, M.K. (1988). Internal stability of minestone. in Proceedings of the International Symposium on Modelling Soil–Water- Structure Interactions. International Association for Hydraulic Research (IAHR). Netherlands, Rotterdam, Balkema. 
USACE (U.S. Army Corps of Engineers). (1953). Investigation of filter requirements for underdrains. Tech. Memo. No. 3-360. U.S. Waterways Experiment Station. Vicksburg, Mississippi.
Bendahmane, F., Marot, D., & Alexis, A. (2008). Experimental Parametric Study of Suffusion and Backward Erosion. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 134(1), 57–67. doi: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2008)134:1(57)
Chapuis, R., Contant, A., & Baass, K. A. (1996). Migration of fine in 0-20 mm crushed base during placement, compaction, and seepage under laboratory conditions. can. geotech, 33(1), 168–176. doi: 10.1139/t96-032
Chang, D. S., & Zhang, L. M. (2013). Extended internal stability criteria for soils under seepage. Soils Found., 53(4), 569–583. doi: 10.1016/j.sandf.2013.06.008
Cividini, A., Bonomi, S., Vignati, G. C., & Gioda, G. (2009). Seepage-Induced Erosion in Granular Soil and Consequent Settlements. International Journal of Geomechanics, 9(4), 187–194. doi: 10.1061/(asce)1532-3641(2009)9:4(187)
Fannin, R. J., & Moffat, R. (2006). Observations on internal stability of cohesionless soils.  Geotechnique, 56(7), 497–500. doi: 10.1680/geot.2006.56.7.497
Fell, R.,Wan, C. F., Cyganiewicz, J., & Foster, M. (2003). Time for Development of Internal Erosion and Piping in Embankment Dams. J. Geotech. Geoenvironmental Engineering, 129(4), 307–314. doi: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2003)129:4(307)
Foster, M., Fell, R., & Spannagle, M. (2000). The statistics of embankment dam failures and accidents. Can. Geotech, J, 37(5), 1000–1024. doi: 10.1139/t00-030
Honjo, Y., Haque, M., & Tsai, K. (1996). Self-filtration behaviour of broadly and gap-graded cohesionless soils. in Proceedings of the 2nd International Conference on Filters and Drainage in Geotechnical and Environmental Engineering. Montreal, Canada.
Kaoser, S., Barrington, S., Elektorowicz, M., & Ayadat, T. (2006). The influence of hydraulic gradient and rate of erosion on hydraulic conductivity of sand-bentonite mixtures. Soil Sediment Contam, 15(5), 481–496. doi: 10.1080/15320380600847815
Kezdi, A. (1979). soil physics. Elsevier. Scientific Publishing Company. Amsterdam, North-Holland.
Kenny, T. C., & Lau, D. (1985). Internal stability of granular filters. Canadian Geotechnical Journal, 22(2), 215–225. doi: 10.1139/t85-029
Kenny, T. C., & Lau, D. (1986). Internal stability of granular filter: Reply. can. geotech, 23, 420–423. DOI: 10.1139/t86-068
Lafleur, J., Mlynarek, J., & Rollin, A. L. (1989). Filtration of broadly graded cohesionless soils. J. Geotech. Engineering, 115(12), 1747–1768. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9410(1989)115:12(1747)
Lafleur. J., & Nguyen, P. (2007). Internal stability of particles in dam cores made of cohesionless broadly graded moraines. Teylor & Francis. CRC Press.1st Edition. Balkema, South Africa.
Li, M. (2008). Seepage Induced Instability in Widely Graded Soils. Doctor of philosophy Thesis, Faculty of Civil Engineering, University of British Columbia, Vancouver, Canada.
Li, Sh., Russell, A. R., & Muir Wood, D. (2024). Internal erosion of a gap-graded soil and influences on the critical state. Acta Geotechnica, 1-19. doi: 10.1007/s11440-024-02249-4
Luo, Y. (2020). Effect of deviator stress on the initiation of suffusion. Acta Geotechnica, 15: 1607–1617. doi: 10.1007/s11440-019-00859-x
Moffat, R. (2005). Experiments on the Internal Stability of Widely Graded Cohesionless Soils. Doctor of Philosophy Thesis, Faculty of Civil Engineering, University of British Columbia, Vancouver, Canada.
Marot, D., & Benamar, A. (2012). Erosion Geomaterials, Suffusion, Transport and Filtration of Fine Particle in Granular Soil. Wiley-ISTE. New York, USA, doi: 10.1002/9781118561737
Maroof, A., Mahboubi, A., & Noorzad, A. (2021). Effects of grain morphology on suffusion susceptibility of cohesionless soils. Granular Matter, 23, 8. https://doi.org/10.1007/s10035-020-01075-1
Maroof, A., Mahboubi, A., Vincens, E., & Hassani, M. (2024). A developed capillary tube model for suffossion susceptibility of non-cohesive soils. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 83, 17. doi: 10.1007/s10064-023-03515-7
Sherard, J.L. (1979). Sinkholes in Dams of Coarse, Broadly Graded Soils (Paper introduced by Jean Lafleur). Proceedings of the 13th ICOLD Congress. India, 2, 25-35. 
Skempton, A., & Brogan, J. (1995). Experiments on piping in sandy gravels. Geotechnique, 45(3), 449-460. https://doi.org/10.1680/geot.1994.44.3.449
Sun, B. C. (1989). Internal Stability of Clayey to Silty Sands. Doctor of Philosophy Thesis, Faculty of Civil Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, USA.
Wan, C. F., & Fell, R. (2008). Assessing the Potential of Internal Instability and Suffusion in Embankment Dams and Their Foundations. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 134(3), 401–407, doi: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2008)134:3(401)