توسعه مدلهای ریاضی جهت تعیین تاثیر چرخه های تر و خشک شدن بر پارامترهای فیزیکی مکانیکی خاک های ریزدانه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 ، گروه مهندسی عمران، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

2 استاد گروه مهندسی آب،دانشگاه فردوسی مشهد- مشهد،ایران

3 دانشجوی دکتری، گروه امار، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

با توجه به طبیعت آسیب پذیر سدهای خاکی در مقایسه با سدهای بتنی، باید تمامی عوامل موثر بر پایداری این سدها مورد بررسی و مطالعه قرار بگیرند. تر و خشک شدن متوالی هسته سد خاکی از عوامل مهمی است که می‌تواند روی پارامترهای فیزیکی و مکانیکی هسته و بدنه سد موثر باشد که این تغییرات باعث افزایش خطرات بعدی مانند نشت، پایپینگ و نشست می‌شوند. این موضوع به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک مانند ایران بسیار محتمل است. تحقیقات مختلفی در این زمینه انجام شده است و بعضی از این تحقیقات مدل‌های ریاضی مناسب برای داده‌های خود ارائه کرده‌اند، ولی به دلیل اینکه نتایج هر تحقیق مرتبط با خاک مورد بررسی اختصاصی همان مطالعه میباشد، این مدل‌ها برای داده های سایر محققین قابل استفاده نیست. در تحقیق حاضر، پس از جمع آوری 866 داده‌ی آزمایشگاهی از 23 تحقیق گذشته، تأثیر تر و خشک شدن متوالی هسته رسی سد‌های خاکی بر پارامترهای فیزیکی مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت و روابط ریاضی چند متغیره بین پارامترهای فیزیکی مکانیکی و تعداد دور تر و خشک شدن بدست آمد. این تحقیق نشان داد که اثر تر و خشک شدن روی پارامترهای مکانیکی بسیار مهم بوده و باید در تحلیل سازه‌ای سد نیز مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Development of mathematical models to determine the effect of wet and drying cycles on physical-mechanical parameters of fine-grained soils

نویسندگان [English]

  • Khashayar Khodashenas 1
  • Saeed Reza Khodashenas 2
  • Nafiseh Seyyednejad 3
1 ,Islamic Azad University, Mashhad Branch, Mashhad, Iran, Islamic Azad University, Mashhad Branch, Mashhad, Iran
2 Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
3 PhD. Student, Deparment of Statistics, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Due to the vulnerable nature of earthen dams , all factors affecting the stability of these dams should be studied. Consecutive wetting and drying of the earthen dam core is one of the important factors that can affect the physical and mechanical parameters of the dam core. These changes increase the subsequent risks such as leakage, piping and subsidence. This is especially happen in arid and semi-arid regions such as Iran. Various researches have been done in this field and some of these researches have provided suitable mathematical models for their data, but because the results of each research related to the studied soil are specific to the same study, these models can be unusable for other data. In the present study, after collecting 866 laboratory data from 23 researches, the effect of wetting and successive drying of clay dam cores on physical-mechanical parameters was investigated and multivariate mathematical relationships between physical-mechanical parameters and number of wetting and drying were investigated. This study showed that the effect of wetting and drying on mechanical parameters is very important and should be considered in the analysis of embankment dam structures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Clay
  • cohesion
  • Earth dam
  • Hydraulic conductivity
  • Water-soil characteristic curve
  1. آذری، ا. 1385. مبانی زهکشی در اراضی جزر و مدی جزیره آبادان (مطالعه موردی در ساحل رودخانه بهمن‌شیر). چهارمین کارگاه فنی زهکشی. کمیته ملی آبیاری و زهکشی. تهران. ایران.

    پناهی، ق. 1395. تأثیر چرخه خیس و خشک شدن بر خواص فیزیکی خاک. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی، مشهد.

    صالحیان دستجردی، م. و همت، ع. 1391. برآورد پارامترهای مقاومت برشی یک خاک ریزبافت تحت چرخه­های تر و خشک شدن. هفتمین کنگره ملی مهندسی ماشین­های کشاورزی و مکانیزاسیون. دانشگاه شیراز. فارس. ایران.

    صفا دوست، آ. 1394. اثر تعداد چرخه­های خیس و خشک شدن در بر پایداری ساختمان، توزیع اندازه ذرات و سیستم منافذ خاک. مجله تحقیقات آب و خاک ایران. 46(4). ص 767-759.

    طالب العلم، ا. 1399. بررسی عوامل و ریسک‌های شکست سدهای خاکی و مطالعه خصوصیات مکانیکی مصالح هسته در نوسانات شدید و خشکی طولانی‌مدت مخزن و تغییر متوالی درجه اشباع هسته سد. رساله دکتری، دانشگاه فردوسی، مشهد.

    مقدس، م.، رئیسی­استبرق، ع. و عبداللهی­بیک، ج. 1391. مسیرهای تورمی-انقباضی یک خاک متورم شونده در چرخه­های تر و خشک با آب شور. نشریه دانش آب و خاک. 22(3). ص 138-128.

    مهرموسوی، ز.، بهمنش، ج. و محمدنژاد، ب. 1392. تأثیر دوره­های تر-خشک بر روی خصوصیات ژئوتکنیکی خاک رس تثبیت‌شده با سیمان و آهک. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 27(5). ص 948-940.

    Akcanca, F. and Aytekin, M. 2014. Impact of wetting–drying cycles on the hydraulic conductivity of liners made of lime-stabilized sand–bentonite mixtures for sanitary landfills. Environmental earth sciences. 72(1): 59-66.

     De Camillis, M., Di Emidio, G., Bezuijen, A. and Verástegui-Flores, R.D. 2016. Hydraulic conductivity and swelling ability of a polymer modified bentonite subjected to wet–dry cycles in seawater. Geotextiles and Geomembranes.

    Dong, j.,LV, H. and Wu, W. 2018. Development and application of an instrument for simulating wetting-drying cycles of expansive soils under loads. Journal of Mountain Science. 15(11): 2552-2560.

    Estabragh, A.R., Moghadas, M. and Javadi, A.A. 2015. Mechanical behaviour of an expansive clay mixture during cycles of wetting and drying inundated with different quality of water. European Journal of Environmental and Civil Engineering. 19(3): 278-289.

     Goh, S.G., Rahardjo, H. and Leong, E.C. 2013. Shear strength of unsaturated soils under multiple drying-wetting cycles. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 140(2), p.06013001.

    ICOLD. 1995. Dam failures statiscal analysis. International commission on Large Dam (ICOLD), Bulletin 99.

     Kampala, A., Horpibulsuk, S., Prongmanee, N. and Chinkulkijniwat, A. 2013. Influence of wet-dry cycles on

    compressive strength of calcium carbide residue–fly ash stabilized clay. Journal of Materials in Civil Engineering. 26(4): 633-643.

    Khan, A. 2016. Impact of wet-dry cycle on mechanical properties of expansive clay under low overburden stress. Master Thesis, THE UNIVERSITY OF TEXAS AT ARLINGTON.

    Liu, W., Yang, Q., Tang, X. and Yang, G. 2015. Effect of Drying and Wetting on the Shear Strength of a Low-Plasticity Clay With Different Initial Dry Densities. Journal of Testing and Evaluation. 44(4).

    Lu, H., Li, J., Wang, W. and Wang, C. 2015. Cracking and water seepage of Xiashu loess used as landfill cover under wetting–drying cycles. Environmental Earth Sciences.74(11): 7441-7450.

    Ma, R., Cai, C., Li, Z., Wang, J., Xiao, T., Peng, G. and Yang, W. 2015. Evaluation of soil aggregate microstructure and stability under wetting and drying cycles in two Ultisols using synchrotron-based X-ray micro-computed tomography. Soil and Tillage Research. 149: 1-11.

    Md, S.H., Ling-wei, K. and Song, Y. 2016. Effect of Drying-Wetting Cycles on Saturated Shear Strength of Undisturbed Residual Soils. American Journal of Civil Engineering. 4(4): 143-150.

    Naeini, S.A., Gholampoor, N. and NajmosadatyYazdy, S.A. 2015. The Effect of Wetting-Drying Cycles and Plasticity Index on California Bearing Ratio of Lime Stabilized Clays. Journal of Engineering Geology. 9(2): 2818.

    Nowamooz, H. and Masrouri, F. 2008. Hydromechanical behaviour of an expansive bentonite/silt mixture in cyclic suction-controlled drying and wetting tests. Engineering Geology. 101(3): 154-164.

    O'Brien, A. 2007. Rehabilitation of urban railway embankments: investigation, analysis and stabilization

     Özbek, A. 2014. Investigation of the effects of wetting–drying and freezing–thawing cycles on some physical and mechanical properties of selected ignimbrites. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 73(2): 595-609.

    1. Chen, T. Xu, W. Lei, Y. Zhao, and J. Qiao. 2018 .Impact of multiple drying–wetting cycles on shear behaviour of an unsaturated compacted clay. Environmental Earth Sciences.vol. 77: 683

    Rayhani, M., Yanful, E. and Fakher, A. 2007. Desiccation-induced cracking and its effect on the hydraulic conductivity of clayey soils from Iran. Canadian Geotechnical journal 44: 276-283.

    Sayem hassein, M., Kong Ling, W. and Yin, S. 2016. Effect of Drying-Wetting Cycles on Saturated Shear Strength of Undisturbed Residual Soils. American Journal of Civil Engineering. 4(4): 159-166.

    Shi, A., Yan, N. and Marschner, P. 2015. Cumulative respiration in two drying and rewetting cycles depends on the number and distribution of moist days. Geoderma. 243 :168-174

    Stoltz, G., Cuisinier, O. and Masrouri, F. 2014. Weathering of a lime-treated clayey soil by drying and wetting cycles. Engineering Geology, 181, pp.281-289.

    Tang, C.S., Wang, D.Y., Shi, B. and Li, J. 2016. Effect of wetting–drying cycles on profile mechanical behavior of soils with different initial conditions. Catena. 139 :105-116.

    US Department of the interior. 1987. Design of small dams. Denver CO: Bureau of Reclamation.

    1. Wan, H. and Xu, X. 2016. Shear strength of unsaturated completely decomposed granite soil under different stress state conditions. Japanese Geotechnical Society Special Publication. 2(4): 230-235.

    Wang, B., Hu, B. 2016. Dynamics of aggregate stability under drying and wetting cycles for yellow soil in China.

    Wang, D.Y., Tang, C.S., Cui, Y.J., Shi, B. and Li, J. 2016. Effects of wetting–drying cycles on soil strength profile of a silty clay in micro-penetrometer tests. Engineering Geology. 206: 60-70.

    Wang, Y.-K., Guo, L., Gao, Y.-F., Qiu, Y., Hu, X.-Q. & Zhang, Y. 2016. Anisotropic drained deformation behavior and shear strength of natural soft marine clay. Marine Georesources & Geotechnology. 34: 493-502.

    Ye, W., Zhang, Y., Chen, B., Zhou, X. & Xie, Q. 2010. Shear strength of an unsaturated weakly expansive soil. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2: 155-161.

    1. Lu, X. Wu, Z. Hu, S. Xian, and R. Fang. 2018 .Electric resistance tests on compacted clay material under dynamic load coupled with dry-wet cycling. Advances in Materials Science and Engineering, Article ID 5387540, 6 pages.