فرسايشداخلي (Internal Erosion) و رگاب (Piping) مشکلات فراواني را براي سازههاي خاکي بخصوص سدهاي خاکي و سنگريزهاي بوجود ميآورند. فرسايش داخلي حمل تدريجي ذرات ريز خاک توسط جريان آب ميباشد که در حالت توسعه يافته موجب ايجاد يک آبراهه (Pipe) در سازه خاکي ميگردد.
رگاب يکي از اصليترين علل خرابي سدها است و مطابق آمار موجود تا سال 1986، 48 درصد از تخريب سدهاي خاکي و سنگريزهاي بزرگ بر اثر رگاب بوده است. از اين ميان رگاب مصالح بدنه سد، به ويژه مصالح هسته، بالاترين درصد (33%) را به خود اختصاص داده است.
فيلترها و زهکشها براي جلوگيري از رگاب در بالادست و پاييندست هسته سدهاي خاکي و سنگريزهاي بکار برده ميشوند. حجم فيلترها و زهکشها در حدود 4 تا 7 درصد از کل حجم عمليات خاکريزي و هزينه آنها حدود 10 تا 20 درصد از کل هزينه خاکريزي در سدهاي خاکي و سنگريزه اي را شامل ميگردند. از اينرو فيلتر از اجزاي مهم، نه تنها به لحاظ ايمني سد، بلکه از نقطهنظر اقتصادي نيز، ميباشد. نظر به اينکه کشور ايران از لحاظ تعداد سدهاي در دست اجرا، در دنيا مقام سوم را دارد و تعداد قابل توجهي از اين سدها از نوع خاکي يا سنگريزهاي هستند، طرح و اجراي فيلتر بهينه باعث حصول اطمينان بيشتر و صرفهجويي اقتصادي قابل توجهي ميگردد.
طراحي فيلتر در سدهاي خاکي و سنگريزهاي مدرن، بر اساس معيارهاي ارائه شده توسط Sherard و Dunnigan (1985) که بر اساس آزمايشهاي فيلتر مانع فرسايش (No Erosion Filter test) يا� NEF� ميباشند، صورت ميپذيرد. اين معيارهاي طرح فيلتر توسط مؤسساتي نظير USBR (1987 و 1999)، ICOLD (1994) و USACE (1994) پذيرفته و قابل اطمينان شناخته شدهاند، ليکن اين موسسات توصيه ميکنند که براي پروژههاي مهم و سدهاي بزرگ، آزمايش فيلتر برروي مصالح فيلتر و هسته براي تدقيق طراحي فيلتر صورت پذيرد.
توصيه مراجع مبني بر استفاده از آزمايشهاي فيلتر براي تدقيق طرح فيلتر، شامل کليه آزمايشهاي فيلتر نظير آزمايشهاي معمولي فيلتر يا Conventional Filter Tests نيز ميشود. آزمايشهاي معمولي فيلتر بيشتر براي طرح فيلتر و بررسي فرسايش داخلي در مصالح غيرچسبنده، درشتدانه، زهکشها و ... بکار برده ميشود.
در طول حدود 20 سال پس از ارائه معيارهاي Sherard و Dunnigan (1985) تحقيقات و موارد عملي طراحي فيلتر نشان داده که اين معيارها براي تمامي انواع خاکها قابل کاربرد نبوده و موجب طرح فيلتر ايمن و بهينه نخواهند شد. موارد، شواهد و نمونههاي عملي توسط سروش و همکاران (2006) ارائه شده است. بر خلاف ساير آزمايشهاي مطرح در مورد مصالح سدهاي خاکي و سنگريزهاي، آزمايشهاي فيلتر در مراجعي همچون ASTM و غيره ذکر نشده و روش استاندارد براي انجام اين آزمايشها در دست نيست. اين امر به دليل پيچيدگي آزمايش و تنوع پارامترهاي موثر در روند و نتايج آزمايش ميباشد. قابليت اطمينان نتايج آزمايش فيلتر بستگي به صحت روش انجام آزمايش و تفسير نتايج دارد. به همين دليل و نظر به اهميت آزمايشهاي فيلتر و بويژه آزمايش NEF ، حتي در سالهاي اخير که نزديک به يک قرن از آغاز مطالعات فيلتر ميگذرد، مطالعات آزمايشگاهي فيلتر توسط محققين مختلف صورت گرفته است.
عليرغم فراواني سدهاي خاکي و سنگريزهاي در دست ساخت در کشور، طراحي فيلترها در اکثر موارد بر اساس معيارهايي از قبيل USBR (1987)، بدون توجه به شرايط خاص مصالح سدها� و نحوه اجرا� و از همه مهمتر بدون توجه به توصيه مراجع مذکور مبني بر لزوم انجام آزمايش فيلتراسيون براي پروژههاي مهم صورت ميگيرد. چنين امري علاوه بر اينکه ممکن است طراحي ايمن سد را مورد ترديد قرار دهد، در اغلب موارد منجر به گران و زمان بر شدن پروسه تهيه فيلتر، ميشود.
در طي چند سال اخير تحقيقاتي تخصصي در زمينه فيلتراسيون، آزمايشهاي فيلتر و فرسايش داخلي در دانشکده مهندسي عمران و محيط زيست دانشگاه صنعتي اميرکبير صورت پذيرفته است. اين مرکز هم اکنون با دارا بودن دانش فني موضوع فرسايش داخلي، دستگاههاي فيلتراسيون با مقياسهاي مختلف و کليه ابزار لازم جهت بررسي و ارزيابي فيلتراسيون و فرسايش داخلي، به تحقيقات آکادميک در زمينه فرسايش و فيلتراسيون و همچنين طراحي فيلتر و زهکش براي پروژههاي سدسازي ميپردازد.
از جمله ابزار موجود در اين مرکز ميتوان به دستگاه فيلتراسيون سايز بزرگ اشاره کرد. اين دستگاه فيلتراسيون داراي محفظهاي با قطر 4/25 سانتيمتر و ارتفاع 50 سانتيمتر است. معماري و طرح اين دستگاه آزمايش کاملاً جديد بوده و مشخصات ويژه آن توسط سروش و شوريجه (2004) ارائه شده است. اين دستگاه آزمايش قابليت تکرار کليه آزمايشهاي فيلتراسيون موجود از جمله آزمايشهاي معمولي فيلتر، آزمايشهاي بررسي ناپايداري داخلي خاک و آزمايش NEF در سايز بزرگ برروي خاکهاي درشتدانه و مخلوط را دارا ميباشد. شکل(1) نمايي از اين دستگاه آزمايش را نشان ميدهد.
رگاب يکي از اصليترين علل خرابي سدها است و مطابق آمار موجود تا سال 1986، 48 درصد از تخريب سدهاي خاکي و سنگريزهاي بزرگ بر اثر رگاب بوده است. از اين ميان رگاب مصالح بدنه سد، به ويژه مصالح هسته، بالاترين درصد (33%) را به خود اختصاص داده است.
فيلترها و زهکشها براي جلوگيري از رگاب در بالادست و پاييندست هسته سدهاي خاکي و سنگريزهاي بکار برده ميشوند. حجم فيلترها و زهکشها در حدود 4 تا 7 درصد از کل حجم عمليات خاکريزي و هزينه آنها حدود 10 تا 20 درصد از کل هزينه خاکريزي در سدهاي خاکي و سنگريزه اي را شامل ميگردند. از اينرو فيلتر از اجزاي مهم، نه تنها به لحاظ ايمني سد، بلکه از نقطهنظر اقتصادي نيز، ميباشد. نظر به اينکه کشور ايران از لحاظ تعداد سدهاي در دست اجرا، در دنيا مقام سوم را دارد و تعداد قابل توجهي از اين سدها از نوع خاکي يا سنگريزهاي هستند، طرح و اجراي فيلتر بهينه باعث حصول اطمينان بيشتر و صرفهجويي اقتصادي قابل توجهي ميگردد.
طراحي فيلتر در سدهاي خاکي و سنگريزهاي مدرن، بر اساس معيارهاي ارائه شده توسط Sherard و Dunnigan (1985) که بر اساس آزمايشهاي فيلتر مانع فرسايش (No Erosion Filter test) يا� NEF� ميباشند، صورت ميپذيرد. اين معيارهاي طرح فيلتر توسط مؤسساتي نظير USBR (1987 و 1999)، ICOLD (1994) و USACE (1994) پذيرفته و قابل اطمينان شناخته شدهاند، ليکن اين موسسات توصيه ميکنند که براي پروژههاي مهم و سدهاي بزرگ، آزمايش فيلتر برروي مصالح فيلتر و هسته براي تدقيق طراحي فيلتر صورت پذيرد.
توصيه مراجع مبني بر استفاده از آزمايشهاي فيلتر براي تدقيق طرح فيلتر، شامل کليه آزمايشهاي فيلتر نظير آزمايشهاي معمولي فيلتر يا Conventional Filter Tests نيز ميشود. آزمايشهاي معمولي فيلتر بيشتر براي طرح فيلتر و بررسي فرسايش داخلي در مصالح غيرچسبنده، درشتدانه، زهکشها و ... بکار برده ميشود.
در طول حدود 20 سال پس از ارائه معيارهاي Sherard و Dunnigan (1985) تحقيقات و موارد عملي طراحي فيلتر نشان داده که اين معيارها براي تمامي انواع خاکها قابل کاربرد نبوده و موجب طرح فيلتر ايمن و بهينه نخواهند شد. موارد، شواهد و نمونههاي عملي توسط سروش و همکاران (2006) ارائه شده است. بر خلاف ساير آزمايشهاي مطرح در مورد مصالح سدهاي خاکي و سنگريزهاي، آزمايشهاي فيلتر در مراجعي همچون ASTM و غيره ذکر نشده و روش استاندارد براي انجام اين آزمايشها در دست نيست. اين امر به دليل پيچيدگي آزمايش و تنوع پارامترهاي موثر در روند و نتايج آزمايش ميباشد. قابليت اطمينان نتايج آزمايش فيلتر بستگي به صحت روش انجام آزمايش و تفسير نتايج دارد. به همين دليل و نظر به اهميت آزمايشهاي فيلتر و بويژه آزمايش NEF ، حتي در سالهاي اخير که نزديک به يک قرن از آغاز مطالعات فيلتر ميگذرد، مطالعات آزمايشگاهي فيلتر توسط محققين مختلف صورت گرفته است.
عليرغم فراواني سدهاي خاکي و سنگريزهاي در دست ساخت در کشور، طراحي فيلترها در اکثر موارد بر اساس معيارهايي از قبيل USBR (1987)، بدون توجه به شرايط خاص مصالح سدها� و نحوه اجرا� و از همه مهمتر بدون توجه به توصيه مراجع مذکور مبني بر لزوم انجام آزمايش فيلتراسيون براي پروژههاي مهم صورت ميگيرد. چنين امري علاوه بر اينکه ممکن است طراحي ايمن سد را مورد ترديد قرار دهد، در اغلب موارد منجر به گران و زمان بر شدن پروسه تهيه فيلتر، ميشود.
در طي چند سال اخير تحقيقاتي تخصصي در زمينه فيلتراسيون، آزمايشهاي فيلتر و فرسايش داخلي در دانشکده مهندسي عمران و محيط زيست دانشگاه صنعتي اميرکبير صورت پذيرفته است. اين مرکز هم اکنون با دارا بودن دانش فني موضوع فرسايش داخلي، دستگاههاي فيلتراسيون با مقياسهاي مختلف و کليه ابزار لازم جهت بررسي و ارزيابي فيلتراسيون و فرسايش داخلي، به تحقيقات آکادميک در زمينه فرسايش و فيلتراسيون و همچنين طراحي فيلتر و زهکش براي پروژههاي سدسازي ميپردازد.
از جمله ابزار موجود در اين مرکز ميتوان به دستگاه فيلتراسيون سايز بزرگ اشاره کرد. اين دستگاه فيلتراسيون داراي محفظهاي با قطر 4/25 سانتيمتر و ارتفاع 50 سانتيمتر است. معماري و طرح اين دستگاه آزمايش کاملاً جديد بوده و مشخصات ويژه آن توسط سروش و شوريجه (2004) ارائه شده است. اين دستگاه آزمايش قابليت تکرار کليه آزمايشهاي فيلتراسيون موجود از جمله آزمايشهاي معمولي فيلتر، آزمايشهاي بررسي ناپايداري داخلي خاک و آزمايش NEF در سايز بزرگ برروي خاکهاي درشتدانه و مخلوط را دارا ميباشد. شکل(1) نمايي از اين دستگاه آزمايش را نشان ميدهد.
شکل(1): دستگاه فيلتراسيون سايز بزرگ در دانشگاه صنعتي اميرکبير
.
شکل (2): دستگاه فيلتراسيون سايز کوچک در دانشگاه صنعتي اميرکبير
شکل (3): ييک نمونه خاک مبنا در آزمايش موفق NEF
در شکل (2) دستگاه فيلتراسيون با سايز کوچک، قطر 11 سانتيمتر و ارتفاع 30 سانتيمتر، نشان داده شده است. اين دستگاه قابليت تکرار آزمايش NEF در سايز کوچک را دارد. ابزار و ملحقات ساخته شده براي اين دستگاه امکان انجام دقيق اين آزمايش و کنترل شرايط تراکم خاک مبنا و فيلتر را فراهم ميسازد.
با تشکر از آقايان دکتر عباس سروش و دکتر پيلتن طباطبايي شوريجه براي ارائه اين سخنراني
منبع : www.igs.ir
+ نوشته شده در سه شنبه ۲۷ شهریور ۱۳۸۶ ساعت توسط * مهندس پویان *
|