یکشنبه, 02 آبان 1395 ساعت 16:50

آزمایش هیدرولیکی خاک

نفوذسنجی

V = K

هدایت هیدرولیکی به برخی پارامترهای خاک نظیر تخلخل توزیع اندازه شکل دانه ها و درجه ی اشباع خاک بستگی دارد .

روابطی ارائه شده اند که هدایت هیدرولیکی را به پارامترهای خاک مرتبط می سازد. جهت نمونه رابطه ای است که نسبت

پوکی و هدایت الکتریکی را به هم مرتبط می سازد و به شکل زیر تعریف می شود که به شکل زیر می باشد .

دراین رابطه ضریب تجربی به ضریب تخلخل خمیدگی و که به ترتیب وزن واحد سیال تراوش کننده ولزجت هستند . درخاک های

با اندازه حفره ی یکنواخت ضریب تخلخل تقریبا" برابر 5/2 و خمیدگی نقریبا"برابر 41/1 می باشد مساحت سطح در واحد حجم

به توزیع اندازه های دانه ها مرتبط است.

به دلیل اهمیت جریان خاک در آب ها هدایت هیدرولیکی در بسیاری از زمینه های مهندسی عمران و مهندسی محیط زیست

شامل مهندسی زئوتکنیک طراحی مهندسی پی ، مهندسی محیط زیست ، مهندسی منابع آب جهت ارزیابی جریان آب و

ناخالصی ها از طریق سدها سفره های آب زیرزمینی ، پوشش های رسی و سایر پوشش های دیواره ی کانال ها به کار می رود .

آزمایش های هدایت هیدرولیکی

هدایت هیدرولیکی نمونه های خاک با استفاده از آزمایش های نفوذپذیری تعیین می شود. مهندسین ژئوتکنیک دو نوع از تجهیزات

مختلف را جهت تعیین هدایت هیدرولیکی خاکها استفاده می کنند . نفوذسنج های هد ثابت و هد کاهش یابنده آزمایش های

آزمایشگاهی متداول جهت تعیین هدایت هیدرولیکی در استاندارد ASTM D2434 و استاندارد D5084 شرح داده شده اند .

آزمایش نفوذ سنجی هدثابت

تجهیزات

نفوذسنج با دیواذه ی صلب می بایست شامل یک مخزن صافی با هد ثابت و سنگ های متخلخل با هدایت هیدرولیکی نمونه ی

خاک مورد آزمایش و مانومترهایی جهت اندازه گیری تغییرات هدکل بین دو نقطه در نمونه و یک نیروی فنری 22 تا 45 نیوتن جهت

ثابت نگه داشتن نسبت به پوکی نمونه طی انجام آزمایش باشد جهت مشاهده ی جزئیات نفوذسنج با دیواره ی انعطاف پذیر به

استاندارد ASTM D8054 مراجعه نمایید.

نمونه

نمونه ی خاک می بایست جهت نمونه ی خشک شده با هوا آماده شود به طوری که درصد گذرنده از الک نمره ی 200 کمتر از

10 % باشد و هیچ یک از ذرات روی الک 4/1 اینچ نماند .اگر نمونه ی خاک دارای ذرات بزرگ تر از 19 میلی متر باشد.این ذرات

را ازنمونه خارج نمایید و سپس جرم آن ها را اندازه بگیرید . این ذرات درشت دانه آزمایش نمی شوند اما اطلاعات می بایست

گزارش شوند .

آماده سازی نمونه

جرم اولیه ی نمونه ی خاک درشت دانه ی خشک شده با هوا را (M) تعیین نمایید.

سنگ متخلخل را در کف نفوذسنج قرار داده و خاک را با استفاده از یک قیف درون نفوذسنج بریزید .جریان و ارتفاع قیف و بالای خاک

را حفظ نمایید . از یک حرکت دایره ای جهت پر کردن هر لایه ی خاک درقالب تفوذسنج استفاده نمایید از یک حرکت دایره ای جهت

پر کردن هر لایه ی خاک در قالب نفوذسنج استفاده نمایید اگر خاک شامل ذرات بزرگ باشد خاک را با استفاده از یک کمچه بریزید.

جهت بدست آوردن نمونه های با تخلخل کمتر از عملیات بارش دانه از قیف همراه با عملیات بارش دانه از قیف همراه با عملیات لرزاندن

به کمک کوبنده ی ارتعاشی یا لغزشی استفاده نمایید.

بعد از پرکردن نگهدارنده ی نمونه با خاک خاک باقیمانده را وزن نمایید و ازاین طریق جرم ماسه در نفوذسنج را به دست آورید.

آزمایش نفوذپذیری هدثابت

سلول حاوی نمونه را به مخزن هدثابت متصل کرده و داده ها را در سیستم خود تعریف نمایید.

جریان آب را باز کردن شیر آغاز نمایید تا رسیدن جریان به حالت پایدار صبر نماییدو تغییرات هد کل را اندازه بگیرید.

جریان آب را با Q محاسبه نمایید.از یک فلاسک مدرج جهت اندازه گیری حجم آب تراوش کننده و از کرونومتر جهت اندازه گیری

زمان t جهت پر کردن فلاسک مدرج استفاده نمایید.

با استفاده از حرارت سنج حرارت T سیال خروجی را اندازه بگیرید.

آزمایش را جهت سه مقدار مختلف هد کل تکرار نمایید این کار می تواند با تغییر دادن ارتفاع مخزن صافی هد ثابت انجام شود این آزمایشنشان خواهد داد که هدایت هیدرولیکی زمانی که گرادیان هیدرولیکی کمتر از 50 تا 100 باشد تغییر نمی کند.

جهت ارزیابی تغییرات هدایت هیدرولیکی در اثر تغییرات در نسبت پوکی به کناره ی نفوذسنج ضربه بزنید تا ماسه متراکم تر شود این کار

صرفا" جهت اهداف آموزشی انجام می شود .ارتفاع جدید (H) را اندازه بگیرید و وزن واحد جدید را اندازه گرفته و آزمایش را جهت حالت متراکم تکرار نمایید.

آزمایش نفوذپذیری با هد کاهش یابنده

این آزمایش می تواند جهت خاک های ریزدانه و درشت دانه استفاده می شودASTM استانداردی جهت آزمایش نفوذپذیری با هدکاهش یابنده بادیوار صلب ندارد.هرچند جهت اهداف آموزشی روشی به صورت موازی با روش نفوذپذیری هد ثابت ارائه شده است.

تجهیزات آزمایش

دستگاه نفوذسنج هد کاهش یابنده نفوذسنج دیوار صلب می بایست دارای یک لوله قائم با سطح مقطع ثابت و سنگ های متخلخل با هدایتهیدرولیکی خیلی بزرگتراز هد هیدرولیکی خاک مورد آزمایش و نیروی فنری کل برابر 22 تا 45 نیوتن جهت ثابت نگه داشتن نسبت پوکی نمونه

طی فرآیند آزمایش باشد . جهت مشاهده ی جزئیات آزمایش نفوذ پذیری با هد کاهش یابنده با استفاده از دستگاه نفوذسنج دیوار انعطاف پذیربه استاندارد ASTM D5084 مراجعه نمایید . این استاندارد استفاده از ترانسیدیوسرهای فشاری را جهت مانتیتورینگ تغییرات هدکل در زمان

انجام آزمایش را پیشنهاد می کند.

اندازه نمونه – تجهیزات تراکم –کاغذ صافی – ترازو – پمپ خلاء – لیوان مدرج – کرنومتر یا زمان سنج – نوار اندازه گیری –حرارت سنج

نمونه های به کار رفته در آزمایش نفوذپذیری هد کاهش یابنده می توانند از نمونه های خاک دست نخورده یا دست خورده باشند .اگر نمونه هایدست نخورده در نفوذسنج با دیوار صلب استفاده شوند نمونه ها می بایست طوری شکل داده شوند که سفت و دقیق درون قالب جا داده شوند .

نمونه های دست خورده می توانند با پاشیدن خاک های درشت دانه درون قالب آماده شوند و اگر نیاز باشد افزایش وزن واحد بااستفاده از عملیاتارتعاشی انجام می شود . اگر نمونه های خاک ریزدانه مورد آزمایش قرار گیرند نمونه را با متراکم کردن خاک به وسیله ی ابزار تراکم خاک آماده نمایید.

آزمایش نفوذسنج هد کاهش یابنده

نفوذسنج را به لوله ی قائم متصل نمایید. با باز کردن کردن شیر جریان را آغاز نمایید مدت زمانی که آب از لوله ی قائم از ارتفاع افت نمی کند را یادداشت نمایید.

حرارت T جریان خروجی را اندازه گیری نمایید.

حجم آب تراوش کننده را محاسبه نمایید .این کار را سه بار تکرار نمایید.با نمونه های دیگری که وزن های خشک مختلفی دارند این

مراحل را تکرار نمایید.

نتایج

نسبت پوکی را جهت هر یک از نمونه های آزمایش شده محاسبه نمایید

نمودار هدایت هیدرولیکی را در مقابل نسبت پوکی را جهت آزمایش های نفوذ پذیری با هد ثابت و هد کاهش یابنده رسم نمایید.

داده ها و محاسبات نمونه

نمونه : ماسه ی سست همگن و تمیز

جرم نمونه برابر 2706 گرم

طول نمونه H = 21.0 cm

مساحت سطح مقطع نمونه A = 80.7 cm

دمای آب برابر T = 28 C