بررسی آزمایشگاهی پدیده خود ترمیمی رس در سدهای خاکی و عوامل مؤثر بر آن

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی عمران آب، دانشکده فنی و مهندسی عمران دانشگاه تبریز

2 استاد، گروه مهندسی عمران آب، دانشکده فنی و مهندسی عمران دانشگاه تبریز

3 دانشجوی دکتری مهندسی عمران - سازه های هیدرولیکی، دانشکده فنی و مهندسی عمران دانشگاه تبریز

چکیده

لایه‌های رسی متراکم از متداول­ترین انواع لایه‌های نفوذناپذیر در سدهای خاکی به شمار می‌روند. از مهمترین عوامل شکست سدهای خاکی پدیده رگاب می­باشد که وجود ترک در هسته از دلایل عمده شکل­گیری این پدیده می­باشد.  این لایه‌ها بدلیل ماهیت رسی و خواص ژئوتکنیکی خاص، در طول زمان بوسیله ترک خوردگی دچار آسیب می‌گردند. خاصیت خود ترمیمی رس باعث بسته شدن ترک‌های خارجی ایجاد شده در آن می­گردد. خود ترمیمی خاک‌های رسی به عنوان یکی از ویژگی‌های مثبت رس مورد توجه محققین بوده است. در این تحقیق با آزمایش پین هول، روش جدیدی جهت ارزیابی خود ترمیمی خاک‌های رسی ارائه شده است. برای رسیدن به محدوده مناسبی از نشانه خمیری (26<PI<7)، سه حالت از منابع قرضه سد ونیار، با ترکیب 10 و 20 درصد بنتونیت و نمونه با خاک طبیعی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد با اضافه کردن بنتونیت، برای رطوبت‌های بهینه و 2 درصد زیر آن، واگرایی خاک کاهش یافته و به خاک غیر واگرا تبدیل می‌شود. همچنین با افزایش بنتونیت به خاک طبیعی، پدیده خود ترمیمی قابل مشاهده و پیش‌بینی است. این پدیده برای نمونه با 20 درصد بنتونیت بدلیل داشتن نشانه خمیری و پتانسیل تورم بالا، از سنین پایین مشاهده گردید. نمونه دارای 20 درصد بنتونیت و رطوبت 2 درصد کمتر از رطوبت بهینه دارای بیشترین کاهش دبی خروجی نسبت به خاک طبیعی بوده است و دبی خروجی 38 درصد کاهش یافت. بنابراین افزایش نشانه خمیری در محدوده مناسب سبب غیر واگرا شدن خاک رس و افزایش توان خاصیت خود ترمیمی خاک رس می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Self-healing Phenomenon of Clay in Earth Dams and its Influencing Factors

نویسندگان [English]

  • K Roushangar 1
  • M.T Alami 2
  • Y Houshyar 3
1 Assoc. Prof., Dept. of Water Eng., Faculty of Civil Eng., University of Tabriz, Iran
2 Prof., Dept. of Water Eng., Faculty of Civil Eng., University of Tabriz, Iran
3 PhD Candidate in Hydraulic Structures. University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Compact clay layers are the most impermeable layers in earth dams. One of the most important factors in the failure of earth dams is the piping that the existence of cracks in the dam core is one of the major reasons for the formation of this phenomenon. Due to the nature of clay and its unique geotechnical properties, these layers are damaged over time by cracking. The cracks healing property in clays closes its external cracks. Self-healing of clays has been considered by researchers as one of the positive characteristics of clays. In this research, a new method is presented to assess the self-healing of clays using pinhole test. In order to reach the appropriate range of plasticity index (7<PI<26), three soil samples are prepared from the Vanyar dam borrow pit as follows: first sample with 10% bentonite, second sample with 20% bentonite and third one just natural soil. The results showed that by adding bentonite, for optimum moisture content and 2% below, soil dispersion reduced and the soil became non-dispersive. Moreover, self-healing phenomenon was visible and predictable with increasing of bentonite in the natural soil. This phenomenon was observed for 20% bentonite having high plasticity index and swelling from early age. The sample with 20% bentonite and moisture content 2% lower than optimum showed the most reduction in outflow (38%) compared to the natural soil sample. Thus, plasticity index increment in the suitable range could cause the non-dispersivity of clay and increasing of self-healing ability.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bentonite
  • Clay core
  • Clay Soil
  • Pinhole test
  • Self-healing
Al-Rawas AA, Hago AW, Al-Sarmi H, 2005. Effect of lime, cement and Sarooj (artificial pozzolan) on the swelling potential of an expansive soil from Oman. Building and Environment Journal, 40: 681–687.
Anonymous, 1998. Standard Test Method for Identification and Classification of Dispersive Clay Soils by the Pinhole Test. American Society for Testing and Materials (ASTM D4647-93). Philadelphia, PA.
Anonymous, 2000. Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort American Society for Testing and Materials (ASTM D698, 2000). West Conshohocken, PA.
Badv K, Frashbaf M, 2016. Effect of consolidation on chloride diffusion coefficient in a clayey soil. Water and Soil Science, University of Tabriz 26: 119–132. (In Persian).
Behamyari H, Azhdari M, Zomorrodian SMA, 2011. Laboratory studying of the effect of the initial structure of the swelling clays on their hydromechanical behavior. 6th National Congress on Civil Engineering. 26–27 April. University of Semnan, Semnan. (In Persian).
Bendhamane F, Marot D, Alexis A, 2008. Experimental parametric study of suffusion and backward erosion, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 134: 57–67.
Das Neves EM, 1989. Analysis of crack erosion in dam cores: the crack erosion test. Editora Edgard Blucher Ltda, Sao Paulo.
Honjo Y, Veneziano D, 1989. Improved filter criterion for cohesion less soils. Journal of Geotechnical Engineering 115: 75–94.
Molino B, Vincenzo AD, Ferone C, Messina F, Colangelo F, Cioffi R, 2014. Recycling of clay sediments for geopolymer binder production. A new perspective for reservoir management in the framework of Italian legislation: The Occhito Reservoir case study. Materials 7: 5603–5616.
Seco A, Ramírez F, Miqueleiz L, García B, 2011. Stabilization of expansive soils for use in construction. Applied Clay Science 51: 348–352.
Parastar F, Hejazi SM, Sheikhzadeh M, Alirezazadeh A, 2017. A parametric study on hydraulic conductivity and self-healing properties of geotextile clay liners used in landfills. Journal of Environmental Management 202: 29–37.
Wang JJ, Zhang, HP, Zhang L, Liang Y, 2013. Experimental study on self-healing of crack in clay seepage barrier. Engineering Geology 159: 31–35.
Wang W, Li W, Fan W, Zhang X, Song L, Xiong C, Gao X, Liu, X, 2018. Accelerated self-healing performance of magnetic gradient coating. Chemical Engineering Journal 332: 658–670.