بررسی آزمایشگاهی تأثیر نانورس بر فرسایش داخلی خاکهای واگرا در سدهای خاکی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
سید محمد علی زمردیان
حمیده غفاری
محمد ایزدی
دانشگاه شیراز
چکیده
فرسایش داخلی در سدهای خاکی از عوامل تهدیدکننده پایداری است. وجود خاک‌های واگرا در هسته سد باعث تشدیداین پدیده می گردد. در این پژوهش از نانورس که سازگار با محیط زیست می باشددر جهت کنترل فرسایش داخلی در خاک­های واگرا استفاده شده است. بدین منظوردر آزمون فرسایش حفره‌ای مقادیر 5/0، 1، 5/1 و 3 درصد نانورس و زمان­های عمل­آوری 1، 2، 7، 14 و 28 روز و در سه گرادیان هیدرولیکی 05/7، 96/7 و 05/11 همچنین اثر این ماده افزودنی بر خواص خمیری خاک مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می­ دهد که افزودن نانورس به خاک باعث افزایش شاخص نرخ فرسایش و کاهش فرسایش‌پذیری خاک می­ شود به گونه ­ای که فرسایش‌پذیری خاک از گروه نسبتاً سریع در خاک شاهد به گروه نسبتاً آرام تغییر پیدا می ­کند. در زمان عمل‌آوری 1 روز مقدار بهینه نانورس 1 درصدودر دو زمان عمل‌آوری 2 و 7 روز 5/1 درصد مشاهده شد. همچنین در گرادیان‌های هیدرولیکی بزرگتر تأثیر نانورس در کاهش فرسایش بیشتر می­ باشد به گونه­ ای که در گرادیان هیدرولیکی 05/11 شاخص نرخ فرسایش به میزان 6% نسبت به گرادیان 05/7، افزایش نشان داده است. با افزایش زمان عمل­ آوری، شاخص نرخ فرسایش افزایش پیدا کرده، که در مدت زمان 28 روز میزان افزایش شاخص نرخ فرسایش به ترتیب در گرادیان‌های هیدرولیکی 05/11، 96/7 و 06/7 برابر 8/23% ، 4/23% و 3/20% ، نسبت به خاک شاهد می‌باشد. همچنین افزودن%1 نانورس باعث افزایش خواص خمیری وافزودن 2% درصد نانورس باعث کاهش خواص خمیری خاک نسبت به نمونه شاهد شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Laboratory study on the effectiveness of nanoclay in internal erosion of Dispersive Clayey Soils in embankmen dams

نویسندگان English

mzomorod mzomorod
Hameideh Ghafari
Mohammad Izadi
Shiraz University
چکیده English

Construction of hydraulic structure on dispersive soil created a lot of problems such as piping or internal erosion. Since it is not economical to change dispersive soil with non- dispersive soil, therefore, it is very important to improve the erosion resistance of soils using appropriate and cost effective techniques. This research is intended to study the effect of adding nano-clay on erodibility of dispersive soil. The nano-clay (montmorillonite) has been used as a modern and eco-friendly additives for controlling internal erosion in dispersive soils. To conduct this research, dispersive soil has been treated with four different percentages (i.e. 0, 0.5, 1, 1.5 and 3 % by weight of the parent soil) of nano-clay. The Variables taken into account are the curing time (i.e. 1, 2, 7, 14 and 28 days) and the mixing percentages. Erodibility parameters were obtained by the Hole Erosion Test (HET) in different hydraulic gradients (i.e. 7.05, 7.96 and 11.05). It is found that increase in nano-clay content is increasing the resistance of dispersive soil to erosion. The optimum amount of nanoclay in reducing erosion for samples of one day curing time was obtained 1% and the erosion index rate was 4.33. For 2 and 7 days curing times the optimum amount of nanoclay was observed equal to 1.5% and the index of erosion rate was 4.85 and 4.72, respectively. It was also observed that in larger hydraulic gradients, the effect of nanoclay in reducing erosion is more. Also, increasing nano-clay addetive changed plastic index properties of soil.

کلیدواژه‌ها English

Hole erosion test
Internal erosion
dismissive soil
hydraulic gradient
[1] Guy L. H. & Shawki. 1992 Water Dams and Civilization. World Bank Technical Paper, Longman, London, No.115, 5-13.
[2] Fell R., MacGregor P., Stapledon D. & Bell G. 2005 Geotechnical Engineering of Dams. Published by: A.A.Balkema Publishers Leiden, The Netherland, a member of Taylor & Francis Group plc.912.
[3] Gutierrez M.S. 2005 Potential Applications of Nano-mechanics in Geotechnical Engineerin. In: Proceedings of the International Workshop on Micro-Geomechanics across Multiple Strain Scales, Cambridge, UK, 29-30.
[4] Farrar J.A., Torres R.L. & Erdogan Z. 2007 Bureau of reclamation erosion testing for evaluation of piping and internal erosion of dams. Geotechnics of Soil Erosion Journal, Geo- Denver, New Peaks in Geotechnics, 1-10.
[5] Zomorodian S. M. A., Moghispour Sh., Soleymani A. & Brendan C. O’Kelly. 2017 Strength enhancement of clean and kerosene-contaminated sandy lean clay using nanoclay and nanocilica as additives. Applied Clay Science, 140 (2017), 140–147.
[6] Bahari M., Nikookar M., Arabani M., Khodaparast Haghi A. & Khodabandeh H. 2013. Stabilization of Silt by Nano-clay. 7th National Congress on Civil Engineering, 7-8 May, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran.
[7] Momen M. & Zomorodian S.M.A. 2015 Effect of NanoSilica on Dispersive Clayey Soils Erosion. The First International Congress on New Horizons in the Civil Engineering, Architecture, Culture and Urban Management of Iran. (In Persian)
[8] Wan C.F. & Fell R. 2002 Investigation of internal erosion and piping of soils in embankment dams by the slot erosion test and the hole erosion test. UNICIV Report No. R-412, the University of New South Wales, Sydney, Australia.
[9] Wan C.F. & Fell R. 2004 Investigation of rate of erosion of soils in embankment dams. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 130(4), 373-380.
[10] Zomorodian S.M.A & Moghispour sh. 2017 The effect of nanoclay on internal erosion in soil dams. Iranian Journal of Soil and Water Research, 48 (1), 187-194. (In Persian)
[11] Tabarsa A. 2017 The effect of nanoclay on the geotechnical behavior of fine-grained soft soils. Journal of Engineering Geology, 11(2). (In Persian)
[12] Bahari M. & Shahnazari, A. 2015 Experimental study of the fine- grained earthen bed stabilization using nanoclay. Journal of Water and Soil Science, 19(72), 107-114. (In Persian)
[13] Zomorodian S. M. A. & Koohpeyma H. R. 2015 Investigation of effect-iveness of modern chemical stabilizers on internal erosion in embankment dams. Sharif Journal Civil Engineering, 30(2), 73-78. (In Persian)
[14] Lan T. & Kaviratna P. D. 1995 Mechanism of clay tactiod exfoliation in epoxy-clay nanocomposites. Chem, Master, 2144-2150.
[15] ASTM. 2001 Annual book of ASTM standards, ASTM.
[16] Farjad A. & Abbasi N. 2017 Application of Nanoclay Particles for Stabilization of Expansive Clayey Soils. Journal of Water and Soil Science, 21 (2). (In Persian)
[17] Mitchel J. K. & Soga K. 2005 Fundamentals of soil behavior. John Wiley & Sons, Third edition.
[18] Mohammadzadeh Sani A., Arabani M., khodaparast haghi A. Jamshidi Chenari R. (2010). The Effect of Nanoclay on Geotechnical Properties of Clay Sand. The Fourth International Conference on Geotechnical Engineering and Soil Mechanics of Iran, Tehran, Iran. (In Persian)
مهندسی عمران مدرس
دوره 19، شماره 2
خرداد و تیر 1398
صفحه 101-112