5417
شناسه پست: 5417
بازدید: 73

در این پست ایتدا به تعریف و بررسی عملکرد فیلتر در سدهای خاکی می پردازیم سپس در ادامه به معرفی ژئوتکستایل در سدهای خاکی و بررسی مزایا آن می پردازیم، با ما همراه باشید.

مقدمه

فیلتر در سدهای خاکی، مصالحی است حد واسط که در مرز بین دو لایه ای که به لحاظ توزیع دانه بندی متفاوت هستند، قرار داده می شود. نقش اصلی فیلتر جلوگیری از شسته شدن و حرکت مواد ریز دانه سازه خاکی می باشد و بدیهی است که کاربرد آن در جایی است که تحت اثر گرادیان هیدرولیکی می باشد.

عملکرد فیلتر در سدهای خاکی

وقتی که جریان نشت از یک خاک با دانه های نسبتا ریز به مصالح درشت دانه تر ( مانند زهکش در پنجه سد خاکی) وارد می شود، این خطر وجود دارد که ذرات ریز خاک به داخل مصالح درشت دانه تر شسته شوند. اگر این کار در یک مدت زمان طولانی انجام بگیرد، ذرات ریز ممکن است تمام فضاهای بین مصالح درشت دانه را پر کرده و آن را مسدود نمایند. برای رفع چنین مشکلی، بین دو لایه ریز و درشت از یک لایه فیلتر به عنوان محافظ استفاده می شود. زهکش و فیلتر در سدهای خاکی اجازه می دهند تا جریان تراوش از خاک نسبت به زمانی که فیلتر وجود ندارد، سریع تر خارج شود. بنابراین مصالح فیلتر بایستی نسبت به خاک اساس (خاک مورد حفاظت) درشت دانه تر و با حفرات بازتری باشد. جریان تراوش از خاک ریز دانه به فیلتر ممکن است همراه با شسته شدن و حرکت ذرات ریز دانه خاک اساس، به حفرات مصالح فیلتر باشد و این انتقال باعث به خطر افتادن سازه خاکی خواهد شد. تخریب مذکور ممکن است به دلیل از دست رفتن و کمبود مصالح تراکم یافته باشد و یا اینکه ناشی از انسداد خلل و فرج فیلتر و به وجود آمدن فشار زیاد هیدرواستاتیک در پشت مصالح فیلتر باشد. در این صورت ایمنی سازه با خطر مواجه شده و سازه در طی زمان منهدم خواهد گردید. وجود فیلتر باعث طول عمر سازه با بروز کمترین خطر می گردد.

ضوابط کاربرد فیلتر در سدهای خاکی

در سدهای خاکی نیز وضع به همین صورت است، اگر بین لایه زهکش (سنگ ریزه ای) و خاک اصلی در پنجه سد، لایه فیلتر موجود نباشد، ذرات ریز قسمت اصلی به سمت سنگریزه ها شسته شده و مسیر آن را مسدود می کنند و نتیجه آنکه سیستم زهکش سد از کار می افتد و نیز تدریجا مصالح سازنده بدنه به بیرون شسته شده و باعث خرابی و ضربات جبران ناپذیر می گردد. بنابراین باید برای اطمینان از وجود ایمنی سازه، یک لایه فیلتر بین مصالح ریزدانه و درشت دانه قرار داده شود که البته می تواند بیش از یک لایه باشد و هر لایه نقش فیلتر را برای لایه زیرین بر عهده داشته باشد.

به دلیل استفاده بهینه از مواد و مصالح در سدهای خاکی مثل مصالح حاصل از حفاری، امکان استفاده از منابع قرضه نزدیک به سایت و صرفه جویی در زمان و اطمینان برای پایداری و کنترل نشت در سدها، اقدام به زون بندی در سدها می شود. مناطق مختلفی در زون بندی خاکریز سد مشخص می شوند که هسته مرکزی، پوسته، فیلتر، لایه محافظ بالادست و پایین دست از آن جمله هستند.

فیلتر در سدهای خاکی ممکن است در موقعیت های متعددی مورد نیاز باشد، مانند جاهایی که زهکش های افقی، عمودی و مائل وجود دارند یا در نزدیکی مجاری تخلیه، در زیر سازه های کاهنده انرژی، چاه های فشار شکن و در زیر پوشش ریپ رپ؛ مهمترین خصوصیات این فیلترها عبارتند از دانه بندی چگالی متراکم مصالح و نفوذ پذیری.

تراکم نسبی مصالح فیلتر حداقل باید ۸۵ % باشد و هیچ قسمتی یا بخشی از این مواد کمتر از ۸۰ % تراکم نسبی نداشته باشد و نیز باید دانه بندی مصالح فیلتر آنگونه باشد که مصالح دچار بهم خوردن دانه بندی و جدایی دانه ها نشوند که در این صورت خصوصیات مهندسی مصالح و از جمله نفوذ پذیری مصالح تغییر قابل توجهی خواهد نمود. در شکل 1، یک نمونه فیلتر در سدهای خاکی نشان داده شده است.

فیلتر در سدهای خاکی

شکل 1 . فیلتر در سدهای خاکی

پیشنهاد مطالعه : کاربرد پتوی رسی در سد خاکی برای کاهش نشت

انواع فیلتر در سدهای خاکی

فیلتر در سدهای خاکی به دو دسته کلی تقسیم می شود :

1 . فیلتر با مصالح دانه ای، شن و ماسه دانه بندی شده بر طبق معیارهای طراحی فیلتر

2 . فیلتر با الیاف یا بافته هایی از جنس پلیمر مصنوعی

برای انتخاب مصالح فیلتر دو معیار کلی وجود دارد که لازم است برای هر فیلتر تامین گردد :

1 . اندازه حفرات مصالح فیلتر باید به قدر کافی ریز باشد تا از شسته شدن خاک مورد حفاظت به داخل آن جلوگیری شود.

2 . مصالح فیلتر باید آنقدر نفوذ پذیر باشند، تا از به وجود آمدن نیروهای نشت زیاد و فشار هیدرواستاتیک در مصالح جلوگیری شود.

ژئوتکستایل

ژئوتکستایل از انواع ژئوسنتتیک ها می باشد. در تعریف کلی، ژئوسنتتیک ها منسوجات و یا پوشش های ساخته شده از الیاف نفتی هستند که خاصیت اصلی آنها فساد ناپذیری در مقابل عوامل مخرب درون خاک است لذا از این نظر کاربردهای فراوانی در مهندسی خاک و بهبود کیفیت خواص گوناگون خاک دارند. ژئوسنتتیک ها انواع گوناگونی نظیر ژئوتکستایل، ژئوممبران، ژئوگرید، ژئومت و … دارد که هر یک بر حسب خاصیت کاربردهای مختلفی دارند. از این میان ژئوتکستایل ها بر مبنای خصوصیاتی که در مهندسی ژئوتکنیک دارند، از دامنه کاربرد وسیعی برخوردار می باشند. ژئوتکستایل ها پوشش های عموما نفوذ پذیری می باشند که از الیاف مصنوعی بدست آمده اند و این الیاف از مشتقات نفت خام نظیر پلی استر، پلی اتیلن، پلی پروپیلن و بعضی از مواقع از فایبر گلاس ساخته می شوند. گفتنی است که ساخت این منسوجات از مواد طبیعی به دلیل فساد پذیر بودن آنها امکان پذیر نیست. ژئوتکستایل ها می توانند به صورت بافته شده و یا بافته نشده باشند، ژئوتکستایل های بافته شده می توانند همانند پارچه از بافته شدن دو سری نخ موازی عمود بر هم و یا همانند کاموابافی از درهم رفتن حلقه های نخ ساخته شوند. در ژئوتکستایل های بافته نشده الیاف به صورت اتفاقی در کنار یکدیگر قرار گرفته و به کمک مواد شیمیایی، حرارت و یا به صورت مکانیکی با یکدیگر یکپارچه می شوند.

انواع ژئوتکستایل

همانطور که اشاره گردید، ژئوتکستایل بر دو نوع بافته شده و بافته نشده می باشد. ویژگی آن ها در مقابل خاک، خاصیت جدا کنندگی و فیلتریزاسیون می باشد. همچنین در حفاظت از وقوع فرسایش و دربرابر جریان های متلاطم کاربرد های فراوانی دارند.

کاربرد ژئوتکستایل در مهندسی

زهکشی : آب زیرزمینی در روی ژئوتکستایل به خوبی جریان پیدا کرده و می تواند به سمت نقاط خروجی هدایت شود.

فیلتریزاسیون : در صورتی که لایه ژئوتکستایل نفوذپذیر بین دولایه خاک دانه ای درشت و ریز قرار گیرد، زهکشی به راحتی از لایه ریز به لایه درشت انجام شده و از نفوذ دانه های ریز به لایه درشت جلوگیری می شود.

جداسازی : با استفاده از ژئوتکستایل می توان لایه های مختلف خاک را از هم جدا کرد، به عنوان مثال در احداث شاهراه ها، بستر رسی را می توان به کمک ژئوتکستایل از زیر اساس شنی جدا نمود.

تسلیح : مقاومت کششی زیاد ژئوتکستایل باعث افزایش ظرفیت باربری زمین می شود.

کاربری ژئوتکستایل به عنوان فیلتر در سدهای خاکی

به دلیل برتری از نظر اجرا، بهینه بودن از نظر اقتصادی و داشتن خصوصیات مناسب و کاربری آسان این مواد با کاربرد موفقیت آمیزشان در بسیاری از پروژه های زهکشی و ژئوتکنیکی جای فیلترهای دانه بندی شده را گرفته اند، بنا براین، مواد ژئوتکستایل بایستی رفتار و کارکردی مشابه فیلترهای دانه ای داشته باشند.

1 . اجازه عبور آب اضافی و هدایت آن به سمت زهکش ها و ادامه این کار در طول مدت بهره برداری.

2 . نگهداری ذرات خاک در محل خود و جلوگیری از بروز پدیده فرسایش داخلی

3 . ژئوتکستایل نیز مانند فیلترهای دانه بندی شده نیاز به طراحی و درنظر گرفتن یک سری خواص مهندسی دارد و در غیر اینصورت نمی تواند به عنوان یک سیستم کارآ عمل نماید.

4 . از جمله مزایایی که ژئوتکستایل دارد می توان به ساخت و نصب سریع، صرفه اقتصادی، مقاومت شیمیایی، دوام زیاد، عدم وجود جدایش بین دانه ها که در فیلترهای دانه ای در حین ساخت به وجود می آید و کاهش میزان حفاری اشاره کرد.

5 . در مقایسه با مصالح فیلتری نامناسب مثل دانه های با توزیع دانه بندی ناپیوسته یا دانه بندی خارج از محدوده که برای فیلتر نامناسب است و استفاده از آن قطعا اثرات نامناسبی را از نظر پدیده فرسایش داخلی و به وجود آمدن فشار هیدرولیکی ایجاد خواهد کرد، ژئوتکستایل به مراتب بهتر می تواند ایفای نقش کند.

6 . در شرایط ویژه مثل خاک های واگرا، بروز ترک ها و شرایط اشباع ژئوتکستایل بهتر عمل می کند.

7 . ضخامت لایه ژئوتکستایل نسبت به لایه مصالح دانه ای خیلی کوچکتر است و این امر از نظر اقتصادی و اجرایی حائز اهمیت می باشد. در شکل 2 یک نمونه ژئوتکستایل به عنوان فیلتر در سدهای خاکی نشان داده شده است.

ژئوتکستایل به عنوان فیلتر در سدهای خاکی

شکل 2 . ژئوتکستایل به عنوان فیلتر در سدهای خاکی

طراحی فیلتر ژئوتکستایل

اگر اندازه حفرات ژئوتکستایل کوچکتر از اندازه ذرات خاک باشد، خاک اساس به وسیله فیلتر نگهداری می شود و بدین وسیله از فرسایش داخلی جلوگیری می شود. اگر اندازه حفرات ژئوتکستایل به اندازه کافی بزرگ باشد که برابر عبور ذرات خیلی ریز خاک مانعی وجود نداشته باشد، در این صورت ژئوتکستایل، مانع از تجمع فشار هیدرواستاتیک خواهد شد.

منبع :

مقاله ی کاربری ژئوتکستایل به عنوان فیلتر در سدهای خاکی از کاظم کلهری و فیروزه صدری

نویسنده

محدثه شیخ علی
فارغ التحصیل ارشد مهندسی عمران از دانشگاه شیراز هستم. علاقه مندم، موضوعات مورد علاقه ی خود را که سد و سازه های مرتبط با آن است، با شما به اشتراک بگذارم.
  1. سلام وقت بخیر
    ضمن تشکر از مطالب مفید و ارزشمندتون
    من آموزش geo studio را از سایتتون خریداری و مطالعه کردم که بسیار خوب و مفید بود.
    میخواهم در مورد مدل کردن یک سد فرضی با مواد ژئوسنتتیک در seep/w آشنا شوم میتونید یک فایل نرم افزار که خودتون کار کرده اید رو برام ارسال نمایید خیلی خیلی ممنون میشم اگر این لطف رو برام انجام دهید/ باز هم ممنون

همکاری در فروش فایل

همکاری در فروش فایل
مشاوره از طریق واتساپ