بررسی آزمایشگاهی تعدادی از روابط تعیین ضریب آبگذری خاک‎‌‎های ‏اشباع ماسه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

10.22092/wmej.2015.108263

چکیده

هدایت هیدرولیکی اشباع یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مؤلفه‌های ژئوتکنیکی می­باشد. این مؤلفه تحت تأثیر خصوصیات سیال، توزیع منافذ و خصوصیات سطح ذرات خاک قرار دارد که تغییر در این عوامل باعث ایجاد تغییرات گسترده­ای در آبگذری نمونه­های مختلف می­شود. تاکنون روابط تجربی مختلفی جهت تخمین ضریب آبگذری اشباع خاک‌های غیر چسبنده با توجه به نوع مصالح ارائه‌شده است. در این تحقیق هفت روش پر کاربرد شامل روش­های ترزاقی، کوزنی –کارمن، چاپیوس و آبرتین، اصلاحیNavfac ، شهابی و همکاران، بونیمپا و همکاران و چاپیوس مورد آزمون قرار گرفت. برای این منظور چهار نمونه خاک ماسه‌ای (R1 تا R4) با طیف نسبتاً وسیعی از اندازه ذرات تهیه و به صورت المانی با حجم مشخص درون یک جعبه از جنس پلاکسی گلاس متراکم شد و تحت تأثیر ارتفاع هیدرو استاتیک آب در نقاط ارتفاعی 5/0، 1 و 5/1 متر قرار گرفت و جریان عبوری، فشار استاتیک اندازه‌گیری و خطوط پتانسیل و فریاتیک رسم گردید. در ادامه به کمک نتایج حاصل از اجرای مدل، دقت روابط نام‌برده بررسی شد. بطوریکه برای نمونه‌های مذکور به ترتیب ضریب آبگذری اشباع 0051/0، 048/0، 076/0 و 19/0 سانتیمتر بر ثانیه به دست آمد. با توجه به دامنه محدود استفاده از مؤلفه‌های ورودی، روش ارائه‌شده توسط شهابی و همکاران فقط برای نمونه R4 قابل‌استفاده بود، بنابراین این روش از تجزیه‌وتحلیل آماری حذف گردید. با مقایسه نتایج مدل آزمایشگاهی و معادلات پرکاربرد مشخص گردید بین روش‌های مختلف روابط کوزنی–کارمن و چاپیوس و آبرتین با بیشترین ضریب همبستگی و کمترین RE و RMSE دارای بالاترین دقت در تخمین ضریب آبگذری اشباع هستند که علت آن را می‌توان به استفاده از مؤلفه‌های مؤثر در معادله، به کاربردن دامنه گسترده‌ای از داده‌ها و مطالعات آزمایشگاهی دقیق نسبت داد. از طرفی روش بونیمپا و همکاران بیشترین انحراف را از مقادیر مشاهداتی نشان داد که علت آن را می‌توان حساسیت این مدل به مؤلفه نسبت پوکی (e) دانست، نتایج حاصل از انجام آزمایش با نسبت‌های پوکی مختلف نشان داد با افزایش نسبت پوکی درصد خطای روش بونیمپا و همکاران به صورت قابل‌ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

آبگذری هیدرولیکی، خاک ماسه‌ای، معادلات تجربی، مطالعه آزمایشگاهی

چکیده [English]

The saturated hydraulic conductivity is one of the most important and widely used geotechnical parameters. This parameter depends on properties of the fluid, poresize distribution, and characteristics of the solid surfaces. Because the latter two are notnecessarily constant, the hydraulic conductivity may vary significantly. So far several empirical relationships for estimation of the hydraulic permeability with respect to the type of materials have been presented. In this research seven applicable method including Terzaghi, Kozeny-Carman, Chapuis and Aubertin, modified Navfac, Shahabi et al., Mbonimpa et al. and Chapuis were evaluated. Four samples of sandy soils (R1 to R4) with a rather wide range of particle sizes were prepared and were compacted within the Plexiglas box. After providing the head of 0.5,1 and 1.5 meters; flow discharge and static pressure were measured which result phreatic and iso-potential lines extraction. By applying the results of the model, the accuracy of some common methods used in the estimation of saturated hydraulic conductivity of sandy soils was evaluated. For the samples (R1 to R4), the coefficient of permeability was 0.0051, 0.048, 0.076, and 0.19 cm/s respectively. Due to the limited range of input parameters, the method of Shahabi et al. can be used only for the R4 sample; so this method was discarded from statistical analysis. Comparing the results of laboratory test with common methods shows the methods of Kozeny-Carman and Chapuis and Aubertin were more accurate according to the highest R2 and lowest RE and RMSE. These methods were based on effective parameters and the results of accurate laboratory studies. The method of Mbonimpa et al. (2002) indicates the maximum deviation from observed values which may be due to the sensitivity of this model to void ratio (e). Also the results shows by increasing of void ratio the error of Mbonimpa et al. method increases.

The saturated hydraulic conductivity is one of the most important and widely used geotechnical parameters. This parameter depends on properties of the fluid, poresize distribution, and characteristics of the solid surfaces. Because the latter two are notnecessarily constant, the hydraulic conductivity may vary significantly. So far several empirical relationships for estimation of the hydraulic permeability with respect to the type of materials have been presented. In this research seven applicable method including Terzaghi, Kozeny-Carman, Chapuis and Aubertin, modified Navfac, Shahabi et al., Mbonimpa et al. and Chapuis were evaluated. Four samples of sandy soils (R1 to R4) with a rather wide range of particle sizes were prepared and were compacted within the Plexiglas box. After providing the head of 0.5,1 and 1.5 meters; flow discharge and static pressure were measured which result phreatic and iso-potential lines extraction. By applying the results of the model, the accuracy of some common methods used in the estimation of saturated hydraulic conductivity of sandy soils was evaluated. For the samples (R1 to R4), the coefficient of permeability was 0.0051, 0.048, 0.076, and 0.19 cm/s respectively. Due to the limited range of input parameters, the method of Shahabi et al. can be used only for the R4 sample; so this method was discarded from statistical analysis. Comparing the results of laboratory test with common methods shows the methods of Kozeny-Carman and Chapuis and Aubertin were more accurate according to the highest R2 and lowest RE and RMSE. These methods were based on effective parameters and the results of accurate laboratory studies. The method of Mbonimpa et al. (2002) indicates the maximum deviation from observed values which may be due to the sensitivity of this model to void ratio (e). Also the results shows by increasing of void ratio the error of Mbonimpa et al. method increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Saturated hydraulic conductivity
  • Sandy soil
  • Empirical equations
  • Experimental study‎