مدل آزمایشگاهی زهکشی جریان در شرایط تغذیه سطحی در خاک ماسه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دکتری ژئوتکنیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

2 کارشناس ارشد ژئوتکنیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

3 دانشیار، دکتری سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

چکیده

در مطالعه حاضر با استفاده از روش آزمایشگاهی به بررسی شرایط زهکشی جریان ماندگار در حالت تغذیه سطحی پرداخته شد. از دو نمونه خاک ماسه ریز و درشت‌ رودخانه‌ای برای مطالعه‌ی نحوه تغییرات در تراز آب زیرزمینی استفاده شد. نمونه در یک فلوم بزرگ به طول5/4 متر ساخته شد که تحت بارش یکنواخت سطحی قرار داشت و از طرفین به زهکش‌های قائم منتهی می‌گردید. پارامترهای نرخ‌ بارش، دانه‌بندی مصالح و تراز آب درون زهکش‌ها به عنوان متغیر در این مطالعه بررسی شد. نتایج نشان داد که با افزایش ارتفاع آب درون زهکش‌ها تراز آب در درون نمونه ماسه‌ای ریز و درشت‌ افزایش یافت ولی تاثیر این تغییرات بر روی ارتفاع آب در دو نوع ماسه متفاوت بود. بازه تغییرات حداکثر ارتفاع آب در ماسه درشت با افزایش ارتفاع آب درون زهکش‌ها از 0 به 40 سانتی‌متر به ترتیب برابر با 56/9 سانتی‌متر و 72/5 سانتی‌متر است که افزایش 15/6 سانتی‌متری را موجب شده است. این در حالی است که در ماسه ریز این تغییرات بسیار ناچیز است و برابر با87/2 سانتی‌متر در شرایط زهکش آزاد و برابر با89/2 در شرایط ارتفاع آب 40 سانتی‌متری درون زهکش‌ها است. نتایج آزمایشگاهی به‌ دست آمده با رابطه تحلیلی دوپویی-فرشهایمر مقایسه گردید که بر اساس آن، این رابطه در خاک ماسه ریز قادر به پیش‌بینی دقیق تراز آب درون خاک است، اما در ماسه درشت این رابطه قادر به پیش‌بینی دقیق تراز آب درون خاک نمی‌باشد و ارتفاع آب در این خاک را نسبت به مقادیر آزمایشگاهی کمتر برآورد می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Study of water flow drainage in sandy soil due to surface recharge conditions using a laboratory model

نویسندگان [English]

  • Mansour Parvizi 1
  • Masoud Rabeti Moghadam 1
  • Jahanpour Monfared 2
  • Mohammad Sedghi-Asl 3
1 Assistant Professor, PhD in Geotechnical Engineering, Faculty of Engineering, Yasouj University, Yasouj, Iran.
2 M.Sc in Geotechnical Engineering, Faculty of Engineering, Yasouj University, Yasouj, Iran
3 Associate Professor, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran
چکیده [English]

In the present study, laboratory methods were used to investigate the drainage conditions of the steady-state with the surface recharging. In the study, fine and coarse sandy soil samples were used to study changes in groundwater level. The test specimen was poured into a large-scale flume, with 5.4 m long, which led to uniform vertical precipitation and vertical drains on both sides. The parameters of precipitation rate, soil gradation and water level within the drains were investigated as variables in this study. The results showed that the maximum change in water height in coarse sand due to increasing water height in drains from 0 to 40 cm is equal to 56.9 cm and 72.5 cm, respectively, which caused an increase of 15.6 cm. However, in fine sand, these changes are very small (2 cm) and equal to 87.2 cm in free drainage conditions and 89.2 cm in the conditions of 40 cm of water height inside the drains. The obtained laboratory results were compared with the Dupuit-Forchheimer analytical relationship. It was concluded that this relationship is able to accurately predict the level of water in the fine sand, but in coarse sand, the relationship underestimates the water table height in the soil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Experimental investigation
  • Surface recharge
  • Vertical drain
  • Groundwater table
  • Dupuit-Forchheimer equation

مراجع

[1] J. Dupuit, Etudes The´oriRues et PratiRues sur le Mouvement des Eaux dans les Canaux De´couverts et a´ Travers les Terrains Permeables, Dunod, ParisM (1863).
[2] F. Engelund, Mathematical discussion of drainage problems, Trans Dan. Acad. Tech. Sci (1951).
[3] M. Maasland, Water table fluctuation induced by intermittent recharge. Journal of Geophysical Research. 64(5) (1959) 549-559.
[4] D. Khirkham, Explenation of paradoxes in Dupuit-Foorchheimer seepage theory. Water Resource Research. 3(2) (1967) 609-622.
[5] E. G. Youngs, A simple drainage equation for predicting water-table drawdowns. J. agric. Engng Res. 31(4) (1985) 321-328.
[6] K. R. Rushton, Groundwater hydrology, Department. John Wiley & Sons Ltd. 1st ed (2003).
[7] O. Castro-Orgaz, J. V. Giráldez, Steady-state water table height estimations with an improved pseudo-two-dimensional Dupuit-Forchheimer type model. Journal of hydrology 438 (2012) 194-202.
[8] J. H. Knight, Improving the Dupuit-Forchheimer growndwater free surface approximation. Advances in water. Resources, 28(10) (2005) 1048-1056.
[9] K. R. Rushton, E. G. Youngs, Drainage of recharge to symmetrically located downstream boundaries with special reference to seepage faces. J. Hydrol. 380 (2010) 94–103.
[10] A. B. Gureghian, E. G. Youngs, The calculation of steady-state water-table heights in drained soils by means of the finite-element method. Journal of hydrology 27(1-2) (1975) 15-32.
[11] K. R. Rushton, E. G. Youngs, Drainage of recharge to symmetrically located downstream boundaries with special reference to seepage faces. Journal of Hydrology 380(1-2) (2010) 94-103.
[12] J. Bear, Dynamics of fluids in porous media. Courier Corporation, (2013).
[13] S. E. Serrano, Analytical solutions of the nonlinear groundwater flow equation in unconfined aquifers and the effect of heterogeneity. Water Resources Research 31(11) (1995) 2733-2742.
[14] S. A. Al Jabri, E. G. Youngs, Steady-state water tables in drained lands modeled using the HYDRUS package and compared with theoretical analyses. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 141(9) (2015) 04015010.
[15] O. Castro-orgaz, W. H. Hager, Non-hydrostatic free surface flows. 1st ed. Springer Nature (2017).
[16] American Society for Testing and Materials, Annual Book of ASTM Standards, sec. 4, vol. 04(8) (2014), ASTM, West Conshohocken, PA.
[17] M. Sedghi-Asl, H. Rahimi, R. Salehi, Non-Darcy flow of water through a packed column test. Transp. Porous Med., 101 (2014) 215-227.
[18] E. G. Youngs, K. R. Rushton, Dupuit-forchheimer analyses of steady-state water-table heights due to accretion in drained lands overlying undulating sloping impermeable beds." Journal of Irrigation and Drainage Engineering 135(4) (2009) 467-473.
[19] E. G. Youngs, K. R. Rushton, Steady-state ditch-drainage of two-layered soil regions overlying an inverted V-shaped impermeable bed with examples of the drainage of ballast beneath railway tracks. Journal of hydrology 377(3-4) (2009) 367-376.
[20] K. N. Moutsopoulos, I. N. E. Papaspyros, V. A. Tsihrintzis, Experimental investigation of inertial flow processes in porous media. Journal of hydrology 374(3-4) (2009) 242-254.
 
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 53، شماره 10
دی 1400
صفحه 4219-4230

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار