نشریه زمین شناسی مهندسی

تخمین مقاومت فشاری تک‌محوری سنگ آهک میکرایتی با استفاده از آزمایش نفوذ

اکبر چشمی

تعیین مقاومت فشاری تکمحوری (UCS) سنگ در بیش تر پروژههای مهندسی ضروری است. در حفاری های عمیق برای دست یابی به منابع هیدروکربوری و یا حفاریهای اکتشافی برای تونلهای عمیق تهیۀ نمونۀ مناسب برای اندازهگیری مستقیم UCS مشکل، هزینهبر و گاهی غیرممکن است. بنا بر این استفاده از روشهای غیرمستقیم (نظیر استفاده از خردههای حفاری) برای تخمین UCS متداول شده است. استفاده از نفوذ کننده ای سخت که به داخل خرده سنگ تثبیت شده در یک چسب نگه دارنده نفوذ می کند و به عنوان آزمایش نفوذ¹ شناخته میشود، یکی از این روشها است. در این مقاله تعداد 8 نمونه سنگ آهک میکرایتی تهیه و پس از تعیین UCS آن ها در آزمایشگاه، نمونهها خرد و آزمایش نفوذ با نفوذ کنندههایی به قطرهای 6/0، 8/0 و 1 میلی متر روی 720 خرده ذره با اندازههای 2، 3 و 4 میلی متر انجام شده و نیروی انتقال بحرانی (CTF) که معرف مقاومت نهایی خرده ذره در مقابل ورود نفوذکننده به داخل آن است، تعیین شده است. روابط تجربی بین UCS و CTF برای نمونهها و نفوذکننده های با قطرهای مختلف با R² &ge 0.78 پیشنهاد شده است. با استفاده از رگرسیون چند متغیره، رابطهای کلی بین UCS، CTF، اندازۀ ذرات (D) و قطر نفوذکننده (I) با R = 0.85 ارائه شده است. صحت روابط تجربی پیشنهادی با انجام 135 آزمایش نفوذ روی 3 نمونه سنگ آهک میکرایتی و مقایسه UCS اندازهگیری شده در آزمایشگاه با UCS تخمین زده شده ارزیابی شده که شباهت 88% آن ها نشان دهندۀ رواداری روابط تجربی پیشنهادی در تحقیق حاضر است.

برآورد نشست سطحی در تونل بزرگراهی نیایش با استفاده از روش‌های تجربی، عددی و نشست‌های واقعی

غلامرضا خانلری

یکی از بهترین روشها برای بهبود مسئلۀ حمل و نقل، استفاده از تونلهای زیرزمینی است. در همین راستا، تونل بزرگراه نیایش شامل دو تونل شمالی و جنوبی تقریباً موازی است که به روش تونلسازی جدید اتریشی ¹NATM در شمال تهران احداث شده است. حفر تونل و دیگر سازههای زیرزمینی منجر به بروز تغییرات چشم گیر در وضعیت تنش در اطراف سازه میگردد که این مسئله سبب نشست در سطح زمین می شود. در این پژوهش، میزان نشست سطحی زمین با استفاده از انواع روشهای تجربی، عددی و هم چنین مقادیر نشست واقعی در پنج مقطع (CS-1 تا CS-5)، بررسی شدهاند. روش تجربی به کار رفته، روش اوریلی و نیو (1982) و روش عددی نیز روش المان محدود با استفاده از نرم افزار PLAXIS_2D است. بر اساس نتایج به دست آمده، روش عددی در تمامی مقاطع (به استثناء مقطع 3) همخوانی بیش تری با دادههای نشست واقعی حاصل از اندازهگیریهای برجا دارد. در حالی که روش تجربی در مقاطع 2، 4 و 5 میزان نشست را بیش تر از نشست واقعی نشان میدهد. هم چنین نتایج حاصل از روشهای یاد شده نشان میدهند که حداکثر نشست، بیش تر از مقدار نشست مجاز و در محدودۀ اخطار است.

بررسی تأثیر آب گیری مخزن در انتخاب ضریب شبه‌استاتیکی سدهای خاکی

محمد داودی

تحلیل شبه استاتیکی، از روش های متداول در طراحی سدهای خاکی است و کمیسیون بینالمللی سدهای بزرگ (ICOLD)، استفاده از این روش را پیش از انجام تحلیلهای دینامیکی نهایی توصیه کرده است. در این تحقیق، با استفاده از مشخصات مصالح سد مسجد سلیمان تحلیلهای استاتیکی، شبه استاتیکی و دینامیکی انجام شده و با استفاده از نتایج تحلیل های دینامیکی ضریب اطمینان دینامیکی و شبه استاتیکی بحرانیترین گوه مستعد لغزش محاسبه شده است. تغییر مکان ماندگار بحرانیترین گوه لغزشی محاسبه شده و سپس ضرایب اطمینان محاسبه شده در مراحل قبل با یک دیگر مقایسه شد و برای ترازهای مختلف آب مخزن، ضریب شتاب افقی متغیر در ارتفاع سد با استفاده از روشی پیشنهادی بررسی شد

بررسی تغییرات آب های زیرزمینی تحت تأثیر تغییر میدان های الکترومغناطیس زمین با رویکرد پیش بینی وقوع زلزله

مریم رضائی

تحقیقات متعدد نشان میدهند، آب زیرزمینی موجود در لایههای زمین هنگام زمین لرزه و پیش از آن دچار تحولات فیزیکی و شیمیایی می شود که دستگاههای اندازهگیری آن ها را ثبت می کند و با عنوان پیش نشانگرهای زمین آب شناختی از آن یاد می شود. هم چنین طبق بررسی های انجام شده، امواج میدان الکترومغناطیس زمین هنگام زمین لرزه و حتی در بازۀ زمانی پیش از آن دچار نوساناتی می شود که به آن ناهنجاری های مغناطیسی گفته می شود. این دسته از ناهنجاری ها در حوزۀ دانشی زلزله به عنوان پیش نشانگر زمین مغناطیس شناخته می شوند. بنا بر این هدف از انجام این بررسی امکان سنجی ایجاد ارتباط بین دو دسته از پیش نشانگرهای زلزله (پیش نشانگرهای زمینآب شناختی و زمین مغناطیس) است. در این تحقیق، مجموعه ای از آزمایش ها به منظور بررسی اثر میدان های مغناطیسی در مشخصات فیزیکی و شیمیایی آب شامل، هدایت الکتریکی¹، کل مواد جامد محلول در آب² و ارتفاع سطح آب³، در راستای استفاده در پیش بینی کوتاه مدت و میان مدت زلزله طراحی و اجرا شد. تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش با استفاده از آزمون های آماری نشان می دهد که با ضریب اعتماد 95 درصد، ارتباط معنی دار بخشی⁴ میان میدان های مغناطیسی (پیش نشانگر زمین مغناطیس) و مشخصات فیزیکی و شیمیایی آب (پیش نشانگر آب شناختی) وجود دارد

پیش‌بینی مقاومت بتن حاوی سنگ‌دانه‌های مختلف از طریق مدل‌سازی در شبکه‌های عصبی مصنوعی

جواد شریفی

در این تحقیق از طریق مدل سازی در شبکه های عصبی مصنوعی، پیش بینی مقاومت بتن حاوی سنگ دانه های مختلف با استفاده از آزمون های غیرمخرب (آلتراسونیک) انجام شد. بدین منظور ابتدا مصالحی با ویژگی های متفاوت گردآوری و خواص آن ها در آزمایشگاه به روش های مخرب و غیرمخرب تعیین شده است. نکتۀ مهم این تحقیق، استفاده از سنگ دانه های مختلف با خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی متفاوت و هم چنین استفاده از دو آزمون غیرمخرب استاتیکی و دینامیکی است که به ترتیب مقاومت تک محوری و سرعت موج فشاری است. بنابراین مدل سازی شامل نمونه های مختلفی است و فضای پیش بینی نیز در برگیرنده روش های ایستا و پویا است. نتایج این تحقیق نشان داد که استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی نه تنها سبب افزایش دقت می شود بلکه باعث کاهش حجم محاسبات و هم چنین تأثیر زیادی در کاهش زمان محاسبه خواهد شد.

پهنه‌بندی خطر زمین لغزش در دامنۀ شمالی مخزن سد لتیان با استفاده از روش‌های تحلیل سلسله مراتبی، تراکم سطح، شاخص هم‌پوشانی و ارزش اطلاعاتی

هادی عطاپور

در پژوهش حاضر پهنه بندی خطر زمین لغزش در حوضۀ سد لتیان با استفاده از چهار روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP)، تراکم سطح، شاخص هم پوشانی و ارزش اطلاعاتی انجام شده است. براساس مطالعات، نه پارامتر لیتولوژی، فاصله از آبراهه، فاصله از گسل، فاصله از جاده، شیب و جهت شیب، ارتفاع، زاویۀ اصطکاک مواد تشکیل دهنده و کاربری اراضی به عنوان مهم ترین پارامترهای احتمالی مؤثر در وقوع زمین لغزش های منطقه، تشخیص داده شدند. با انطباق لایه های اطلاعاتی این عوامل بر نقشۀ زمین لغزش های قدیمی منطقۀ بررسی شده در محیط GIS، اثر هر یک از این عوامل در رخداد زمین لغزش ها ارزیابی شد و در نهایت نقشه های پهنه بندی خطر زمین لغزش با استفاده از هفت پارامتر مؤثر، تهیه شدند. این نقشه ها نشان می دهند که نواحی با پتانسیل خطر بسیار زیاد برای زمین لغزش، عمدتاً در سه ناحیۀ شرق، مرکز و غرب مرز پایینی محدودۀ بررسی واقع شده اند. نکتۀ قابل توجه آن است که از این سه ناحیه، دو ناحیۀ مرکزی و غربی در مرز مخزن سد لتیان قرار دارند. عمل کرد چهار روش پهنه بندی، با استفاده از شاخص های موجود ارزیـــابی شدند. نتایج نشان می دهد که به ترتیب روش های تراکم سطح و شاخص هم پوشانی کارایی نسبی بهتری در پهنه بندی خطر زمین لغزش در منطقۀ بررسی شده دارند.

ارزیابی تأثیر پارامترهای عملکردی بر سایش ابزارآلات حفاری مکانیزه با استفاده از نمونه‌های سیلیسی

حسین میرمحرابی

یاز چالشهای حفاری مکانیزه، سایش زیاد و پیشبینی نشده ابزار برش در برخی پروژه های احداث تونل است. این مسئله علاوه بر افزایش هزینه، زمان حفاری را هم از طریق نیاز بیش تر به تعمیر و نگه داری اجزای ماشین، افزایش میدهد. به منظور دست یابی به دید مناسبی از رابطۀ بین پارامترهای اپراتوری ماشین حفار با پدیدۀ مورد نظر، دستگاه آزمایشگاهی جدیدی در آزمایشگاه زمینشناسی مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد طراحی و ساخته شده است. در این مقاله نتیجۀ حاصل از آزمایش نمونه های سیلیسی به عنوان نمونههای با سختی زیاد و فراوان در طبیعت با دستگاه مذکور ارائه شده است. برای این منظور 36 آزمایش با مقادیر متغیر سربار و سرعت چرخش در زمانهای متفاوت روی ماسۀ درشت سیلیسی انجام شد. نتایج حاصل نشان میدهد که بین استهلاک سایشی ابزار برشی و زمان، فشار سربار و سرعت چرخش، رابطۀ مستقیم وجود دارد بهگونهایکه این رابطۀ مستقیم، در مورد تأثیر سربار و سرعت چرخش خطی، و در مورد تأثیر زمان لگاریتمی است.

تأثیر مشخصات خاک و زاویۀ عبوری از گسل بر پاسخ لوله‌های مدفون

غلامرضا نوری

در این مقاله پارامترهای مؤثر بر رفتار لوله های مدفون از جمله طول مهاری، زاویۀ اصطکاک داخلی خاک، زاویۀ عبوری لوله و میزان جابه جایی گسل نرمال بررسی شده است. برای مدل سازی لوله و خاک اطراف آن، از مدل تیر- فنر غیرخطی و برای مدل سازی خاک نیز از شبیه سازی آن با فنرهای غیرخطی در سه جهت محوری، جانبی و عمودی استفاده شده است. پس از تعیین طول مهاری مناسب، تأثیر نوع خاک برحسب تغییر زاویۀ اصطکاک بررسی شد که نتایج نشان داد با افزایش زاویۀ اصطکاک داخلی خاک، میزان کرنش بیشینه و مقادیر نیرو و لنگر افزایش می یابند. مقایسۀ لنگر خمشی برای زوایای اصطکاک 20 و 40 درجه بیان گر افزایش حدود 30 درصدی است. هم چنین نتایج نشان داد با افزایش زاویۀ عبوری تا حدود 55 درجه، مقادیر کرنش های بیشینه روند نزولی داشته و پس از آن کرنش بیشینه با افزایش زاویۀ افقی افزایش می یابد که این میزان برای زاویۀ افقی 85 درجه 2 برابر زاویه 55 درجه است. با توجه به نتایج می توان اشاره کرد که با تغییر زاویۀ عبوری لوله از گسل و انتخاب زاویۀ مناسب عبوری می توان از به وجود آمدن کرنش های اضافی در لوله های مدفون، جلوگیری کرد. از این رو، با بهینه کردن عوامل تأثیرگذار بر رفتار لوله های مدفون عبوری از گسل می توان از خرابی لوله ها هنگام زمین لرزه جلوگیری به عمل آورد.