نشریه زمین شناسی مهندسی

مدل‌سازی سه‌بعدی و هندسی ناپیوستگی‌ها و شناسایی بلوک‌های سنگی ایجاد شده در تودۀ سنگ درزه‌دار

اکبر اسمعیل زاده

تودۀ سنگ به عنوان بستر میزبان در ساخت انواع سازه‏های عمرانی و معدنی سطحی و زیرزمینی مطرح است. عوامل متعددی بر نحوۀ رفتار و پایداری چنین سازه‏هایی تأثیر می‏گذارند که از جمله مهم ترین این پارامترها می توان به، رفتارشناسی تودۀ سنگ‏ها، ناپیوستگی‏ها و به تبع آن حضور بلوک‏های سنگی ایجاد شده در اثر برخورد این ناپیوستگی‏ها اشاره کرد. بلوک‏های سنگی که تودۀ سنگ به آن ها افراز شده است، به لحاظ استاتیکی و دینامیکی از مهم ترین اجزای روند تحلیل پایداری و رفتاری سازه‏ها محسوب می‏شوند. در این تحقیق سعی شده به شناسایی بلوک‏های سنگی ایجاد شده در اثر تقاطع ناپیوستگی در سه بعد پرداخته شود. الگوریتم طراحی شده در این پژوهش، بر مبنای جستجوی سلسله مراتبی با شناسایی اجزاء بلوکی از جزء به کل عمل می کند که سرعت عملکرد زیادی دارد. هم چنین در پیاده سازی این الگوریتم از قابلیت روش محاسبه موازی برنامه متلب نیز استفاده شده که به مراتب سرعت محاسبات را با حفظ دقت، افزایش می دهد. اجزاء تشکیل دهنده بلوک‏ها شامل کنج، لبه و چند ضلعی‏های تشکیل دهنده سطوح هستند. بلوک‏های سنگی براساس الگوریتم طراحی شده در محیط نرم افزار متلب شناسایی شده و بعد از محاسبه حجم آن ها و هیستوگرام حجمی آن‏ها ترسیم می‏شود. نمایش زنده روند شناسایی بلوک و هم چنین ثبت و نمایش موقعیت و توزیع فضایی کنج ها و لبه های بلوک ها از ویژگی های کد توسعه داده شده است. نتایج نشان می دهد، غالباً توزیع حاکم بر حجم بلوک های ایجاد شده، نمایی است.

تأثیر سنگ‌دانه‌های سیلیکاته بر تغییر خصوصیات زمین‌شناسی مهندسی سنگ مصنوعی نسبت به سنگ طبیعی

نیلوفر باباآدم

سنگ مصنوعی ترکیبی از سنگ دانه های طبیعی و ماده ای چسباننده مانند رزین های پلیمری و یا سیمان است. از آن جاکه این سنگ ها به طور مهندسی ساخته می شوند بنابراین خصوصیات آن ها از نظر رنگ، استقامت و ابعاد هندسی متناسب با نیاز بازار مصرف تعیین می شود. مصالح استفاده شده در تهیۀ سنگ های مصنوعی باطله های معادن و دورریز کارگاه های سنگ بری است درنتیجه ارزش افزوده آن ها از نظر اقتصادی چشم گیر است. در این مقاله تأثیر نوع سنگ دانه های سیلیکاته بر تغییر خصوصیات زمین شناسی مهندسی سنگ های مصنوعی نسبت به سنگ طبیعی بررسی شده است. در این راستا سه نوع سنگ آذرین شامل توف، گرانیت و آندزیت انتخاب شدند و سنگدانه های مورد نیاز برای تهیۀ سنگ مصنوعی از آن ها تهیه شد. مادۀ چسباننده استفاده شده رزین پلیمری است و از آن به میزان 15% وزنی در تهیۀ سنگ مصنوعی به کار گرفته شد. نمونه ها در قالب فولادی ریخته شده و به مدت 24 ساعت تحت فشاری معادل 12 مگاپاسکال قرار گرفتند. مغزه هایی از نمونه ها برای انجام آزمایش های مختلف از جمله مقاومت فشاری تک محوری تهیه شدند. نتایج بررسی ها از وجود تفاوت هایی در خصوصیات زمین شناسی مهندسی و فیزیکی سنگ های تهیه شده از سنگ دانه های مختلف نسبت به خصوصیات سنگ اولیه نشان می دهند. بدین ترتیب که سنگ های مصنوعی تولید شده از سنگدانه های گرانیتی دارای 86% کاهش جذب آب و 24% افزایش مقاومت را نسبت به نمونه های گرانیت طبیعی نشان دادند. درمقابل دو سنگ مصنوعی دیگر تولید شده از سنگ دانه های توف و آندزیت دارای کاهش شاخص های مقاومتی 56% و 59% ، افزایش 137% و 527% جذب آب سنگ های اولیه بوده اند.

تاثیر پودر لاستیک بر رفتار دینامیکی و مقاومت روانگرایی ماسه های اشباع

هادی بهادری

عامل اصلی خسارت های وارده بر اثر زلزله به سازه هایی که روی خاک های ماسه ای اشباع واقع شده اند، پدیدۀ روان گرایی است. مسلح سازی خاک تکنیکی مؤثر در افزایش مقاومت و پایداری سازه ها است. در این مقاله تأثیر افزودن پودر لاستیک به خاک ماسه ای اشباع بررسی می شود. برای این منظور یک سری تست های مدل میز لرزه 1-g ماسه مخلوط با درصد های مختلف پودر لاستیک انجام شد. استفاده از پودر لاستیک در مسلح سازی خاک ها کاربرد گسترده ای دارد. ماسه فیروزکوه شمارۀ 161 و پودر لاستیک برای مخلوط قسمت مسلح و ماسه خالی برای قسمت غیرمسلح استفاده شده است. این تحقیق با چهار نسبت اختلاط (%20 و %15 ،%10 ،%5 TC=) انجام شد. نتایج نشان می دهد که دامنه شتاب پایه از عمق به سطح خاک افزایش می یابد. فشار آب حفره ای یکی از پارامترهای اساسی در تحلیل رفتار لرزه ای ماسه اشباع است. روان گرایی سبب کاهش مقاومت و سختی خاک در اثر افزایش فشار آب حفره ای می شود. افزایش درصد پودر لاستیک سبب کاهش چشم گیر اضافه فشار آب حفره ای می شود. نتایج حاکی از آن است که با افزایش درصد پودر لاستیک، نسبت میرایی میانگین افزایش می یابد و هم چنین با افزایش درصد پودر لاستیک بیشینه مدول برشی خاک افزایش می یابد. مسلح سازی با پودر لاستیک تغییر شکل های ناشی از روان گرایی را کاهش می دهد.

مدل‌سازی آزمایشگاهی و عددی شکست هیدرولیکی در ماسه سنگ‌های لوشان

مهدی حسینی

در صنعت نفت به منظور افزایش شاخص تولید و بازیافت از چاه هایی که به علت برداشت طولانی مدت، بازدۀ آن کاهش یافته است یا سنگ های اطراف چاه میزان نفوذپذیری کمی دارند از شکست هیدرولیکی استفاده می شود. از آن جاکه عملیات شکست هیدرولیکی، عملیاتی پر هزینه است، به دست آوردن فشار لازم برای شکست هیدرولیکی و تعیین پمپ مناسب برای این عملیات، برای مجریان پروژه، اهمیت به سزایی دارد. در این تحقیق به مدل سازی آزمایشگاهی و عددی شکست هیدرولیکی در ماسه سنگ های لوشان پرداخته شد. هدف از این مدل سازی ها بررسی نحوۀ شکست هیدرولیکی، وضعیت تنش های اصلی در هنگام آغاز شکست و فشار لازم برای آغاز شکست در این سنگ ها است. در این تحقیق، مدل های عددی ساخته شده بدون ترک و شکستگی پیش فرض است و مسیر و نحوۀ رشد ترک بدون هیچ پیش داوری و تعیین قبلی بررسی شد. فشار شکست های به دست آمده از مدل سازی عددی با آن چه از آزمایشگاه به دست آمده است اختلاف کمی دارد. در اغلب موارد ترک از قسمت مرکزی نمونه آغاز شده و به سمت دو سر نمونه گسترش می یابد و راستای گسترش ترک در راستای محور گمانه و عمود بر تنش جانبی است. مجریان طرح شکست هیدرولیکی می توانند با روش ارائه شده در این تحقیق و مدل سازی آزمایشگاهی و عددی شکست هیدرولیکی، فشار شکست هیدرولیکی در شرایط مختلف را به دست آورده و پمپ مناسب برای عملیات را انتخاب کنند. با توجه به این که نتایج به دست آمده از مدل سازی های عددی مطابقت خوبی با نتایج مدل سازی های آزمایشگاهی دارد، محدودیت ظرفیت پمپ موجود در آزمایشگاه را می توان با مدل سازی عددی جبران کرد.

شناسایی مناطق مستعد دفن پسماندهای ویژه استان چهارمحال و بختیاری با استفاده ازسیستم اطلاعات جغرافیایی و فرآیند تحلیل سلسله مراتبی

غلامرضا لشکری پور

مدیریت پسماندهای ویژه اهمیت فوق العاده ای دارد و همواره از دغدغه های زیست محیطی کشورهای پیشرفته و در حال توسعه محسوب می شود. تعیین محل دفن پسماند های ویژه به عنوان یکی از مراحل مدیریت پسماند محسوب می شود که حساسیت زیادی دارد. پژوهش حاضر با هدف شناسایی پهنه های مستعد جهت دفن پسماندهای ویژه استان چهارمحال و بختیاری با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و مدل تحلیل سلسله مراتبی (AHP) و به منظور ارائه راهکارهای بهینه در مکان یابی اجرا شده است. در این تحقیق ابتدا معیارها و محدودیت های زیست محیطی، اقتصادی، اجتماعی و فیزیکی تعیین شد سپس لایه های اطلاعاتی این معیارها در محیط (GIS) آماده شد. یک سری از این لایه ها به عنوان معیارهای رده بندی و بعضی از آن ها نیز با تعیین حریم مناسب به عنوان معیار حذفی در نظر گرفته شد. معیارهای رده بندی برای مقایسۀ زوجی با استفاده از فرایند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) آماده شدند و اهمیت معیارها نسبت به هم در نرم افزار Expert choice اعمال شد. با انجام مقایسۀ زوجی وزن نسبی معیارها و زیر معیارها تعیین شد پس ازمحاسبه وزن نهایی و وزن نرمال شده، نقشه معیارها (لایه های اطلاعاتی) براساس وزن نرمال شده در محیط GIS کلاسه بندی شد.سرانجام با تلفیق نقشه ها و اعمال نقشه معیارهای حذفی نقشۀ نهایی استخراج شد نقشه استعداد داری منطقه برای دفن پسماند ویژه تهیه شد که در آن با توجه به امتیاز نهایی لایه ها، منطقه به چهار کلاس مناسب، نسبتاً مناسب، نسبتاً نامناسب و نامناسب طبقه بندی شده است.

بررسی موردی عملکرد ستون‌های جت‌گروتینک در بهسازی بستر پی گسترده

محسن صابرماهانی

جت‏گروتینگ یکی از روش‏های بهسازی بستر و پایدارسازی شیب‏ها است که به کمک آن می‏توان ظرفیت باربری قائم یا جانبی زمین موردنظر را از طریق تزریق دوغاب سیمان تحت فشار افزایش داد. در این تحقیق، بهسازی خاک با المان‏های جت‏گروت در یکی از شهرهای ساحلی شمال ایران بررسی می شود. نتایج تزریق دوغاب سیمان به روش تک سیالی به همراه شرایط ژئوتکنیکی خاک محل ارائه می شود. قطر ستون‏های جت‏گروت، مقاومت تک محوری مغزه‏های گرفته شده و درصد بازیابی مغزه‏ها به عنوان مهم ترین پارامترهای ارزیابی عملکرد بهسازی در معیارهای موجود، استفاده شده و بر اساس نتایج آن، طرح اولیه اصلاح و اجرا شده است. هم چنین مشاهده شد که در صورت تأمین فشار تزریق 450 بار در ماسه سیلتی اشباع و غیراشباع با اعداد SPT متوسط به ترتیب 13 و 20، با سرعت بالا آمدن راد 5/0 سانتی متر برثانیه و چگالی دوغاب gr/cm³ 1600، به ترتیب ستون‏هایی با قطر cm 80 و cm 100 به دست می‏آید که مغزه‏های استخراجی از ستون‏های اجراشده در ماسه سیلتی اشباع دارای مقاومت تک‏محوری kg/cm² 40 است. با توجه به زمان اجرای کوتاه نسبت به حجم عملیات بهسازی، روش جت‏گروتینگ روشی مناسب و اقتصادی در زمین‏های ماسه‏ای اشباع و غیراشباع برای تأمین ظرفیت باربری موردنیاز است و معیار نرخ بهسازی در ارزیابی مقاومت تک محوری مغزه‏های استخراجی از خاک بهسازی شده و تصحیح ظرفیت باربری ستون‏های جت‏گروت کارایی مناسبی از خود نشان داده است.

بررسی تأثیر بافت سنگ در خصوصیات مهندسی سنگ‌های کربناته

رسول اجل لوئیان

امروزه بافت سنگ به وسیلۀ بررسی مقاطع نازک میکروسکوپی و سیستم های اندازه گیری تصویر، کمی سازی می شود. یکی از اهداف اصلی کمی سازی بافت سنگ، بررسی ارتباط ویژگی های بافتی و فابریک سنگ با خصوصیات مهندسی آن است. روش ضریب بافت[1] یکی از روش های کمی سازی بافت سنگ است. در این روش با استفاده از توصیف پارامترهای شکل دانه ها، دایره ای بودن، کشیدگی، جهت گیری و چگالی فشردگی دانه ها، بافت سنگ کمی سازی می شود. در این تحقیق از این روش برای ارزیابی خصوصیات مهندسی سنگ های کربناته که قسمت های وسیعی از کشور را در برگرفته، استفاده شده است. بدین منظور تعداد 28 نمونه سنگ کربناته از سازندهای مختلف ایران گردآوری و علاوه بر تعیین ضریب بافت بر روی مقاطع نازک از هر نمونه، آزمایش های تعیین چگالی، تخلخل، جذب آب، مقاومت تراکمی تک محوره، شاخص بار نقطه ای، دوام و سایش لس آنجلس انجام شده است. برای بررسی ارتباط بین ضریب بافت با نتایج هر یک از آزمایش ها، از تحلیل های رگرسیون خطی و غیرخطی استفاده و بهترین رابطه دارای بیش ترین ضریب هم بستگی (R²) انتخاب شده است. طبق تحلیل های آماری انجام گرفته ضریب بافت با چگالی (r=0.862)، شاخص بار نقطه ای (r=0.635)، مقاومت تراکمی تک محوره (r=0.942) و شاخص دوام (r=0.701) رابطۀ مستقیم و با درصد جذب آب (r=0.845)، تخلخل (r=0.715) و درصد سایش لس آنجلس (r=0.697) رابطۀ معکوس دارد. به طور کلی، با افزایش ضریب بافت، خصوصیات مهندسی سنگ های کربناته بهبود می یابد. با بررسی نتایج پژوهش های قبلی و هم چنین بررسی ضرایب هم بستگی در نمونه های متعلق به یک سازند، درمی یابیم که اگرچه ارتباط کلی بین ضریب بافت و خصوصیات مهندسی سنگ ها وجود دارد، ولی این ارتباط در سنگ های متعلق به یک سازند و یا یک منطقه بیش تر و محکم تر است.

[1]. Texture coefficient

ارزیابی تأثیر رطوبت بر پارامتر‌های مقاومت برشی فصل مشترک خاک رسی تثبیت شده با آهک-ژئوگرید با ابعاد چشمه‌های متفاوت

نازنین محبوبی مطلق

از روش های به سازی خاک می توان به تثبیت با مواد افزودنی و تسلیح با المان هایی با مقاومت کششی زیاد اشاره کرد. از مهم ترین موادی که برای تثبیت خاک های ریزدانه به کار می رود، آهک است. اضافه کردن آهک به خاک رس سبب انجام واکنش هایی می شود که منجر به بهبود خواص اولیه خاک می شوند. امـروزه اسـتفاده از ژئوگرید ها برای بهبود ویژگی های مهندسی انواع مختلف خاک ها به خوبی پذیرفته شده است. اکثر پژوهش ها در گذشته محدود به خاک های درشت دانه بوده است و تحقیقـات و بررسی های انـدکی در خصـوص امکـان پـذیری استفاده از این مسلح کننده در خاک های چسبنده انجام شده است. با توجه به اثرات مثبت تثبیت خاک های ریزدانه با آهک و هم چنین تسلیح این خاک ها به وسیلۀ ژئوگرید، بررسی اثرات توأم این روش ها احتمالاً بتواند کاربرد های مهندسی خاک های ریزدانه را گسترده تر نماید. از آن جاکه تغییرات فصلی، درصد رطوبت خاک ها را تغییر می دهد و این تغییرات در مقاومت برشی فصل مشترک خاک-ژئوگرید تأثیرگذار است، از این رو، آزمایش برش مستقیم بر نمونه های تثبیت شده با درصد های مختلف آهک و مسلح شده با 2 نوع ژئوگرید در دو حالت درصد رطوبت بهینه و درصد رطوبتی بیش تر از آن انجام شد تا تأثیر رطوبت بر پارامترهای مقاومتی فصل مشترک (چسبندگی و زاویۀ اصطکاک) تعیین شود. نتایج آزمایش ها نشان داد که افزایش رطوبت منجر به کاهش تنش های مؤثر، مقاومت برشی نمونه های تثبیت و تسلیح شده و بازده مسلح سازی می شود. قفل و بست بین دانه های خاک و المان تسلیح در نمونه های مسلح شده با ژئوگرید با چشمه های کوچک تر بهتر است و اندرکنش قوی تری را ایجاد می کند.