نشریه زمین شناسی مهندسی

---

خاکهای شور ازجمله خاکهای مسئله دار میباشند که مشکلات فراوانی را در پروژه های عمرانی به وجود می آورند. نشست و تورم از جمله موضوع های بحرانی در خاکهای رسی شور می باشند. در این تحقیق رفتار تغییر حجمی- تحکیمی این نوع خاکها، همچنین تأثیر تثبیت و تسلیح بر آن مورد بررسی قرار گرفته است. محل مورد مطالعه در این تحقیق بزرگراه امیرکبیر واقع بین شهرهای قم و کاشان می باشد. پس از اخذ نمونه و آزمایش های مقدماتی نظیر دانه بندی، حدود اتربرگ و تراکم، ابتدا خاک محل تحت آزمایش های پتانسیل تورم و تحکیم قرار گرفت و پارامترهای تغییر حجمی خاک در حالت دست خورده و دست نخورده به دست آمد و مشخص گردید که نمونه دست خورده ی خاک مذکور دارای پتانسیل تورمی قابل ملاحظه ای میباشد، سپس نمونه های تثبیت شده خاک با درصدها و زمان های عمل آوری مختلف آهک و پلیمر رزین ـ اپوکسی، همچنین نمونه های تسلیح شده با درصدهای متفاوت الیاف پلیمری تحت آزمایش های پتانسیل تورم و تحکیم قرار گرفته و نتایج به دست آمده در دو حالت نمونه تثبیت نشده و نمونه تثبیت شده مورد مقایسه قرار گرفتند. با توجه به نتایج آزمایش های تحکیم و پتانسیل تورم، مشاهده می گردد که دستخوردگی به شدت بر روی رفتار تغییر حجمی خاک تاثیر می گذارد. نتایج بدست آمده از آزمایش پتانسیل تورم حاکی از کاهش پتانسیل تورم در نمونه های تثبیت شده نسبت به نمونه های تثبیت نشده می باشد.

---

به‌منظور برآورد اثرات ساختگاهی در شهر کرج از تحلیل طیفی  روی داده‌های میکروترمور در 37 نقطه شهر در راستای پروفیل شمالی- جنوب غربی استفاده گردید که فرکانس غالب آن در محدوده‌ی4/0 تا 2 هرتز بود. نتایج نسبت طیفی  تحت اثر شرایط محلی ساختار زمین‌شناسی منطقه است بر مبنای این فرض می‌توان منحنی تئوری را با شناخت از ساختار زمین‌شناسی منطقه تولید کرد. بنابراین مدل‌سازی یک‌بعدی با استفاده از نرم‌افزار Deepsoil به روش خطی در سطوح کرنش پایین با توجه به داده های زمین شناسی، درون چاهی و آرایه ای انجام شد و نتایج حاصل با مدل تجربی قیاس شدند. نتیجه مدل‌سازی یک‌بعدی نمایانگر وجود کنتراست مؤثر در عمق 200 تا 300 متر است. همچنین با در نظر گرفتن سازند کرج به‌عنوان پی‌سنگ در دو کیلومتری زمین در مدل‌سازی عددی شاهد ایجاد توابع بزرگنمایی در محدوده بسامدهای کمتر از یک هرتز هستیم که ناشی از کنتراست عمیق در اثر تفاوت جنس سنگ‌بستر است که با قله‌های مدل تجربی مطابقت دارد.

---

در سنگ‌ها ترک‌های ریزی وجود دارد، هنگامی که سنگ تحت تأثیر تنش قرار می‌گیرد تنش در نوک این ترک‌ها متمرکز شده و باعث می‌شود که سنگ قبل از رسیدن به مقاومت نهایی خود بشکند. پارامتری که میزان بحرانی ضریب شدت تنش بر نوک ترک سنگ را نشان می‌دهد چقرمگی شکست است.
از آن‌جا که تعیین چقرمگی شکست مودI  به‌وسیلۀ انجام آزمایش، وقت‌گیر و پرهزینه است بنابراین، روشی ساده برای تعیین چقرمگی شکست سنگ  مفید است. در این پژوهش آزمون برزیلی و آزمون خمش سه  نقطه روی  نمونه‌های نیم دایره‌ای سنگ انجام شده است. پژوهش حاضر با هدف ارائۀ یک رابطۀ تجربی برای تخمین چقرمگی شکست مود I سنگ است .نتایج نشان می‌دهد که چقرمگی  شکست مود  Iسنگ‌ها را می‌توان با سطح بالایی از دقت و با استفاده از رابطۀ ارائه شده که دارای ضریب تعیین ۷۹۷۷/۰ است  برآورد کرد.
 

---

در مقاله حاضر نتایج پژوهش‌ای آزمایشگاهی در خصوص مقدار نفوذپذیری دوغاب بنتونیت در داخل ماسه تمیز ارائه شده است. وجود خاک رس بنتوینت در بافت خاک به‌واسطۀ تزریق آن در ماسه، منجر به تغییر در خصوصیات مکانیکی و هیدرولیکی ماسه می­شود. در این تحقیق با استفاده از دستگاه تزریق و با تغییر فشار نفوذ، دوغاب بنتونیت با غلظت‌های مختلف در داخل ماسه با دانه‌بندی مختلف تزریق شده است و تغییرات طول نفوذ دوغاب بحث و بررسی شده است. بر پایۀ آزمایش‌های انجام شده، مقدار نفوذ در  فشارهای ثابت با دانه‌بندی رابطۀ مستقیم و خطی دارد. مقدار غلظت بنتونیت در دوغاب تزریقی نیز به‌واسطۀ افزایش غلظت و هم‌چنین تأثیر ویسکوزیته نمونه از عوامل مهم دیگری در تعیین طول نفوذ دوغاب در ماسهاست. البته می‌توان با افزایش فشار تزریق تأثیر افزایش غلظت بنتونیت را جبران کرد و دوغاب را تا عمق مورد نظر تزریق کرد. از جمله عوامل تأثیرگذار دیگر در طول نفوذ دوغاب، سطح مخصوص و ظرفیت تبادل کاتیونی ماده تزریق‌شونده است. با مقایسه تزریق دوغاب کائولینیت در ماسه مشاهده شد هرچه مقدار سطح مخصوص و ظرفیت تبادل کاتیونی ماده تزریقی کاهش یابد مقدار نفوذ دوغاب در ماسه افزایش پیدا می‌کند.
 

---

در این پژوهش نتایج بررسی پارامتریک به‌وسیلۀ روش اجزا محدود، مربوط به رفتار رادیه شمع، وابسته به متغیرهای قطر شمع، طول شمع، چیدمان شمع­ها و ضخامت رادیه، تحت بار جانبی و ترکیب بار ارائه شده است. روش تاگوچی با تحلیل واریانس (ANOVA) برای محاسبه نسبت مشارکت هر یک از این عوامل در جابه‌جایی جانبی رادیه شمع به‌کار گرفته شده است. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد قطر شمع مؤثرترین فاکتور در تغییرشکل جانبی رادیه شمع تحت بار افقی تنها است. لیکن در حالت ترکیب بار، طول شمع بزرگ‌ترین درصد مشارکت را در کاهش تغییرشکل افقی دارد.
 

---

عوامل مؤثر در نشست سطح زمین در روش حفاری مکانیزه را می‌توان عمدتاً به چهار دسته عوامل هندسی، عوامل ژئومکانیکی، پارامترهای کاری  ماشین حفاری و پارامترهای مدیریتی و اجرایی تقسیم‌بندی کرد. عوامل هندسی شامل عمق و قطر تونل هستند پارامترهای کاری ماشین شامل فشار وارد بر جبهه حفاری، فشار تزریق در پشت سگمنت‌ها و نیز میزان تغییر قطر (کاهش قطر دستگاه در طول) دستگاه است و پارامترهای ژئومکانیکی شامل مشخصات مکانیکی لایه‌های خاک بین تونل تا سطح زمین است. در تونل‌های مناطق شهری که بیش‌تر در عمق کم و در بستر خاکی حفر می‌شوند، فشار جبهه کار می‌تواند یکی از عوامل پیش‌گیری کنندۀ نشست سطح زمین باشد. در پروژۀ خطA  مترو قم، تونل با ماشین حفاری مکانیزه از نوع متعادل کنندۀ فشار زمین (EPB) حفر می‌شود. در این تحقیق با تمرکز روی پنج مقطع از این تونل، تأثیر فشار جبهه کار بر نشست سطح زمین تحلیل شده است. این پنج مقطع در کیلومترهای مختلف تونل در مکان‌هایی انتخاب شدند که در سطح  زمین پین‌های نشست  سنجی نصب شده‌اند و نتایج مدل‌سازی عددی قابل صحت‌سنجی هستند. برای بررسی اثر فشار سینه‌کار روی حداکثر نشست سطح زمین، چهار سطح فشار 100، 150، 200 و 400 کیلوپاسکال  بررسی شد. این فشارها  به‌ترتیب 1، 5/1، 2، و 4 برابر فشار اولیه جبهۀ کار بودند. نشست سطح زمین در این چهار سطح فشار با استفاده از نرم‌افزار اجزا محدود PLAXIS 3D TUNNEL ارزیابی شده است. اعتبارسنجی نتایج با استفاده از ابزاربندی در سطح زمین (پین‌های نشست سنجی) و روی تمامی این مقاطع انجام شده است. اعتبارسنجی انجام شده نشان داد که نتایج مدل‌سازی تطابق خوبی با نتایج پین‌های نشست‌سنجی دارد. مقایسۀ نتایج نشان می‌دهد افزایش 4 برابری فشار جبهۀ کار، حداکثر سبب کاهش 4.45 میلی متری نشست بیشینه می‌شود. بنابراین افزایش فشار جبهۀ کار، میزان نشست را کاهش می‌دهد اما این مقدار بسیار ناچیز است. هم‌چنین مشخص شد که افزایش بیش از اندازۀ فشار سینۀ کار (بیش از 200 کیلوپاسکال) نه‌تنها حداکثر نشست سطح زمین را کاهش نمی‌دهد بلکه باعث ایجاد شکست غیرفعال (Passive failure) یا همان بالازدگی در جلوی سپر روی سطح زمین زمین می‌شود.
 

---

موادی مانند خرده لاستیک‌های زائد برای بهبود مقاومت خاک به‌طور گسترده استفاده می‌شود. در این تحقیق مقاومت باقی‌مانده یا رفتار حالت پایدار ماسۀ مخلوط شده با خرده لاستیک‌های زائد بررسی شده است. آزمایش‌های سه‌محوری فشاری زهکشی نشده استاتیکی روی نمونه‌های دست‌خورده ماسه و ماسۀ مخلوط با خرده لاستیک در حالت اشباع با درصدهای مختلف خرده لاستیک (صفرتا 4 تا درصد وزن خشک خاک) انجام شده است. تأثیر حضور خرده لاستیک زائد بر مقاومت باقی‌مانده در فشار تحکیمی‌های مختلف (100، 200 و 300 کیلو پاسکال) و تراکم نسبی مخلوط (40، 65 و 80 درصد) ارزیابی شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش درصد خرده لاستیک مقاومت باقی‌مانده افزایش یافته و خط حالت پایدار به‌سمت راست نمودارlog S_us-e  حرکت می‌کند. هم‌چنین بهبود مقاومت باقی‌مانده در اثر حضور خرده لاستیک به تراکم نسبی نمونه و فشار تحکیمی نیز بستگی دارد.
 
 

---

انفجار و لرزش‌های حاصل از آن در مقایسه با ساختارهای زمین‌شناسی و آب زیرزمینی، به‌دلیل قابلیت کنترل بهتر آن، تأثیر کم‌تری در ناپایداری حفریات زیرزمینی دارند. عدم اجرای اصولی فرآیند انفجار، ممکن است منجر به آسیب‌های جدی شود. در این تحقیق مدل‌سازی روی رمپ قره چنگول معدن سرب و روی زه‌آباد در برابر بارهای انفجاری انجام شده است. این معدن در جنوب روستای زه‌آباد واقع در70  کیلومتری شمال شهرستان قزوین در بخش طارم سفلی واقع است. به‌منظور به‌دست آوردن خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ‌های در برگیرنده رمپ و پارامترهای مقاومت برشی ناپیوستگی‌ها، آزمایش‌هایی شامل آزمایش‌های تک‌محوری، سه‌محوری، برزیلی، برش مستقیم، تعیین وزن مخصوص و سرعت امواج طولی انجام شد.  هم‌چنین برای شبیه‌سازی شرایط پیچیده حاکم بر فرایند انفجار، با توجه ناپیوسته بودن محیط، برای مدل‌سازی عددی از نرم افزار المان مجزای UDEC استفاده شد. در انجام یک تحلیل دینامیکی ابتدا باید مدل در حالت استاتیکی به تعادل برسد. بعد از تعریف شرایط مرزی جاذب، بارهای دینامیکی بر اساس مدت زمان تعریف شده به مدل وارد می‌شود. در بحث پایداری معادن و فرآیند انفجار، بار دینامیکی حاصل از آن اغلب به‌صورت یک پالس به مدل اعمال می‌شود. با وارد کردن بار دینامیکی و در نظر گرفتن سایر تغییرات یاد شده نسبت به تحلیل  استاتیکی، می‌توان پاسخ دینامیکی فضای زیرزمینی را تحت بار لرزشی انفجار و یا زلزله پیش‌بینی کرد. برای این منظور موج ضربه  ناشی از انفجار به‌صورت پالس نمایی با فشار بیشینه 41/4 مگاپاسکال و پهنای زمانی 7/0 تا 7 میلی‌ثانیه به مرز سمت چپ مدل اعمال شد. نتایج حاصل از تحلیل عددی نشان می‌دهد که در حالت استاتیکی فضای زیرزمینی مورد نظر پایدار است و بلوکی ریزش نمی‌کند. بعد از اعمال بار حاصل از انفجار نتایج نشان می‌دهد،  رمپ پایدار می‌ماند و نیازی به نصب سیستم نگه‌داری نیست و در اطراف رمپ موردنظر ریزشی صورت نمی‌گیرد. 
 

---

در مواردی از قبیل انفجار، آتش­سوزی و حفاری­های عمیق، سنگ‌ها تحت حرارت چشم‌گیری قرار می­گیرد. از این‌رو اثر درجه حرارت بر چقرمگی شکست مود I که هدف این تحقیق است ضروری به‌نظر می­رسد. برای رسیدن به این هدف روی نمونه‌های نیم‌دایره­ای چهار نوع سنگ طبیعی شامل ماسه­سنگ، سنگ­آهک، توف، آندزیت و یک سری  نمونه­های بتنی آزمایش خمش سه­نقطه­ای برای تعیین چقرمگی شکست مود I انجام شده است. آزمایش­ها، روی نمونه­هایی انجام شده است که ابتدا تا دمای 100، 200، 300، 500 و 700 درجۀ سانتی­گراد گرم و بعد از رسیدن به دماهای مورد نظر سرد شده­اند و یک سیکل گرم شدن و سرد شدن را تحمل کرده­اند. البته یک سری آزمایش روی نمونه­ها در دمای محیط(25 درجۀ سانتی­گراد) نیز انجام شده است. سرعت افزایش دما برای نمونه­ها در کوره الکتریکی، 15 درجۀ سانتی­گراد بر دقیقه و متناسب با افزایش دما در فرآیند آتش­سوزی در نظر گرفته شده است. برای شناخت ترکیب سنگ­ها مطالعات سنگ­شناسی و تحلیل پراش اشعه ایکس (XRD) انجام شه است. علاوه بر این، به­منظور بررسی رفتار سنگ  مقدار تخلخل مؤثر و کاهش وزن نمونه‌های حرارت دیده نیز تعیین شده است. مقایسۀ نتایج آزمایش‌ها نشان داد که اثر دما بر چقرمگی شکست سنگ‌های ریزدانه بیش‌تر است. علاوه بر این، چقرمگی شکست با افزایش تخلخل مؤثر و کاهش افت وزن کاهش می‌یابد. نتایج آزمایشگاهی نشان می­دهد که مقدار چقرمگی شکست مود I  نمونه‌های ماسه سنگ، توف، سنگ آهک، آندزیت و بتن که  یک سیکل گرمایش (تا 700 درجه)- سرمایش  را تحمل کرده‌اند در مقایسه با نمونه‌های حرارت ندیده به‌ترتیب 45، 17، 44 و 5/9 و 37 درصد کاهش یافته است. 

---

تونل­های کم‌عمق نقش حیاتی در برنامه­ریزی شهری و خطوط حمل و نقل ریلی و جاده‌ای دارند. وجود این حفرات زیرسطحی می­تواند باعث تمرکز تنش شده و ناپایداری این فضاها را در برابر بارهای استاتیکی به‌ویژه دینامیکی در پی داشته باشد. از این‌رو، هدف از این پژوهش ارزیابی تأثیر وجود حفره بیضوی و جهت­یابی آن بر رفتار ماسه سنگ تحت بارهای استاتیکی فشاری و دینامیکی کششی است. به‌منظور ارزیابی تأثیر حفره در برابر شرایط تنش استاتیکی دو گروه از مغزه­های ماسه سنگی بدون حفره و حفره­دار با جهت­یابی 0و 30و 60 و 90 درجه فراهم شده و تحت آزمون بارگذاری فشاری تک‌محوری قرار گرفتند. حین آزمون علاوه بر ثبت تنش، با به‌کار بردن کرنش سنج، سنسور ثبت انتشار امواج صوتی و دوربین، آسیب و تغییر شکل‌پذیری نمونه­ها ثبت شد. برای انجام آزمون بارگذاری دینامیکی از دستگاه میلۀ فشار هاپکینسون استفاده شد. به­علاوه روند گسترش آسیب با استفاده از دوربین با سرعت زیاد با نرخ یک عکس در 10 میکروثانیه، ثبت شد. نتایج به‌دست آمده نشان داد که وجود حفره باعث کاهش مقاومت سنگ در بیش‌ترین حالت (0=θ) تا 55 درصد و در کم‌ترین حالت (90=θ) تا 77 درصد مقاومت فشاری تک‌محوری می­شود. آزمون بارگذاری دینامیکی کششی نشان می­دهد که حفره بیضوی نزدیک­تر به مرز انعکاس موج فشاری به کششی به‌علت قرارگیری در منطقه سوپر پوزیشن سالم مانده در حالی­که حفره موجود در خارج از این منطقه با هر جهت یابی دچار گسیختگی ورقه­ای شده است. بررسی سطح شکست با استفاده از تجزیۀ میکرسکوپ الکترونی و بررسی مقطع نازک نشان داد که شکستگی غالب از نوع مرز بلوری بوده است و سیمان اکسید آهن نقش کلیدی در توسعه این نوع شکستگی دارد.