نشریه زمین شناسی مهندسی

---

تونل‌زنی در شرایط زمین‌شناسی و ژئوتکنیکی پیچیده مخصوصاً در نواحی شهری اغلب اجتناب‌ناپذیر است. آنالیز پایداری و تعیین میزان نشست سطحی زمین در پروژ‌ۀ واقعی تونل‌زنی سپری اهمیت خاصی دارند. هدف از این تحقیق تعیین فشاری است که از ریزش جبهۀ تونل یک تونل سطحی حفر شده به‌وسیله TBM متعادل کننندۀ فشار زمین (EPB) جلوگیری می‌کند. در این پژوهش به‌منظور بررسی تأثیر فشار جبهۀ کار بر رفتار تونل، از روش‌های تحلیلی و مدل­سازی عددی سه بعدی با نرم‌افزار ABAQUS استفاده شده است تا میزان فشار مؤثر بر رفتار جبهۀ تونل تخمین زده شود.  پارامتر مذکور با استفاده از داده­های مربوط به خط 2 متروی کرج محاسبه شده است. روش تحلیلی استفاده شده در این تحقیق عبارت است از: روش لکا- دورمیو (مرز بالایی) که بر پایۀ آنالیز حدی تنش استوار است و بر اساس مکانیسم شکست چند بلوکی انتقالی انجام شده است. هم‌چنین در مدل‌سازی عددیِ از مدل رفتاری موهر-کولمب استفاده شده، سپس نتایج حاصل از روش‌های تحلیلی و مدل‌سازی عددی مقایسه شده است. برطبق یافته‌های حاصل از این تحقیق، فشار به‌دست آمده از روش تحلیلی لکا- دورمیو، حداقل فشاری است که می‌توان بر جبهۀ تونل اعمال کرد.  هم‌چنین تحلیل نشان می‌دهد که با اعمال فشار به‌دست آمده از روش تحلیلی، جبهۀ تونل متروی کرج به احتمال زیاد پایدار می‌ماند و اجرای روش‌های پیش تحکیمی در این مقطع تونل لازم و ضروری به‌نظر نمی‌رسد

---

آگاهی از وضعیت تنش در بدنه سدهای خاکی از مهم‏ترین پارامتر‌های ارزیابی ایمنی سد است. به‌منظور اندازه‌گیری تنش از سلول‌ فشار کل استفاده می‌شود که این ابزار در بدنه سد‌های خاکی نصب می‌گردد. در زمان نصب سلول فشار، سطح حساس آن در تماس مستقیم با تودۀ خاک قرار گرفته تا تنش‌ کل موجود در خاک را اندازه‌گیری کند و در ترکیب با پیزومتر‌ها، فشار آب منفذی موجود در خاک را نیز برآورد می‌کند. به‌منظور دریافت نتایج صحیح و قابل قبول از سلول فشار باید این ابزار با دقت نصب شوند. اما در اکثر موارد، مقادیر اندازه‌گیری شده با این ابزار با مقادیر تئوری و پیش‌بینی شدۀ تنش، مطابقت ندارد و نتایج سلول فشار همراه با خطا است. عوامل متعددی بر خطاهای سلول‌های فشار تأثیرگذار هستند اما در این تحقیق به نقش ارتفاع و مدت زمان خاک‌ریزی در حین عملیات اجرای سد، به‏عنوان پارامتر‌های مؤثر بر مقادیر اندازه‌گیری، پرداخته شده است. بدین منظور سد سنگ‌ریزه‌ای البرز واقع در شمال ایران به‌عنوان مطالعه موردی در نظر گرفته شده است. این سد خاکی با هسته رسی، دارای ارتفاع حداکثر 78 متر است. با استفاده از داده‌های رفتارنگاری و در نظر گرفتن تأثیر پارامتر‌های ارتفاع خاک‌ریزی و مدت زمان خاک‌ریزی، مدلی به‌منظور پیش‌بینی خطای سلول‌های فشار به‏روش GEP¹ با استفاده از نرم‌افزار جنی‌ایکس پروتولز² 4، ارائه شده است.  میزان R² برای این مدل، برابر با 98/0 است که این رقم نشان‌دهندۀ تطابق خوب مدل با داده‌های رفتارنگاری است. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که پارامتر نسبت تفاضل ارتفاع به تفاضل مدت زمان خاک‌ریزی در حین اجرای سد البرز در ایجاد خطا در نتایج سلول‌های فشار سد نقش به‏سزایی داشته است

---

جریان زیرسطحی به‌عنوان بخش چشم‌گیری از جریان آبراهه و عامل مهمی در بار رسوبی رودخانه­ها است. هدف این تحقیق بررسی فرسایش نشتی کنارۀ رودخانه‌ها در لایۀ ماسه‌ای با دانه‌بندی متفاوت در کنارۀ رودخانه است. در این تحقیق به مطالعه و بررسی آزمایشگاهی تأثیر اندازۀ ذرات خاک و هم‌چنین شیب کنارۀ رودخانه بر فرسایش نشتی پرداخته شده است. بدین‌منظور تعدادی آزمایش در یک لایسی‌متر برای چهار شیب­های مختلف و دانه‌بندی­های مختلف انجام شد. نتایج نشان داد که عدد رینولدز محیط متخلخل نقش اساسی در عمق حفره آبشستگی لایۀ غیرچسبنده دارد. هم‌چنین مشاهده شد که زمان شروع به حرکت ذرات با افزایش قطر مشخصه آن‌ها کاهش پیدا می­کند.

---

تونل‎های تحت فشار با پوشش بتنی، منابعی از جریان نشت آب به توده‎سنگ دربرگیرنده خود هستند، از این‌رو، طی فرآیند آب‎گیری مقاومت کمی در برابر فشار نشت آب خواهند داشت و با افزایش فشار آب داخلی تونل، فشار نشت آب به توده‎سنگ منتقل خواهد شد. در این شرایط به‎واسطۀ درزه، ترک، منافذ و همۀ المان‎های توده‎سنگ از تمام جهات تحت تأثیر فشار نشت آب قرار می‎گیرند. این اندرکنش هیدرومکانیکی باعث تغییرات نفوذپذیری المان‎های توده‎سنگ طی فرآیند آب‎گیری می‎شود. بنابراین، تغییرات صورت گرفته در تنش منجر به تغییراتی در ضریب نفوذپذیری و توزیع مجدد میدان نشت می‌شود. از این رو، در این تحقیق از روش المان محدود به‌کمک نرم‎افزارABAQUS  برای مدل‎سازی این اندرکنش استفاده شده است. در این راستا از داده‎های تونل تحت فشار طرح سد و نیروگاه گتوند به‌عنوان مطالعۀ موردی بهره گرفته شده است. به‌منظور نزدیک‌کردن مدل به شرایط واقعی، تأثیر تغییرات نفوذپذیری پوشش بتنی و توده‌سنگ بر تغییر‌شکل‌ها و تنش‎های ایجاد شده در محیط با استفاده از کد USDFLD به مدل‎ اعمال شده است. نتایج مدل عددی نشان می‎دهد که به‌منظور کنترل نشت از تونل‎های تحت فشار با پوشش بتنی، ضخامت پوشش و آرایش مناسب میل‌گردها در پوشش بتنی در ممانعت از نشت بیش از حد مجاز از تونل نقش به‌سزایی را ایفا می‎کنند.

---

شناخت عوامل مؤثر بر مقاومت سایشی سنگ‌دانه­ها  تأثیر زیادی در پی­جویی سنگ‌دانه‌هایی با مقاومت سایشی مناسب دارد. در این پژوهش ارتباط محیط­های زمین­شناسی با مقاومت سایشی سنگ‌دانه­ها، بررسی شده است. نمونه­برداری از سه محیط واریزه­ای، مخروط­افکنه­ای و رودخانه­ای در دو منطقۀ دشت دیره با سنگ­های آهکی و منطقه دماوند با سنگ­های آتشفشانی انجام شده است. آزمایش­های سایش لس­آنجلس، تخلخل و درصد سنگ‌دانه­های دارای ریز­ترک روی نمونه­های برداشت شده از محیط­های مختلف انجام شد. نتایج نشان می­دهد که کم‌ترین میزان افت وزنی در محیط­های رودخانه­ای به‌میزان 7/23 و 42 و بیش‌ترین میزان افت وزنی در محیط­های واریزه­ای به‌میزان 3/49 و 48 به‌ترتیب در منطقۀ دیره و دماوند دیده می­شود. محیط­های مخروط­افکنه­ای نیز حالتی حدواسط این دو را دارند. با افزایش مساحت و طول مسیر جریان در حوزۀ بالادست مخروط­افکنه­ها میزان افت وزنی کاهش می­یابد. تفاوت میزان افت وزنی در محیط­های مختلف به‌علت تفاوت در میزان ریزترک، تخلخل و قشر هوازده ایجاد شده بر سنگ‌دانه­ها است. شدت اختلاف میزان افت وزنی در دو منطقۀ دماوند و دشت دیره با هم متفاوت است به‌گونه­ای که میزان افت وزنی سنگ‌دانه­های واریزه­ای دشت دیره دو برابر سنگ‌دانه­های رودخانه­ای در همان منطقه است در حالی که در منطقه دماوند این اختلاف حدود 11 درصد است. این تفاوت می­تواند ناشی شدت درزه­داری کم‌تر و در نتیجه تفاوت کم‌تر درزه­داری سنگ‌دانه­های موجود در محیط‌های مختلف در منطقه دماوند باشد.
 

---

پایدارسازی شیب موضوعی مهم در ساخت پروژه‌های خطی است. در این پژوهش پایدارسازی زمین­لغزش بزرگ منجیل که در حد فاصل کیلومتر 400+41 تا 200+42 آزادراه قزوین- رشت اتفاق افتاده است، تجزیه و تحلیل شده است  و طرح پایدارسازی آن بررسی شده است. زمین­لغزش مذکور تقریباً 168 متر طول، 214 متر عرض داشته و براثر ایجاد ترانشه نامناسب در سال 2013 رخ داد و منجر به بسته شدن مسیر آزادراه شد. تجزیۀ پایدارسازی براساس تحلیل عددی به‌روش فاکتور کاهش مقاومت برشی (FE-SRR) انجام شده است. بدین‌منظور از نرم‌افزار PHASE^2D استفاده شده است. در ابتدا دامنۀ با شیب 3H:2V سبک‌سازی شد. نتایج مدل‌سازی نشان می­دهد که ضریب اطمینان در حالت استاتیکی و شبه استاتیکی به‌ترتیب برابر 95/1 و 17/1 است. در حالی که حداکثر گشتاور خمشی با شمع تک پایه­ایی در حالت شبه استاتیکی  MN69/5 است. حداکثر گشتاور خمشی در سطح لغزشی بیش‌تر از ظرفیت خمشی شمع است. بنابراین برای پایدارسازی زمین­لغزش اجرای شمع دو پایه­ای (2PG) در پاشنه لغزش پیشنهاد داده شد. نتایج تحلیل‌ها نشان می­دهد که با اجرای این طرح پارامتر مذکور تا MN48/2 کاهش پیدا می‌کند. بنابراین می­توان نتیجه گرفت که پایدارسازی به‌وسیلۀ شمع دو پایه­ایی برای زمین­لغزش منجیل مناسب است.

---

استفاده از افزودنی‌ها در تثبیت خاک همواره مورد توجه محققان بوده است. در این مقاله تأثیر نانورس به‌عنوان یک افزودنی جدید، در کنار آهک که یکی از افزودنی‌های قدیمی در تثبیت خاک به‌شمار می‌رود، بر رفتار خاک بررسی شده است.  درصدهای مختلف نانورس و آهک بر خاک رسی افزوده می‌شود و تأثیر آن بر درصد رطوبت بهینه، بیشینه دانسیته خشک، مقاومت تک‌محوری، حدود اتربرگ و خاصیت خود ترمیمی خاک‌ها بررسی می‌شود.  پژوهش‌های انجام شده حاکی از آن است که اضافه کردن آهک باعث کاهش دانسیتۀ خشک خاک می‌شود این در حالی است که افزودن نانورس سبب افزایش این پارامتر در خاک‌های رسی می‌شود.  افزودن آهک تأثیر زیادی بر افزایش چسبندگی دارد و بر افزایش زاویۀ اصطکاک تأثیر چشم‌گیری ندارد این درحالی است که نانو مواد علاوه بر اینکه چسبندگی را افزایش می‌دهد، سبب افزایش زاویۀ اصطکاک خاک نیز می‌شود. نکته مهم و قابل تمرکز در این کار تأثیر چشم‌گیر نانو مواد بر خاصیت خود ترمیمی خاک رس است. با افزودن 2 درصد نانورس به خاک با گذشت 24 ساعت از ایجاد صفحه گسیختگی در خاک، مصالح قادر هستند حدود 80 درصد مقاومت اولیۀ خود (زمانی که هیچ افزودنی ندارد) را به‌دست آورند.
 

---

آزادراه قزوین- رشت از مهم­ترین محورهای ارتباطی کشور در شمال ایران است. مسیر آزادراه از سازندهای مختلف با ویژگی­های زمین‌شناسی متفاوت عبور می­کند. شیب زیاد دامنه­ها و وجود چندین دسته درزه و گسل باعث شده تا در امتداد مسیر مذکور لغزش­های متعددی به وقوع پیوسته و یا در حال وقوع باشند. در این پژوهش، تحقیق جامع درباره پراکندگی زمین­لغزش­ها و انواع آن­ها در مسیر آزادراه انجام شده است. بدین­صورت که ضمن شناسایی زمین­لغزش­های رخ داده در منطقه، موقعیت آن­ها در نقشۀ زمین­شناسی ثبت و ارتباط آن­ها با سازندهای زمین­شناسی و ساختارهای تکتونیکی بررسی شده است. مناطق و واحدهای سنگی مستعد به‌وقوع زمین­لغزش با در نظر گرفتن تراکم سطحی زمین­لغزش­ها و درصد فراوانی آن­ها در هر واحد زمین­شناسی با بهره­گیری از نرم‌افزار ARC GIS 10.2 به‌ترتیب اهمیت مشخص شدند. نتایج تحقیق نشان می­دهد علیرغم ناهمگنی قابل توجه لیتولوژی، ویژگی­های زمین­شناسی مهندسی و ساختارهای تکتونیکی، شباهتی بین انواع لغزش­ها و پراکندگی آن­هاوجود دارد.در طول این مسیرچهار نوع لغزش شناسایی شده‌اند، که عبارتند از 1. گسیختگی­های صفحه­ای، گوه­ای، واژگونی و سقوط، در سنگ­های مقاوم و نسبتاً مقاوم آندزیت، تراکی آندزیت و بازالت­های متعلق به سازند کرج، آهک­های اوربیتولین­دار کرتاسه و کنگلومرای فجن. در سنگ­های ذکر شده چندین دسته درزه موجود بوده است که سطوح درزه­ها دارای هوازدگی متوسط تا شدید است. بازشدگی آن­ها بین 1-5/0 میلی­متر است. مقاومت برشی درزه­ها نیز متوسط است که با توجه به جهت غالب درزه‌ها نسبت به رویه شیروانی نوع گسیختگی­ها تغییر کرده است. 2. ریزش و پوشش سنگ­ریزه­ای در کلاهک سیلیسی و زمین­لغزش چرخشی در زون آرژیلیتی- سریسیتی واحد سنگ شناسی A، 3. ریزش سنگ در سنگ­های متشکل از توف کربناتی و آندزیتی در واحد سنگ شناسی EV2 متعلق به سازند کرج. بالا بودن سطح آب زیرزمینی در کیلومتر 750+80 مسیر آزادراه باعث کاهش مقاومت اشباع به­دلیل محتوی بالای اکسید آهن از قبیل گوتیت در سیمان توف­های آندزیتی شده است و 4. جریان واریزه­ای و زمین­لغزش چرخشی در خاک‌های برجای سازند شمشک به­دلیل بافت لپیدوبلاستیک اسلیت­ها و استعداد فرسایش‌پذیری بالای آن­ها با توجه به آب و هوای مسیر در حد فاصل منجیل- رودبار.
 

 

---

از عمده‌ترین دلایل اهمیت شناخت دقیق رفتار کائولین‌های متراکم شده آن است که عمده لایه‌های رویی پهنه‌های زمین‌شناختی تشکیل‌دهندۀ این نوع خاک به‌صورت غیراشباع در طبیعت یافت می‌شوند و با شناسایی این نوع خاک در یک منطقه می‌توان تمهیدات  لازم را برای مقابله با خرابی‌های احتمالی اندیشید. در خاک‌های غیراشباع از دو متغیر حالت تنش (تنش میانگین و مکش ماتریسی) استفاده می‌شود و مدل‌های موجود مکانیک خاک، قابلیت شبیه‌سازی رفتار پیچیده خاک‌های غیراشباع در حالت‌های مختلف بارگذاری نیرویی و محیطی (یعنی تغییرات مکش) را دارند. ولی در مقایسه با واقعیت موجود رفتار خاک، این مدل‌ها قادر به پیش‌بینی دقیق رفتار خاک‌های غیراشباع نیستند. در این پژوهش، سعی شده است با بررسی تفضیلی مدل رفتاری پایه بارسلونا به‌عنوان یک مدل ساختاری خاک غیراشباع، نقاط ضعف این نوع مدل شناسایی شده وبا انجام شبیه‌سازی کامپیوتری، فرمول‌بندی کامل مدل پایه خاک غیراشباع بارسلونا براساس مکانیک خاک حالت بحرانی و با استفاده از روش تفاضل محدود، پیاده‌سازی شوند و در ادامه رفتار این نوع خاک به‌صورت محیط متخلخل سه فازه شبیه‌سازی و با شرایط واقعی صحت‌سنجی شود. به‌منظور دست‌یابی به انطباق بهتر این مدل با واقعیت، تحلیل محاسباتی انجام شده است و با‌ در ‌نظر گرفتن نسبت بیش تحکیمی در معادلات تسلیم مدل پایه بارسلونا، مدل تکمیل شده پیشنهادی در یک پروژه عملی بهسازی با اختلاط عمیق خاک به‌منظور کنترل نشست به‌کار گرفته شده‌ است. در این تحقیق مشاهده شد در کائولین‌های متراکم، مسیرهای تنش در مطالعات آزمایشگاهی و تحلیل عددی انجام شده در این پژوهش هم‌خوانی خوبی با یک‌دیگر دارند، از این‌رو مدل پیشنهادی می‌توانند در پیش‌بینی دقیق‌تر رفتار خاک‌های غیراشباع در مهندسی ژئوتکنیک و به ویژه خاکریزهای مهندسی به‌کار گرفته شود. هم‌چنین نتایج حاصل از استفاده از این مدل در کنترل نشست با بهسازی خاک به روش  اختلاط عمیق نتایج دقیق‌تری در مقایسه با واقعیت نشان می‌دهد