نشریه زمین شناسی مهندسی

---

در این مقاله با استفاده از روش مونونوبه و اکابه در مورد یک دیوار حایل بنایی غیروزنی محاط در یک قاب ساختمانی (میانقاب حایل بنایی) ، به محاسبه نیروهای دینامیکی ناشی از زلزله و اثرات آن بر دیوار پرداخته شده است. در روش مونونوبه و اکابه دیوار حایل صلب فرض شده و وضعیت غالب شکست، لغزش پای دیوار حایل و یا چرخش دیوار حایل حول پاشنه آن می‏‏‏‏باشد. درحالی‏که وضعیت غالب خرابی در یک میانقاب حایل بنایی، شکست در بدنه دیوار تحت نیروهای عمود بر صفحه می‏‏‏‏باشد. در چنین حالتی توزیع نیروی لرزه‏ای وارده بر دیوار اهمیت می‏یابد. بر این اساس در این مقاله بر مبنای روش مونونوبه و اکابه یک توزیع برای نیروهای لرزه‏ای وارد بر میانقاب حایل بنایی پیشنهاد شده است. همچنین با بررسی عملکرد عمود بر صفحه میانقاب‏های ‏بنایی به لحاظ مقاومت و معیار پذیرش، به تحلیل نحوه خرابی در بدنه دیوار ناشی از بارهای عمود بر صفحه پرداخته شده است. در ادامه روش بهسازی لرزه‏ای مورد نظر در خصوص میانقاب‏های ‏حایل بنایی آسیب پذیر ارایه شده و با معرفی یک مثال کاربردی، نتایج روش پیشنهادی با نتایج یک نرم افزار عددی کنترل شده است. در انتها ‏نیز با توجه به شرایط مختلف قابل پیش بینی برای میانقاب‏های ‏حایل بنایی، راهکار بهسازی لرزه‏ای بصورت کاربردی ارایه شده است.

---

خاک های رمبنده معمولاً دارای ساختار باز بوده و پیوند بین ذرات ضعیف می باشد. این خاک ها به صورت سست رفتار کرده و در صورت اشباع شدن بدون تغییر در بار وارده و یا قرار گرفتن تحت نیروی ارتعاشی نشست زیادی کرده و ظرفیت باربری آن به شدت کاهش می یابد.
در تحقیق حاضر مقابله با خاک های رمبنده ی محدوده شمال شرق شهر مشهد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایشات انجام شده در آزمایشگاه و آزمایشات در محل نشان می دهد که خاک به افزایش رطوبت شدیداً حساس بوده و در صورت اشباع شدن، نشست اضافی قابل توجهی را در مدت زمان کوتاه ایجاد خواهد نمود. بنابراین می توان این خاک را دارای پتانسیل رمبندگی دانست. با توجه به احداث سازه¬های ریلی و احداث ساختمان در محل پروژه در اثر ارتعاش ناشی از عبور قطار ویا مرطوب شدن خاک، نشست زیاد خاک می تواند برای سازه های ریلی و ساختمان های موجود مشکل ایجاد کند و بنابراین باید خاک محل اصلاح و بهسازی شود.
به منظورمقابله با خاک های رمبنده محل پروژه و بهسازی آن روش های گوناگون از جمله جلوگیری از مرطوب شدن خاک، تراکم خاک، جایگزینی مصالح، استفاده از پی های عمیق، تثبیت با مصالح درشت دانه، تثبیت با آهک، تثبیت با سیمان و تثبیت با سیمان و مصالح دانه ای ارزیابی شده و بهترین روش با توجه به مشخصات سایت، ویژگی های سازه های احداثی و ملاحظات اجرایی و اقتصادی انتخاب شده است. با توجه به قرار گیری سازه های احداثی در محدوده شهری ، خاک ریز دانه ی محل، ملاحظات اقتصادی، مدت زمان اجرا و امکانات موجود بهسازی خاک با آهک به عنوان بهترین روش پیشنهاد شده است.افزودن آهک به خاک علاوه بر بهبود خواص مقاومتی خاک در کوتاه مدت و بلند مدت، سبب کاهش تورم و کاهش نفوذپذیری می شود. این خواص عملکردی آهک، آنرا در کوتاه مدت و بلند مدت از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر می کند.

---

جت‏گروتینگ یکی از روش‏های بهسازی بستر و پایدارسازی شیب‏ها است که به‌کمک 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 می‌شود. نتایج تزریق دوغاب سیمان به‌روش تک‌سیالی به‌همراه شرایط ژئوتکنیکی خاک محل ارائه می‌شود. قطر ستون‏های جت‏گروت، مقاومت تک‌محوری مغزه‏های گرفته‌شده و درصد بازیابی مغزه‏ها به‌عنوان مهم‌ترین پارامترهای ارزیابی عملکرد بهسازی در معیارهای موجود، استفاده شده و بر اساس نتایج آن، طرح اولیه اصلاح و اجرا شده است. هم‌چنین مشاهده شد که در صورت تأمین فشار تزریق 450 بار در ماسه سیلتی اشباع و غیراشباع با اعداد SPT متوسط به‌ترتیب 13 و 20، با سرعت بالا آمدن راد 5/0 سانتی‌متر برثانیه و چگالی دوغاب gr/cm³ 1600، به‌ترتیب ستون‏هایی با قطر cm 80 و cm 100 به‌دست 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 تک‌محوری مغزه‏های استخراجی از خاک بهسازی شده و تصحیح ظرفیت باربری ستون‏های جت‏گروت کارایی مناسبی از خود نشان داده است.
 

---

تثبیت و به‌سازی خاک یکی از روش‌های مؤثر در بهبود رفتار خاک در مهندسی ژئوتکنیک است. امروزه علاوه بر تثبیت‌کننده‌های متعارف سیمانی و آهکی، از مواد شیمیایی طبیعی معدنی نیز برای اصلاح خواص نامطلوب خاک استفاده می‌شود. در این پژوهش از زئولیت و سپیولیت به‌عنوان دو ماده افزودنی برای تثبیت خاک‌های ماسه رسی و رس ماسه‌دار و تأثیر آن بر مدول الاستیسیته و هدایت هیدرولیکی خاک استفاده شده است. به این منظور آزمایش مقاومت فشاری تک‌محوری روی خاک‌‌های تثبیت نشده و تثبیت شده با افزودنی­های مذکور در درصدهای 5، 10، 15، 20 و 25 و زمان‌های آنی (بلافاصله پس از اختلاط)، 7، 14 و 28 روز انجام شده و مدول الاستیسیته در شرایط مختلف آزمایش تعیین شده است. آزمایش نفوذپذیری نیز به‌دلیل بررسی اثر این دو افزودنی در درصدهای مختلف و زمان آنی انجام شده است. هم‌چنین به‌دلیل بررسی نحوۀ تأثیر مواد افزودنی بر ریزساختار خاک، عکس‌برداری SEM برای خاک تثبیت نشده و تثبیت شده با هر دو افزودنی در زمان عمل آوری‌ 28 روز انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد میزان افزایش مدول الاستیسیته در تثبیت با سپیولیت نسبت به زئولیت بیش‌تر است. به‌علاوه در هر دو افزودنی بیش‌ترین میزان افزایش مدول الاستیسیته مربوط به 25 درصد افزودنی و زمان 28 روز است. هم‌چنین میزان نفوذپذیری با افزایش هر دو افزونی کاهش می‌یابد به‌طوری‌که این میزان کاهش در سپیولیت بیش‌تر از زئولیت است. بررسی تصاویر SEM معرف تغییر در ریزساختار خاک در نتیجه افزودنی‌های مذکور است. نتیجه این‌که  تغییرات مدول الاستیسیته و هدایت هیدرولیکی خاک را می‌توان به‌وقوع واکنش‌های شیمیایی در کنار تغییرات فیزیکی نسبت داد.

---

به‌تازگی به نوع خاصی از رس کائولینیت بنام متاکائولین در بتن توجه شده که نتایج جالب توجهی به دنبال داشته است. هر چندکه، در بارۀ کاربرد این مصالح در شاخه تزریق و بهسازی زمین پژوهش چندانی انجام نشده است و اثرات این ماده بر رفتار مکانیکی خاک بستر به‌خوبی مشخص نیست. هدف اصلی این تحقیق بررسی پارامتر­های مکانیکی ماسه تزریق‌شده با دوغاب حاصل از ترکیب سیمان و متاکائولین، در درصد­های مختلف با رویکرد بهبود در عملکرد آن و به‌دست آوردن نسبت بهینه استفاده از متاکائولین است. برای بررسی رفتار خاک تزریق شده با دوغاب­های سیمان-متاکائولین یک مدل آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. نمونه­ها بعد از عمل­آوری به‌مدت 14 و 28 روز تحت آزمایش­های سه­محوری با شرایط مختلف قرار گرفتند. به‌طورکلی نتایج نشان داد که متاکائولین می­تواند در پایدارسازی هر چه بیش‌تر دوغاب سیمان تزریقی در مقابل پدیده آب اندازی نقش مثبت ایفا کند. هم‌چنین با توجه به نتایج حاصل از آزمایش­ سه­محوری روی خاک ماسه­ای تزریق شده با دوغاب­های سیمان-متاکائولین مشاهده شد، جای‌گزینی درصدی از سیمان مصرفی با متاکائولین سبب همگن­تر شدن، بهبود در شکل­پذیری و نرم تر شدن رفتار پس از گسیختگی می­شود اما پارامتر چسبندگی ناحیۀ تزریق شده را در مقایسه با استفاده از سیمان خالص در دوغاب مقداری کاهش می­دهد. هم‌چنین با توجه به نتایج تحقیق حاضر و نتایج حاصل از تحقیق­های محققان پیشین مشاهده می­شود مقدار استفاده بهینه از متاکائولین در دوغاب با توجه غلظت دوغاب و شرایط محیط از قبیل تنش ­همه­جانبه تعیین می­شود و در حالت­های مختلف باید این مقدار را با روش سعی و خطا به‌دست آورد. به‌طورکلی می­توان گفت با جای‌گزین کردن درصدی از سیمان دوغاب با متاکائولین می­توان با حفظ تقریبی مقاومت فشاریِ خاک تزریق شده، شکل­پذیری (افزایش کرنش نظیر مقاومت حداکثر) را افزایش و مدول نرم‌شوندگی را کاهش می‌دهد.
 
 

---

خاک منطقه آزاد اروند خرمشهر ریزدانه چسبنده است و نمی­توان در خاکریزی‌ها از آن استفاده کرد. از طرفی مصالح مناسب برای این منظور (خاک درشت دانه) در فواصل دورتری قرار دارد که استفاده از آن مستلزم صرف هزینۀ هنگفتی است. در این راستا سعی بر بهسازی خاک منطقه با آهک و سرباره کوره فولادسازی است. در این تحقیق، بهسازی خاک ریزدانه این منطقه با افزودن آهک و سرباره بررسی شده است. بدین‌منظور بعد از نمونه‌برداری از خاک و انجام آزمایش­های شناسایی و تراکم، مقادیر متفاوتی از سرباره (10 و 20 و 30 درصد وزنی خاک) و آهک (2 و 4 و 6 درصد وزنی خاک خشک) به خاک افزوده شده و بعد از عمل آوری به مدت 28 روز، با انجام آزمایش­های تعیین حدود اتربرگ، تراکم، مقاومت فشاری تک‌‌محوری و CBR اشباع و غیراشباع، تأثیر این مواد در بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی خاک بررسی شده است. طبقه بندی خاک محل بر اساس طبقه­بندی یونیفاید، CL است و شاخص خمیری آن حدود 25 درصد و مقدار یون سولفات آن بیش از 5/0 درصد است. نتایج آزمایش­ها نشان می‌دهد که با افزودن سرباره و آهک در مقادیر مختلف به خاک منطقه، خواص فیزیکی و مکانیکی خاک به‌طور چشم‌گیری بهبود می­یابد، به‌طوری‌که شاخص خمیری خاک کاهش یافته و مقاومت فشاری و مقدار CBR افزایش می­یابد. هم‌چنین در آزمایش تراکم وزن مخصوص خاک افزایش و درصد رطوبت بهینه کاهش می‌یابد. نتایج نشان می­دهد که تأثیر آهک بر خاک رس نسبت به سرباره زیادتر است و سرباره در مقادیر کم‌تر از 35 درصد تأثیر چشم‌گیری در مقاومت فشاری خاک ندارد. اگرچه در نتایج آزمایش­های CBR غیراشباع در مقادیر سرباره بیش از 20 درصد، افرایش چشم‌گیری در باربری دیده می‌شود. براساس پژوهش‌های قبلی، به‌دلیل وجود یون سولفات نسبتاً زیاد در خاک، استفاده از آهک به تنهایی مناسب نبوده و سرباره می‌تواند علاوه بر بهبود فیزیکی شرایط خاک، به‌صورت شیمیایی از تشکیل کانی­های حجیم در اثر واکنش آهک با سولفات خاک (مثل کانی اترینگیت) جلوگیری کند.

---

در مناطق صنعتی ساحلی، علاوه بر وجود خاک سست اشباع، حمله سولفاتی به المان‌های بهسازی خاک از نوع خاک-سیمان به‌عنوان یک مشکل مضاعف مطرح است. استفاده از سیمان ضد سولفات تیپ پنج به‌عنوان روشی کاهندۀ اثرات تخریبی مربوط توصیه ‌شده است. با توجه به منابع محدود تولیدکننده این نوع سیمان، اولاً تعیین رابطه بین عیار سیمان مصرفی و مقاومت حاصل در محیط‌های سولفاته از سؤالات مهم مهندسی در این زمینه است و ثانیاً به‌عنوان گزینه‌ای جای‌گزین، استفاده از سیمان تیپ دو که در دسترس‌تر است در ترکیب با افزودنی‌های دیگر موردتوجه قرار می‌گیرد. تحقیق حاضر دو هدف مذکور را با ساخت نمونه‌های استوانه‌ای خاک-سیمان با ماسه، آب و سیمان‌های پرتلند ضد سولفات دنبال می‌کند. سولفات سدیم به‌عنوان سولفات موجود در خاک و آب استفاده شده است. در این تحقیق، اولاً رابطۀ عیار سیمان تیپ پنج و مقاومت تک‌محوری خاک-سیمان در سولفات 0% تا 5% به‌دست آمده است  که نشان می‏دهد عیار 400 کیلوگرم بر مترمکعب به شکل مناسبی افت مقاومت را در سولفات 2% کاهش می‏دهد. ثانیاً ، ترکیب سیمان تیپ دو با کلرید و هیدروکسید باریم آزموده شده است. نتایج حاکی از آن است که ترکیب سیمان تیپ دو با کلرید و هیدروکسید باریم، مقاومت‌های بیش‌تری، به‌ترتیب حدود 7/2 تا 3/3 برابر (در 362 روز) نسبت به خاک-سیمان حاوی سیمان تیپ پنج نتیجه می‌دهد؛ هم‌چنین مشاهده می‌شود که افزودنی هیدروکسید باریم در مقایسه با کلرید باریم (با همان نسبت اختلاط) بهتر توانسته است اثرات منفی سولفات بر مقاومت را کاهش دهد.

---

خاک­های رسی به دلیل کاهش شدید مقاومت و قابلیت افزایش حجم در اثر جذب رطوبت، به عنوان یکی از خاک­های مسئله­دار در کارهای مهندسی و عمرانی مطرح می­باشند. امروزه از نانو مواد همچون نانو رس در جهت بهسازی و تثبیت خاک های رسی استفاده می­شود. از سوی دیگر، حجم روز افزون نخاله­های حاصل از تخریب ساختمان­ها از جمله ذرات و قطعات سنگ مشکلات فراوانی را از نظر زیست محیطی در شهرهای بزرگ به وجود آورده­اند. هدف از این پژوهش، مطالعه امکان پذیری تاثیر ترکیب ماده افزودنی نانو رس و پودر سنگ آهک در خاک رس کوی نصر شهر تبریز جهت بهبود خــواص ﮊئــوتکنیکی از دیدگاه توانایی باربری و تغییر شکل می­باشد. در این تحقیق، نانو رس و پودر سنگ آهک در دو حالت جداگانه و ترکیبی با درصدهای 5 و 10 با خاک رس مخلوط شده­اند. عمل آوری بر روی نمونه­های تثبیت شده در مدت زمان 7،14 و28 روزه صورت گرفته است. به منظور ارزیابی میزان تاثیر گذاری مواد مذکور بر پارامترهای ژئوتکنیکی خاک رس آزمون­های آزمایشگاهی حدود آتربرگ، تراکم، تک محوری، برش مستقیم (تحت اثر تنش­های قائم 1، 2 و 3 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع) انجام گرفته است. نتایج نشان می­دهد تاثیر همزمان 5% نانو رس به همراه 10 % پودر سنگ آهک در مدت زمان عمل آوری 7 روزه در شرایط دمای محیط به خاک رس سبب کاهش شاخص خمیری به مقدار 72 % ، بهبود ساختار دانه بندی و کاهش فضای خالی و افزایش مقاومت برشی به میزان 33 % شده است.  





 

---

تثبیت و تسلیح خاک‌ها از دیرباز نقش مهمی در علوم عمرانی به خصوص در علم ژئوتکنیک ایفا کرده‌است و با گذشت زمان، نیاز به زمینی مقاوم‌تر و با ثبات‎‎‎‎‌تر برای تحمل بارهای ثقلی و نیروهای برشی بیشتر، اهمیت ویژه‌ای پیدا کردند. هم‌چنین در سال‌های اخیر با ورود محیط‌زیست به صنعت و ساخت و ساز، با هدف کاهش اثرات زایدات صنعتی و نخاله‌های ساختمانی بر محیط زندگی افراد و حفظ آن برای آیندگان، باعث کاهش هزینه های اقتصادی پروژه ها نیز می‌گردد. در این پژوهش به تسلیح خاک دانه‌ای در دو حالت سست و نیمه متراکم با استفاده از مواد زایداتی با نام کامل اتیلن-وینیل استات(EVA) پرداخته شده است.آزمایشات بدون افزودن رطوبت و به شیوه درصد وزنی، با استفاده از دستگاه CBR صورت گرفته‌است. نتایج نشان می‌دهد مقاومت خاک با استفاده از این مواد به طور قابل توجهی افزایش پیدا کرده و با کاهش وزن مخصوص خاک، تاثیر این مواد بر روی خاک بیشتر می‌شود. هم‌چنین مقدار بهینه خاک درحالت سست و نیمه متراکم به ترتیب 2% افزودنی و 1% افزودنی می‌باشد.
 

---

علت بسیاری از خرابی‌های ناشی از زلزله در نهشته‌های سست تا نیم متراکم اشباع روانگرایی است. بهسازی غیرفعال سایت یک مفهوم جدید است که بیانگر کاهش خطر روانگرایی، بدون اختلال، در سایت‌های توسعه‌یافته با سازه‌های بلند و حساس که در معرض خطر روانگرایی در طول زلزله هستند می‌باشد. مؤثر بودن روش بهسازی غیرفعال سایت به افزودنی مورد استفاده در این روش بستگی دارد. نانو سیلیکا کلوئیدی با ویسکوزیته نزدیک به آب، قابلیت نفوذ در محدوده گسترده‌ای از خاک‌ها، سازگاری بسیار خوب با محیط‌زیست و نسبت هزینه به عملکرد پایین در این پژوهش به‌منظور استفاده در بهسازی غیرفعال سایت مورد توجه قرار گرفته است. پژوهش‌های پیشین در زمینه بهسازی خاک با استفاده از نانو سیلیکای کلوئیدی بیشتر بر روی ماسه متمرکز بوده و پژوهش‌های محدودی بر روی ماسه سیلتی انجام شده است. بنابراین در این پژوهش تصمیم بر بررسی پتانسیل روانگرایی خاک ماسه سیلتی (40 درصد ماسه با 60 درصد لای) بهسازی شده با درصدهای مختلف نانو سیلیکای کلوئیدی (5wt%، 10wt% و 15wt%) تحت CSR های مختلف با استفاده از آزمایش سه محوری سیکلی به منظور بهسازی غیرفعال سایت می باشد. نتایج بیانگر آن است که به‌طور کلی بهسازی با گروت نانو سیلیکای کلوئیدی مقاومت روانگرایی ماسه سیلتی را در برابر بار سیکلی به میزان قابل توجهی افزایش و تغییر شکل‌ها را کاهش داده است و همچنین بهسازی با 5 درصد وزنی سیلیکای کلوئیدی پتانسیل و خطر روانگرایی را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد و راندمان بهسازی آن، بیشتر از 10 و 15 درصد وزنی سیلیکای کلوئیدی می‌باشد.

---

خاک مارن، خاکی مساله‌دار است که در بسیاری از مناطق ایران به خصوص شهر قم گستردگی قابل توجهی دارد. به منظور ساخت و ساز بر روی خاک های مارن، لازم است تا قبل از ساخت، بهسازی این خاک‌ها با روش‌های موجود انجام شود. امروزه یکی از روش‌های رایجی که به منظور بهسازی خاک‌های مارنی مورد توجه قرار گرفته است، بهسازی با افزودنی‌های مختلف است. در این مقاله اثر متقابل سیمان و سرباره مس بر پارامتر‌های ژئوتکنیکی خاک مارن شهر قم مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله، از سیمان پرتلند تیپ دو و سرباره مس مصرفی از کارخانه ذوب مس تهران به عنوان تثبیت‌کننده خاک مارن استفاده شده است. نمونه‌ها با استفاده از منحنی تراکم در درصد تراکم‌های 95 و 90 درصد و با رطوبت‌های سمت خشک و سمت تر منحنی تراکم ساخته شده و افزودنی‌ها به میزان 5 و 10 درصد وزن خشک خاک با نسبت آب به افزودنی 44 درصد به آن اضافه شده‌اند و نمونه ها در دو زمان عمل‌آوری 7 و 28 روز تحت آزمایش مقاومت فشاری تک‌محوری قرار گرفته‌اند. همچنین درادامه به منظور بررسی و تحلیل ریز‌ساختاری نمونه‌های بهسازی شده با سیمان و سرباره مس، نمونه‌ها با استفاده از آزمایش‌های XRD و SEM مورد تحلیل قرار گرفته‌اند. نتایج بدست آمده از آزمایش مقاومت فشاری تک‌محوری نشان می‌دهد که افزودن سیمان به تنهایی باعث افزایش مقاومت فشاری خاک می‌شود اما افزودن سرباره مس به تنهایی تغییر چندانی در مقاومت فشاری خاک به همراه ندارد. این در حالیست که با افزودن پنج درصد سیمان، با افزایش مقدار سرباره‌ی مس، مقاومت نمونه‌ها کاهش خواهد یافت، اما با اضافه کردن 10 درصد سیمان، افزایش مقدار سرباره‌ی مس منجر به افزایش مقاومت نمونه‌ها خواهد شد. نتایج بدست آمده از آزمایش های XRD و SEM نشان می‌دهد که با افزودن سیمان و سرباره مس به خاک مارن، اندازه ذرات افزایش می‌یابد و ساختار متراکم در خاک تثبیت شده ایجاد می‌شود که البته افزایش اندازه ذرات در درصد‌های مختلف سیمان و سرباره مس، تفاوت چندانی با یکدیگر ندارد. حد روانی نمونه‌ها نیز با افزایش درصد سیمان افزایش یافته و افزایش درصد سرباره مس باعث کاهش حد روانی می‌شود.

---