زمین شناسی مهندسی
سال:1388 | دوره:3 | شماره:2 |تعداد مقالات:7

در بسیاری از موارد، تحقیق در باره طراحی و اجرای سازه های زیرزمینی منحصرا با تخمین پارامترهای ژئومکانیکی توده خاک انجام می شود. بیان کمی و کیفی این پارامترها همانند حالت اولیه تنش ها، سطح آب زیرزمینی و نفوذ پذیری بسیار مشکل است. برای رفع چنین مشکلی از پژوهش های صحرایی و تکنیک های تحلیل برگشتی استفاده می شود. هدف این روش ها صرفا تعیین مدل مکانیکی یا مقادیر ثابت های مکانیکی و نیروهای خارجی نبوده، بلکه اندازه گیری جابه جایی ها پیرامون سازه های زیرزمینی با ابزارهای رفتارنگاری و تعیین بارها بر روی نگهدارنده ها و نهایتا ارزیابی روش های طراحی پروژه مورد نظر در طی اجرای آن است. در این مقاله داده های حاصل از رفتارسنجی تونل متروی کرج - خط 2 قطعه اول به طول 2495 متر به عنوان داده های اولیه تحلیل برگشتی به روش تک متغیره متناوب جهت مدل سازی در نرم افزار Plaxis 3D استفاده شده است. نهایتا با انجام عمل تحلیل برگشتی پارامترهای ژئومکانیکی توده خاک یعنی مدول الاستسیته، مدول پواسون، چسپندگی و زاویه اصطکاک داخلی که متفاوت با مقادیر ارائه شده اولیه است، برآورد شد.

بررسی ویژگی های مهندسی مصالح ترانشه های آبرفتی و سیمانی شده محوطه برج میلاد تهران و نتایج تحلیل پایداری درحالت استاتیکی با استفاده از نرم افزارهای المان محدود و همچنین بررسی قابلیت شبکه های عصبی مصنوعی برای محاسبه ضرایب پایداری موضوع این مقاله است. بر اساس مشخصات هندسی ترانشه ها و ویژگی های مقاومتی و تغییرشکلی آبرفت، ضریب پایداری ترانشه ها در حالت های دو بعدی و سه بعدی، به ترتیب با استفاده از نرم افزارهای PLAXIS7.2 وPLAXIS 3D Tunnel ، محاسبه و نتایج حاصل با یک دیگر مقایسه شده است. در ادامه قابلیت شبکه های عصبی مصنوعی(ANNs)  در به دست آوردن ضریب پایداری (FoS) ترانشه های مسیرهای دسترسی برج میلاد بررسی شده است. بانک اطلاعات به کار رفته در شبکه، شامل ضرایب تحلیل پایداری حاصل از 256 گزینه مختلف (2D، 3D، ترانشه افقی و یا با شیب 18o نسبت به افق در بالا) است. برای مساله مورد نظر، برنامه شبکه های عصبی مصنوعی سه لایه پرسپترون(MLP)  در محیط MATLAB7 نوشته شد و شبکه بهینه (تعداد لایه های مخفی، تابع تبدیل و نوع آموزش شبکه) به طریق سعی و خطا، و با توجه به شاخص های خطا و تطابق با داده ها انتخاب شد. پارامترهای ورودی شبکه شامل مشخصات ژئوتکنیکی و هندسی ترانشه ها (چسبندگی، زاویه اصطکاک، مدول یانگ، ارتفاع شیب، شیب ترانشه و زاویه اتساع) و پارامترهای خروجی شامل ضرایب پایداری در حالت های مختلف است. نتایج نشان می دهد که ANNs قابلیت بسیار مناسبی در تخمین ضرایب پایداری ترانشه ها در کلیه موارد بررسی شده دارد.

مراکز دفن مواد زائد به منظور جداسازی زباله دفن شده از محیط اطراف و آب های زیرزمینی طراحی می شوند. پوششی که در کف مراکز دفن قرار می گیرد، از اهمیت زیادی برخوردار است چرا که از انتقال آلودگی به آب های زیرزمینی جلوگیری می کند. پوشش کف می تواند مخلوطی از خاک محل و بنتونیت باشد. در این پژوهش به بررسی اثر دو نمک NaCl و  MgCl2در چندین غلظت بر روی مشخصات مخلوط خاک محل- بنتونیت در دو نسبت 100:10 و 100:20 (10 و 20 درصد وزنی بنتونیت و 100 درصد وزنی کل مخلوط خاک) پرداخته شده است. آزمایش های انجام گرفته شامل آزمایش تحکیم یک بعدی به منظور تعیین نفوذپذیری و فشردگی مخلوط های خاک، آزمایش تعیین حدود آتربرگ و آزمایش تورم آزاد است. نتایج نشان می دهد که نوع نمک و غلظت آن بر مشخصات مخلوط خاک موثر است. مقایسه محلول های نمک نشان می دهد که کاتیون های دوظرفیتی نسبت به کاتیون های تک ظرفیتی بر روی هدایت هیدرولیکی مخلوط اثر بیش تری دارند. مقایسه اثر غلظت های مختلف نمک در یک نوع نمک بر روی مخلوط خاک مشخص، بیان گر این است که با کاهش غلظت نمک، هدایت هیدرولیکی کاهش می یابد. این پدیده بر اساس تئوری لایه دوگانه پخشیده قابل توجیه است.

دشت سیلاخور بروجرد بین دو زون زاگرس مرتفع و سنندج - سیرجان است و یکی از مناطق لرزه خیز کشور به شمار می رود. بررسی گسل های منطقه و کانون های سطحی زمین لرزه ها در منطقه نیز نشان دهنده وقوع زمین لرزه هایی با تعداد نسبتا زیاد و بزرگی متوسط تا بزرگ است. بررسی زمین لرزه های تاریخی نیز نشان دهنده بروز زمین لرزه های متعددی در گستره بررسی شده درگذشته است و گستره بیشینه تخریب و صفحه گسل در سازوکارهای کانونی تعیین شده از روند شمال غربی - جنوب شرقی آن ها تبعیت می کنند. بررسی توزیع مکانی پس لرزه های زمین لرزه 31/2/1384 بروجرد بر روی نقشه توپوگرافی منطقه، نشان می دهد که اکثر پس لرزه ها در منطقه کانون سطحی زمین لرزه اصلی یعنی در ناحیه گسل قلعه حاتم به وقوع پیوسته اند. هم چنین با تعیین محل پس لرزه های زمین لرزه 13/1/1385 مشخص شد که اکثر پس لرزه ها در منطقه کانون سطحی زمین لرزه اصلی، یعنی گسل دورود بوقوع پیوسته اند. به عبارت دیگر، فعال شدن گسل مسبب زمین لرزه های اصلی ایجاد کننده پس لرزه ها بوده است. همچنین سازوکارهای محاسبه شده برای زلزله ها در این پژوهش، اکثرا امتدادلغز راست گرد را در کنار سازوکارهای فشارشی و کششی نشان می دهند. وجود این سازوکارهای متفاوت در کنار هم دیگر نشان دهنده وقوع پدیده افراز در این ناحیه از زاگرس است.

بررسی رفتار لرزه ای سدهای خاکی یکی از مهم ترین موضوع های قابل طرح در دانش ژئوتکنیک است. در بررسی رفتار سد ها در برابر پدیده زلزله، بهترین روش، تدقیق مدل های عددی و تحلیلی با پاسخ های واقعی ثبت شده در بدنه سد است. در دسترس بودن شتاب نگاشت های ثبت شده زلزله بر روی سد خاکی-سنگریزه ای مسجد سلیمان، زمینه مناسبی را برای نیل به این هدف فراهم کرده است و بر این اساس، سد مذکور برای بررسی موردی انتخاب شده است. در این تحقیق با استفاده از شتاب نگاشت ثبت شده در گالری به عنوان محرک ورودی، تحلیل های عددی بدنه و پی سد مسجد سلیمان در محدوده دو بعدی صورت پذیرفته و مساله اندرکنش پی سد خاکی بررسی شده است. لازم به ذکر است شتاب نگاشت های ثبت شده زلزله، ضعیف بوده و در نتیجه گیری نهایی و تحلیل لرزه ای پاسخ سد نیز به این امر توجه شده است. بر این اساس در این تحقیق با در دسترس بودن شتاب نگاشت های ثبت شده در نقاط مختلف سد مذکور، جرم های مختلفی برای پی سد در نظر گرفته شده و تحلیل های عددی انجام شده است. پاسخ های به دست آمده از تحلیل های عددی با پاسخ های ثبت شده مقایسه شده است و درباره میزان در نظرگیری جرم پی با استفاده از معیارهای مختلف بحث شده است. بررسی ها نشان داده است که یکی از بهترین معیارها در این مقایسه، استفاده از توزیع زمان - فرکانس در تحلیل شتاب نگاشت های ثبت و محاسبه شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که صرف نظر کردن از جرم پی الزاما به بهترین پاسخ دینامیکی برای سد خاکی منجر نمی گردد. با توجه به معیارهای مختلف در نظر گرفته شده در این تحقیق و با توجه به ضعیف بودن محرک ورودی ثبت شده و فرض رفتار خطی سد، به نظر می رسد پی با جرم زیر 50 درصد (در حدود 20-30 درصد) نزدیک ترین پاسخ به رفتار ثبت شده سد را به همراه داشته باشد.

شرایط شناوری در خاک مخلوط شن و ماسه ای، به حالتی اطلاق می شود که شن دانه ها درصد اندکی از مخلوط را تشکیل داده، در بخش ماتریس ماسه شناور بوده و تماس اندکی بین آن ها برقرار است. در این حالت، مقاومت و خصوصیات تغییر شکل خاک تحت تاثیر بخش ریزتر یعنی ماسه خواهد بود. با افزایش مقدار شن تماس بین ذرات شن دانه ایجاد شده و ماسه فقط فضای خالی ما بین آن ها را پر خواهد نمود. این وضعیت حالت غیرشناوری شن دانه ها را نشان می دهد. مقاومت و خصوصیات تغییر شکل خاک در این حالت توسط بخش درشت تر مخلوط یعنی شن کنترل می شود. در تحقیق حاضر برای ارزیابی رفتار مقاومت برشی مخلوط های شن و ماسه در شرایط غیرشناوری شن دانه ها، از دستگاه آزمایش برش مستقیم بزرگ مقیاس با ابعاد جعبه برش 160 ×300×300 میلی متر استفاده شده است. شن با دانه بندی یک نواخت و حداکثر اندازه 5/12 میلی متر با شکل گردگوشه به عنوان بخش درشت تر به کار رفته است. برای قسمت ریزتر نیز از ماسه بد دانه بندی شده سواحل بابلسر استفاده شده است. نمونه های مخلوط شن و ماسه به صورت کاملا خشک در چهاردرصد وزنی شن متفاوت 70، 80، 90 و 100 و در سه تراکم نسبی 35، 60 و 85 درصد آماده و تحت سربار های 100، 200 و 300 کیلو پاسکال آزمایش شده اند. نتایج این تحقیق نشان می دهد که ازدیاد تراکم نسبی و درصد شن دانه سبب افزایش مقاومت برشی خاک های مخلوط شن و ماسه می شود. همچنین نرخ تغییرات مقاومت برشی یا زاویه اصطکاک خاک با درصد شن دانه، در مقادیر پایین تر از حد شناوری که رفتار توسط ماتریس ماسه ای ریزتر کنترل می شود شدیدتر از مقادیر نظیر در بالاتر از حد شناوری است که رفتار خاک مخلوط به وسیله بخش درشت تر شنی کنترل می شود.

تزریق با فشار بسیار بالا روشی برای اصلاح خاک است که در آن آب یا دوغاب، با فشار بسیار بالا و سرعت زیاد از طریق نازل هایی به داخل خاک تزریق شده و باعث تخریب ساختار خاک می شود. طی این فرآیند، بخشی از ذرات خاک و دوغاب از درون گمانه حفاری بیرون آمده و بخشی دیگر به صورت درجا با دوغاب مخلوط می شوند. در نتیجه این فرآیند، توده ای از خاک اصلاح شده به وجود می آید که به آن اصطلاحا توده خاک - سیمان اطلاق می شود. ستون های خاک- سیمان ایجاد شده از طریق روش تزریق با فشار بالا در داخل خاک، دارای مقاومت بالا، تغییر شکل پذیری اندک و نفوذپذیری بسیار پایین هستند و باعث تقویت خصوصیات خاک محل می شوند. در مقاله حاضر ابتدا اصول تزریق با فشار بالا و عوامل موثر در این روش تشریح شده است، سپس به بررسی نتایج حاصل از خاک برداری اطراف ستون های خاک- سیمان ایجادشده با تزریق با فشار بسیار بالای آزمایشی و آزمایش های انجام شده روی نمونه های اخذ شده از این ستون ها پرداخته شده است. با توجه به نتایج به دست آمده از آزمون های مذکور، عملیات تزریق با فشار بسیار بالا باعث افزایش و تقویت خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک محل از جمله مقاومت فشاری تک محوری، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی تا چندین برابر شده است. در پایان نیز مقادیر پارامترهای تزریق با فشار بسیار بالا برای دست یابی به اقطار بیشتر در سایت مذکور (بر اساس نتایج تزریق آزمایشی)، از قبیل سرعت بالا کشیدن مانیتور، سرعت دوران مانیتور، فشار آب، فشار دوغاب و فشار هوا پیشنهاد شده است.