عنوان
مطالعه ويژگي¬هاي ژئوتکنيکي کنگلومراهاي شمال شرق همدان، شهرستان فامنين- روستاي تجرک
نویسنده (گان)
مهران نوري
چکیده مقاله
مطالعه ويژگي¬هاي ژئوتکنيکي کنگلومراهاي شمال شرق همدان، شهرستان فامنين- روستاي تجرک مهران نوري1‏* ، مجتبي حيدري2 ، بهروز رفيعي3 1- دانشجوي کارشناسي ارشد زمين شناسي مهندسي، دانشگاه بوعلي سينا همدان 2- استاد گروه زمين شناسي دانشگاه بوعلي سينا همدان 3- استاد گروه زمين شناسي دانشگاه بوعلي سينا همدان Noori_mehran90@yahoo.com چكيده شناخت ويژگي¬هاي ژئوتکنيکي سنگ¬ها در اجراي پروژه¬هاي مهندسي از اهميت بسزايي برخوردار است. در اين پژوهش جهت شناخت ويژگي¬هاي سنگ¬هاي کنگلومرايي شمال شرق همدان واقع در شهرستان فامنين روستاي تجرک سه نمونه¬ي بلوکي با ابعاد حدودا 50×50×30 cm از سنگ تهيه و در آزمايشگاه ويژگي¬هاي سنگ¬شناسي و ژئوتکنيکي آنها تعيين گرديد. ميانگين نتايج آزمايشات نشان مي¬دهد که تخلخل سنگ حدود 03/3درصد ، وزن مخصوص خشک سنگ حدود gr/cm3 57/2 و وزن مخصوص اشباع gr/cm360/2 مي¬باشد. مقاومت کششي در آزمايش بار نقطه¬اي در حالت خشک و اشباع نيز به ترتيب برابر10/116 و 91/66 مگاپاسکال و در آزمايش برزيلي به ترتيب برابر 66/5 و 24/3 مگاپاسکال مي¬باشد و نتايج آزمايش سرعت صوت نشان ميدهد که سرعت موج فشاري در حالت خشک و اشباع به ترتيب m/s 52/4360 و m/s 47/4761 و سرعت موج برشي در حالت خشک و اشباع به ترتيب m/s13/2426و m/s51/2586مي باشد و مقادير مدول يانگ در دو حالت خشک و اشباع به ترتيب Gpa 63/38و Gpa80/44 مي باشد. همچنين نتايج آزمايش سرعت صوت نشان ميدهد که ميزان ضريب سختي در دو حالت خشک واشباع به ترتيب Gpa 14/15 و Gpa 36/17 مي باشد. کلمات کليدي: ويژگي¬هاي ژئوتکنيکي، کنگلومرا، فامنين، تجرک 1- مقدمه اهميت مطالعه سنگهاي کنگلومرايي در کشور بدليل تنوع ويژگيهاي ژئوتکنيکي اين سنگها در نقاط مختلف و در تماس بودن آنها با بسياري از پروژه هاي عمراني مربوط ميباشد. بسياري از طرح هاي مهندسي بزرگ در ايران به خصوص در جنوب کشور بر روي سازندهاي کنگلومرايي بنا شده اند. لذا لزوم آگاهي از ويژگي هاي مکانيکي اين سنگها جهت انجام هر گونه عمليات منهدسي بيشتر مگردد. ويژگي هاي ژئوتکنيکي مصالح زمين شناسي را مي توان با توجه به طبيعت و کارايي آنها به دو گروه ويژگي هاي فيزيکي و ويژگي هاي مکانيکي تقسيم بندي نمود(خواجه ح.، 1381) خواص فيزيكي و مكانيكي توده¬هاي سنگي، پارامتر¬هاي مهمي در طراحي سازه¬هاي مهندسي و طبقه¬بندي توده سنگ¬ها براي اهداف مهندسي مي¬باشند با توجه به اينكه اكثر پروژه¬ها بر روي توده¬هاي سنگي و يا درون آنها اجرا مي¬گردند، لذا براي تحليل پايداري، طراحي و اجراي پروژه¬ها، آگاهي از خواص مهندسي سنگ¬ها و به ¬ويژه مقاومت آنها ضروري است (خانلري غ ر.، 1389). به همين منظور در اين بررسي که بر روي 36 نمونه مغزه کنگلومرايي که از بلوک هاي سنگي واقع در روستاي تجرک تهيه شده بود آزمون هاي مختلف آزمايشگاهي شامل آزمايش هاي شاخص (چگالي، دانسيته خشک و اشباع، درصد تخلخل، نسبت تخلخل، درصد جذب آب و وزن مخصوص جامد) و آزمايش هاي مقاومت بار نقطه اي، آزمايش کشش غيرمستقيم (برزيلين)، تعيين سرعت سير امواج و مدول الاستيسيته انجام گرديده است. 1-1- موقعيت جغرافيايي منطقه مورد مطالعه در 40 کيلومتري جاده فامنين - ساوه و در مسير بزرگراه همدان - ساوه واقع شده است (شکل1). اين محدوده مطالعاتي بين طول جغرافيايي ′20 ᵒ49 و ′23 ᵒ49 و عرض جغرافيايي ′07 ᵒ35 قرار گرفته است. شکل 1-موقعيت جغرافيايي منطقه تجرک و راه‌هاي دسترسي به آن 1-2- آب و هواي منطقه متوسط دما در حالت حداقل در 5 سال گذشته (1391-1387)، طبق آمار سازمان هواشناسي 7/3- درجه سانتي‌گراد در بهمن ماه 1389 و متوسط دما در حالت حداکثر در مرداد 1390 برابر 1/26 درجه سانتي‌گراد بوده است. بيشترين مقدار مجموع بارش در ده سال گذشته (1391-1381)، 8/328 ميلي متر در سال 89-1388 و کم‌ترين مقدار مجموع بارش، 4/101 ميلي متر در سال 87-1386 مي‌باشد. بيشترين مقدار بارش ماهانه در ارديبهشت 1389 به مقدار 90 ميلي متر مي‌باشد. متوسط رطوبت سالانه در حالت حداکثر در سال 89-1388 به مقدار 7/52 درصد و حداقل آن در سال 88-1387 به مقدار 8/38 درصد مي‌باشد (دوستي رودي ي.، 1392). 1-3- زمين¬شناسي منطقه مورد مطالعه از نظر تقسيم‌بندي زون‌هاي زمين شناسي ايران در زون ايران مرکزي قرار مي‌گيرد. تشکيلات زمين شناسي مشاهده در اين منطقه بيشتر، سازند قم با سن اليگوميوسن هستند. از نظر ليتولوژيکي، اين سازند در منطقه مورد نظر شامل کنگلومرا، ماسه سنگ، سيلتستون و مارن است (شکل 2) . زون ايران مرکزي، بزرگترين و قديمي‌ترين زون ساختماني ـ رسوبي ايران است که به شکل مثلث از شمال به رشته کوه‌هاي البرز و از جنوب و مغرب به زون سنندج ـ سيرجان و از شرق به بلوک لوت محدود مي‌شود. به دنبال يک فاز فرسايشي مهم که بر اثر حرکات کوهزايي پيرنه بر سراسر ايران مرکزي حادث شده است، رسوبات قرمز قاره‌اي در اکثر اين زون تشکيل شده و با پيشروي درياي قم، رسوبات اوليگوميوسن ايران مرکزي در پهنه‌ي مهمي از آن شکل گرفته‌اند(درويش زاده ع.، 1382). نهشته‌هاي کنگلومرايي پادگانه‌هاي آبرفتي مارن، آهک ماسه‌اي و آهک مارني مارن، ماسه سنگ ، آهک و کنگلومرا کنگلومرا و ماسه‌سنگ قرمز رسوبات مارني و آهک مارني آبرفت‌ها و تراس‌هاي آبرفت سنگ‌هاي دگرگوني خفيف اسليتي شکل 2- نقشه زمين¬شناسي منطقه مورد مطالعه(بلورچي م ح. و حاجيان ج)و(عميدي س م) 1-4- مواد و روش ها بعد از بازديد منطقه و برداشت نمونه¬ها به منظور انجام مطالعات آزمايشگاهي، ابتدا اقدام به تهيه مقطع نازک از سنگ گرديد سپس سه نمونه¬ي بلوکي با ابعاد حدودا 50×50×30 cm به محل آزمايشگاه زمين¬شناسي مهندسي دانشگاه بوعلي¬سينا همدان منتقل شد. در اين راستا آزمايش¬هاي تعيين تخلخل و چگالي، مقاومت کششي برزيلي، مقاومت فشاري تک محوري، مقاومت بار نقطه¬اي و سرعت موج انجام شد. 2-سنگ¬ شناسي با انجام نمونه¬برداري و تهيه مقطع نازک از سنگ¬هاي محل مورد مطالعه مشخص شد که اين سنگ داراي يک ماتريکس آهکي (ميکريتي) بوده که بعضا جاهايي با سيمان کربناته پر شده است که داراي خرده هاي آهکي، خرده هاي ماسه سنگي، خرده هاي دگرگوني، قطعات شيلي و قطعات تک بلوري شامل کوارتز مي¬باشد. مقطع مورد مطالعه داراي بافت دانه پشتيبان بوده که با توجه به اينکه دانه ها بهم متصل ميباشند و ميزان دانه بيش از ميزان ماتريکس است و همچنين مشاهده نمونه دستي نام سنگ با عنوان ارتو کنگلومراي پلي متيک نام گذاري گرديد (شکل 3). شکل 3- مقطع نازک کنگلومرا MRF: خرده سنگ دگرگوني، SRF: خرده ماسه سنگي، CRF: خرده سنگ آهکي، SH: شيل QT: کواتز 3-آزمايش¬هاي فيزيکي خواص فيزيكي يكي از مهم¬ترين ويژگي¬هايي است كه نقش مهمي در رفتار زمين¬شناسي مهندسي سنگ¬ها ايفا مي¬كند. از جمله اين خصوصيات مي¬توان به تخلخل، درصد رطوبت، درجه اشباع و دانسيته سنگ اشاره كرد(فهيمي فر ا. وسروش ح.، 1380). جهت اندازه¬گيري پارامترهاي مربوطه تعداد 15 نمونه مورد آزمايش قرار گرفت که ميانگين اندازه گيري¬ها در جدول 1 ارائه شده است. جدول 1- ميانگين نتايج آزمايش¬هاي فيزيکي بر روي سنگ¬هاي توفي جنوب شرق تفرش درصد رطوبت اشباع درصد جذب آب نسبت تخلخل تخلخل دانسيته اشباع (gr/cm3) دانسيته خشک (gr/cm3) وزن مخصوص جامد ω IV e n (%) γsat γd Gs 17/1 16/1 031/0 03/3 60/2 57/2 65/2 4-آزمايش¬هاي مکانيکي تعيين خواص و ويژگي¬هاي مكانيكي سنگ¬ها از مواردي است كه در مراحل اوليه اجراي سازه¬هاي مهندسي مد نظر قرار مي¬گيرند. شناخت ويژگي¬هاي مكانيكي هر منطقه با توجه به نوع سازه¬هايي كه در آن محل اجرا مي¬شود، از اهميت ويژه¬اي برخوردار است. برخي از ويژگي¬هاي مكانيكي سنگ¬ها مانند مقاومت فشاري تك¬محوري، مقاومت بار نقطه¬اي، مقاومت كششي غير¬مستقيم و سرعت صوت براي نمونه¬هاي کنگلومرا به شرح زير تعيين گرديده است: 4-1- آزمايش مقاومت فشاري تک¬محوري مقاومت فشاري تك¬محوري يكي از مهم¬ترين خواص مكانيكي سنگ مي¬باشد، كه نقش مهمي در ارزيابي رفتار مهندسي سنگ بكر ايفا مي¬كند. اين آزمايش بر اساس استانداردهاي ASTM D2938 و ISRM انجام شده است (فهيمي فر ا. و سروش ح.، 1380) و نتايج آن در جدول 2 ارائه گرديده است. جدول 2- نتايج حاصل از آزمايش مقاومت فشاري تک¬محوري ميانگين مقاومت فشاري تک محوري (Mpa) رده سنگ (Deere, miller 1966) نسبت مدولي (Er) مدول الاستيسيته متقاطع در 50% مقاومت نهايي (Et50%) مقاومت فشاري تک محوري (Mpa) نيروي باعث گسيختگي (KN) نسبت طول به قطر شرايط آزمايش شماره نمونه 42 DM 218.3 8077.1 37 84.693 2.67 خشک 1 DM 308.9 15136.1 49 112.161 2.70 خشک 2 DM 403.2 20563.2 51 116.739 2.65 خشک 3 DM 265.4 10881.4 41 93.849 2.71 خشک 3 DM 361.5 11568 32 73.248 2.69 خشک 5 14 EM 438.3 4821.3 11 25.179 2.62 اشباع 6 EM 290.6 6102.6 21 48.069 2.69 اشباع 7 EM 477.5 8117.5 17 38.913 2.64 اشباع 8 EM 371.9 2231.4 6 13.734 2.77 اشباع 9 EM 425.8 6387 15 34.335 2.76 اشباع 10 4-2- آزمايش بار نقطه¬اي آزمايش بار نقطه¬اي در دو حالت خشک، و اشباع و بر اساس استاندارد ASTM D 5731 بر روي 30 نمونه به صورت محوري انجام گرفته است. مقدار ميانگين شاخص مقاومت بار نقطه¬اي و مقاومت فشاري در جدول 3 ارائه شده است. جدول 3- نتايج آزمايش مقاومت بار نقطه¬اي کنگلومراي روستاي تجرک تعداد نمونه شرايط آزمايش مقدار Mpa))Is(50) Mpa)) رده بندي دير رده بندي بنياوسکي 15 اشباع حداقل 12/1 94/26 E D ميانگين 78/2 91/66 C C حداکثر 89/3 54/93 C C 15 خشک حداقل 78/1 79/42 D D ميانگين 83/4 10/116 C B حداکثر 11/6 64/146 B B 4-3- آزمايش کشش غيرمستقيم (برزيلين) اين آزمايش بر اساس استاندارد ASTM D3967 براي تعيين مقاومت کششي نمونه¬هاي استوانه¬اي سنگ بکر به طور غيرمستقيم به کار مي¬رود. توجيه اين آزمايش مبتني بر اين واقعيت تجربي است که با اعمال فشار قطري به نمونه¬هاي استوانه¬اي سنگ، تنش کششي در امتداد عمود بر محور بارگذاري گسترش يافته و زماني که اين تنش کششي از مقاومت کششي سنگ بيشتر شود، نمونه دچار گسيختگي مي¬گردد. جهت انجام اين آزمايش از 30 نمونه مغزه با نسبت طول به قطر حدوداً 65/0 استفاده شد که نتيجه آن در جدول 4 ارائه شده است. جدول 4- ميانگين نتايج آزمايش مقاومت کششي غيرمستقيم به روش برزيلين اشباع خشک شرايط نمونه 24/3 66/5 σt (MPa) 4-4- آزمايش سرعت صوت و ثابت¬هاي الاستيک ديناميکي امروزه استفاده از روش هاي ديناميکي براي برآورد دقيق و سريع ثابت هاي الاستيک در مهندسي سنک کاملا پذيرفته شده است و از آنجايي که اين آزمايش ها غير مخرب هستند، مورد استقبال زيادي قرار گرفته اند. روش کار عبارت است از ارسال امواج الاستيک به داخل نمونه و اندازه گيري سرعت امواج فشاري (اتساعي يا طولي ) و برشي (پيچشي يا عرضي) در آن است. سرعت اين امواج بستگي به مقاومت فشاري و کششي سنگ يا به طور کلي کيفيت سنگ دارد . بنابراين رابطه مستقيمي بين ثابت هاي الاستيک سنگ و سرعت امواج الاستيک وجود دارد. البته ثابت هايي که با اين روش تعيين مي گردند مربوط به کرنش هاي بسيار کم هستند، چرا که المان هاي پيزوالکتريک مورد استفاده در اين روش ها قادر نيستند سطح تنش بالايي در نمونه به وجود آورند. سرعت امواج فشاري و برشي با توجه به زمان گذر موج از فرستنده به گيرنده در طول نمونه محاسبه مي گردد و معمولاً سرعت امواج برشي (Vs) دوسوم سرعت امواج فشاري (Vp) مي باشد. آزمايش بر اساس استاندارد (ASTM D2845 , ISRM 1981) انجام شده است که نتايج آن در جدول 5 و 6 ارائه شده است (فهيمي فر ا. و سروش ح.، 1380). جدول 5- نتايج مربوط به آزمون تعيين سرعت امواج در کنگلومراي تجرک در حالت خشک تعداد نمونه مقدار سرعت موج فشاري (m/s) سرعت موج برشي (m/s) مدول يانک (Gpa) ضريب سختي (Gpa) چگالي خشک 8 حداقل 5/3761 54/2186 91/29 12 2.51 ميانگين 52/4360 13/2426 63/38 14/15 2.57 حداکثر 1/4883 17/2635 63/46 01/18 2.70 جدول 6- نتايج مربوط به آزمون تعيين سرعت امواج در کنگلومراي تجرک در حالت اشباع تعداد نمونه مقدار سرعت موج فشاري (m/s) سرعت موج برشي (m/s) مدول يانک (Gpa) ضريب سختي (Gpa) چگالي اشباع 8 حداقل 4381 33/2434 33/39 38/15 2.54 ميانگين 47/4761 51/2586 80/44 36/17 2.74 حداکثر 71/5200 21/2762 77/51 85/19 2.60 5- نتيجه¬گيري  بر اساس طبقه¬بندي آنون(1979) سنگ¬هاي مورد مطالعه از نظر وزن مخصوص، در رده سنگ¬هاي با وزن مخصوص بالا (g/cm3 57/2) و از نظر تخلخل در رده سنگ¬هاي با تخلخل پائين قرار دارند.  درصد تخلخل بعنوان يک پارامتر فيزيکي مي تواند ارزيابي نسبتا دقيقي از رفتار مهندسي سنگ ارائه دهد.  با توجه به مقدار مقاومت تراکمي تک¬محوره و نسبت مدولي و بر اساس طبقه¬بندي دير و ميلر، سنگ¬هاي مورد مطالعه در حالت خشک در رده DMو در حالت اشباع در رده EM قرار مي¬گيرند.  با توجه به ميانگين چگالي سنگ هاي کنگلومرايي مورد مطالعه (57/2 ، 60/2) و کم بودن دامنه تغييرات چگالي در سنگ هاي فوق، تنوع کاني شناسي آنها کم بوده و کاني هاي آنها از نوع سبک محسوب مي شوند.  با افزايش دانسيته سنگ هاي کنگلومرايي مورد مطالعه، سرعت امواج تراکمي و برشي افزايش مي يابد.  با توجه به نتايج آزمايش مقاومت فشاري تک محوره سنگ هاي کنگلومرايي روستاي تجرک مشخص گرديد اين سنگ ها طبق تقسيم بندي انجمن بين المللي مکانيک سنگ جزو سنگهاي با مقاومت متوسط و طبق تقسيم بندي انجمن بين المللي زمين شناسي مهندسي جزو سنگ هاي با مقاومت نسبتا سخت و طبق تقسيم بندي انجمن زمين شناسي جزو سنگ هاي با مقاومت نسبتا سخت قرار ميگيرند. منابع اطلس راه هاي ايران. سازمان جغرافيايي و کارتوگرافي. دور دوم. چاپ نهم. 104 صفحه. بلورچي، م.، ح، حاجيان، ج. نقشه زمين شناسي کبودرآهنگ، مقياس 1:250000، سازمان زمين شناسي و اكتشافات معدني كشور. خانلري، غ. ر.، (1389)، اصول مکانيک سنگ، انتشارات دانشگاه بوعلي سينا همدان. خواجه، حسين، 1381. بررسي خواص مهندسي و ژئوتکنيکي کنگلومراهاي ساختگاه سد آغ چاي خوي. پايان نامه کارشناسي ارشد زمين شناسي مهندسي، دانشکده علوم. دانشگاه بوعلي سينا. درويش زاده، ع.، 1382. زمين شناسي ايران. چاپ دوم. انتشارات اميرکبير. دوستي رودي، ياسر، 1392. مطالعه خواص مهندسي مارن هاي سازند قم در شمال شرق استان همدان با تاکيد بر مصالح ساخت آجر. پايان نامه کارشناسي ارشد زمين شناسي مهندسي، دانشکده علوم. دانشگاه بوعلي سينا. عميدي، س. م، نقشه زمين شناسي ساوه، مقياس 1:250000، سازمان زمين شناسي و اكتشافات معدني كشور. فهيمي¬فر، ا.، سروش. ح.، (1380)، آزمايش هاي مکانيک سنگ، جلد اول، انتشارات شرکت سهامي آزمايشگاه فني و مکانيک خاک.

متن کامل مقاله