بخشی از مقاله
بررسی ژئوفیزیکی و ژئوتکنیکی ترانشه شماره 1 راه آهن میانه- اردبیل برای شناسایی زونهای سست و ناپایدار
چکیده
مقاله پیش رو از یکسو به مطالعات ژئوفیزیکی مسیر راهآهن میانه-- اردبیل که با استفاده از روشهای لرزهنگاری مهندسی و مقاومت ویژه الکتریکی انجام شده، پرداخته و از سوی دیگر نگاهی نیز به دادههای حاصل از آزمایشات ژئوتکنیکی دارد و در نهایت با تکیه بر نتایج حاصل از این مطالعات، پایداری مسیر ترانشه راهآهن میانه - اردبیل و علت ناپایدار بودن آن در قسمتی از مسیررا بررسی میکند. روشهای ژئوفیزیکی که در انجام این مطالعات به کار گرفته شده روش لرزه-نگاری شکست مرزی با استفاده از امواج فشاری بر روی پروفیلهای سطحی و مقاومت ویژه با آرایه CRSP میباشد همچنین منحنیهای دانه-بندی خاک و نمودارهای حاصل از برش مستقیم خاک در انواع حالتهای زهکشی و اشباع بر روی نمونههای دستخورده و دستنخورده در حالتهای تحکیم یافته و نیافته و نیز نتایج آزمایش تکمحوری ودانسیته در محل، دادههای مربوط به مطالعات ژئوتکنیکی را تشکیل میدهند. براساس پردازش و تفسیر مجموع این دادهها، تحلیل پایداری منطقه صورت گرفته و نقاط دارای ضعف ژئوتکنیکی معرفی شدهاند.
-1 مقدمه
در دهههای اخیر استفاده از روشهای ژئوفیزیکی برای به دست آوردن اطلاعات از زیر سطح زمین افزایش یافته است. 1(Asry 2012) در صورتی که این روشها به درستی و متناسب با هدف مطالعه انتخاب شوند احتمال موفقیت نتایج افزایش مییابد .2(Maria.S.P 2009) هر چند روشهای ژئوفیزیکی مختلف در مطالعات ساختگاهی نیز به کار برده میشوند اما دو روش لرزهنگاری مهندسی و روش مقاومت ویژه الکتریکی دارای جایگاه ویژهای در این مطالعات هستند و کاربرد آنها به مراتب بیشتر از روشهای دیگر است. شاید علت این مقبولیت این است که روشهای یاد شده مکمل یکدیگر بوده و میتوانند به خوبی کاستیهای هم را پوشش دهند.
لرزهنگاری از اساسیترین روشهای مطالعات ژئوفیزیکی برای بررسی وضعیت لایههای زمین در ژرفاهای مختلف میباشد که اولین بار در سال 1921 به کار گرفته شد. 3(Chaubey.A.K 2002) و در حال حاضر به طور گسترده برای کمک به حل مسائل زمینشناسی مهندسی استفاده میشود. درمطالعات ساختگاهی برای تعیین مقاومت فشاری خاک، 4(Wiliam.R.A 2003) قابلیت جوشش خاک، اندازهگیری سرعت موج برشی در خاک 5( Thompson.E.M 2007)و به تبع آن پارامترهای مدول یانگ، مدول برشی، مدول بالک و نسبت پواسون 6(ASTM)و آنالیز جنبش لرزهای زمین در نزدیک سطح (اثر سایش بر جنبش زمین (ISRM 71988) اقدام به طبقهبندی پروفیل خاک با استفاده از روشهای لرزهای می-شود. روشهای لرزهای شکست مرزی، گرادیان سرعت و لرزهنگاری درونچاهی روشهایی هستند که اغلب برای این منظورمورد استفاده قرار میگیرند. در این مطالعه نیز روش لرزهای شکست مرزی به کار گرفته شده است.
در مورد روش مقاومت ویژه میتوان گفت که این روش نیز اطلاعات مهندسی مفیدی از وضعیت سنگ کف، ترکیب لایههای زمینشناسی و وجود و گسترش حفرههای زیرزمینی ارائه میدهد. .8( Fatoba J.O 2005)
علاوه بر نتایج روشهای ژئوفیزیکی، دادههای حاصل از آزمایشات متعدد ژئوتکنیکی از جمله منحنیهای مربوط به دانهبندی خاک، آزمایش برش مستقیم خاک و آزمایش تک محور و دانسیته در محل برای برری دقیقتر منطقه از نظر زمینشناسی مهندسی مورد استفاده قرار گرفته شده است.
شرای زمین شناسی بسیار پیچیده منطقه و رخداد نشست در برخی از بخشهای منطقه به صورت پراکنده و همچنین ریزش ترانشه در کیلومتر 385 مسیر لزوم استفاده از همه روشهای یاد شده را توجیه میکند.
-2 موقعیت جغرافیایی و زمین شناسی عمومی منطقه مورد مطالعه
ترانشه مورد مطالعه که بخشی از پروژه ملی راهآهن میانه- اردبیل است، در استان آذرباییجان شرقی و در محدوده شهرستان میانه واقع شده است. این مسیر در حدود 15 کیلومتری شمال خاوری میانه و در 6 کیلومتری باختر روستای گوندوغدی قرار دارد. (شکل (1-2
شکل :1-2 موقعیت جغرافیایی مسیر مورد مطالعه
از دیدگاه زمین شناسی ساختگاهی ترانشه مورد مطالعه در واحدهای مارنی، رس با میان لایههایی از کنگلومرا، گچ و آهک قرارگرفته است. زمین شناسی مسیر مورد نظر بسیار پیچیده بوده که دارای لایههای نازک و به هم ریخته از واحدهای اشاره شده میباشد. واحدهای رسی و گچی موجود در مسیر بر اثر جذب آب و افزایش حجم در زمانهای بارندگی و از دست دادن آب در فصلهای خشک باعث به هم خوردن تعادل لایهها شده و مشکلاتی از نظر زمینشناسی مهندسی مانند: فرونشست و ریزش به وجود آورده است. تکتونیک منطقه شدید بوده و باعث پیچیدگی بیشتر شرای زمینشناسی محل شده است. به طور کلی خردشدگی، فرونشست و ریزش از مشکلات اصلی این مطالعه بوده است.
شکل :2-2 نمایی از بخش رانشی دیوار سمت راست ترانشه
-3 تئوری روشهای ژئوفیزیکی
-1-3 روش لرزهنگاری مهندسی
لرزهنگاری مهندسی یکی از زیر مجموعههای مهم روشهای لرزهنگاری است که در مطالعات عمرانی از جمله مطالعات ساختگاهی مورد استفاده قرار میگیرد. با توجه به اینکه با انجام این مطالعات میتوان دادههای ارزندهای به صورت برجا به دست آورد گسترش این روشها در مطالعات ساختگاهی روز افزون است. از مهمترین زیر مجموعههای لرزهنگاری مهندسی، لرزهنگاری شکست مرزی است که در این پروژه مورد استفاده قرار گرفته است.
اساس لرزهنگاری شکست مرزی استفاده از نخسستین امواج ورودی به گیرندهها است. در بسیاری از موارد در طبیعت از جمله ترانشه مورد مطالعه، سرعت گسترش امواج در پیکرهها ثابت نیست و به عبارتی با گرادیان سرعت روبهرو هستیم از همین رو نمودارهای سرعت-زمان به دست آمده را با روش )SKOPEC( تفسیر میکنیم.
در محل ترانشه یک پروفیل سراسری لرزهنگاری به صورت زیر طراحی و برداشت شده است.
- طول پروفیل : حدود 055 متر (تقریبا برابر طول ترانشه)
- تعداد چشمههای لرزهای : 88 چشمه
- فاصله چشمهها 05 متر
- تعداد گیرندهها در بین دو چشمه لرزهای متوالی : 0 گیرنده
- وسیله تولید موج : چکش
کوشش شده است تا در هنگام تولید موج در هر یک از چشمههای لرزهای حداکثر تعداد گیرندههای ممکن به کار گرفته شود. در روش لرزهنگاری شکست مرزی به کمک دادههای لرزهنگاری نمودارهای زمان- فاصله برای فواصل 111 متر به 111 متر از ابتدای ترانشه رسم شده که در ادامه این نمودارها آورده شده است. با توجه به نمودارهای زمان- فاصله سرعت ها در لایهی اول محاسبه شده و به کمک روش گرادیان سرعت، سرعتها در محل تلاقی منحنیهای حاصل از دو چشمهی روبهرو محاسبه گردیده است. با در اختیار داشتن سرعتهای متناظر میتوان ضخامت لایهها را محاسبه و نیمرخهای لرزهای را برای سرعت امواج فشاری رسم نمود.
شکل :1-3 نمودار زمان- فاصله برای ابتدای ترانشه تا فاصله 117 /5 متری
-2-3 روش مقاومت ویژه الکتریکی
در روش مقاومت ویژهی الکتریکی از یک روش جدید (CRSP) استفاده شده است. این روش ترکیبی از گمانهزنی و پروفیل زنی الکتریکی است.
با توجه به درازای ترانشهی محدوده مورد مطالعه، و محدود بودن میزان برداشتهای ژئوفیزیکی یک پروفیل بلند در درازای ترانشه، طراحی و برداشت شد. همانگونه که اشاره شد، طراحی به گونه ای انجام شده است که بتوان در راستای این پروفیل شبه نیمرخهای مقاومت ویژهی الکتریکی تا ژرفای حدود 31 تا 41 متری تهیه نمود.
طراحی این شبه نیمرخ به گونهای انجام شده که :
- یک پوشش کامل از دادهها در طول شبه نیمرخ (در طول کل ترانشه) بدست آید.
- فواصل نقاط اندازهگیری در طول شبه نیمرخ حدود 5 متر باشد.
- فواصل نقاط اندازهگیری در جهت ژرفا نیز حدود 5 متر باشد.
- شبه نیمرخ مقاومت ویژهی الکتریکی را بتوان به صورت پیوسته تهیه نمود.
- دقت دادهها برای تفکیک آنومالیها کافی باشد.
- در صورت نیاز بتوان مقاومت ویژهی الکتریکی حقیقی را بدست آورد.
با رسم شبه نیمرخهای مقاومت ویژه ی الکتریکی و تفسیر آنها با نیمرخهای لرزهای میتوان به وجود پیکرههای سست و ناپایدار و همچنین حفرههای احتمالی پیبرد.
-4 تفسیر دادهها
دادههای حاصل از برداشتهای صحرایی مورد پردازش قرار گرفته و محاسبات لازم در مورد آنها انجام و شبه نیمرخهای مقاومت ویژه الکتریکی و لرزهای تهیه شده است. همچنین با انجام محاسبات بر روی دادههای آزمایشهای ژئوتکنیکی مقاومت نمونهها، و در نتیجه پایداری منطقه ، علت ریزش و راهکارهای پیش رو مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. از آنجایی که امکان بررسی تمامی برداشتها در این مقاله وجود ندارد تنها به آوردن یک نمونه از هر کدام بسنده میکنیم.
-1-4 شبه نیمرخهای I
این شبه نیمرخها در 111 متر ابتدایی ترانشه تهیه شدهاند. شبه نیمرخ مقاومت ویژه الکتریکی در شکل 3 و شبه نیمرخ سرعت امواج فشاری در شکل 4 ارائه شدهاند.
شکل :1-4 شبه نیمرخ مقاومت ویژه الکتریکی ظاهری در 111 متر اول ترانشه
در 31 متر ابتدایی ترانشه تناوبی از سنگهای رسوبی، شیل، مارن و ژیپس و در مواردی واریزه وجود دارد (که مقاومت ویژه الکتریکی آنها کم و عموما کمتر از 15 اهممتر است). میزان رس در ترکیب آنها زیاد است به همین دلیل در مجموع بر اساس شبه نیمرخ لرزهای، سرعت امواج P در این محدوده در سطح در ابتدای پروفیل حدود 611 متر و در فاصله 25 تا61 متری از آن حدود 351 متر بر ثانیه است که نشان میدهد از فاصله حدود 25 تا61 متری حدود 2±1/5متر خاک دستی است که در اثر حفر ترانشه
عمق دیده میشود. بهگونهای که در ژرفای حدود 15 متری به بیش از 2111 متر بر ثانیه میرسد که نشان از تراکم نسبتا خوب
