بخشی از مقاله
چکیده:
به منظور ایجاد روابط تجربی بین مقاومت الکتریکی لایه های زیرسطحی و برخی پارامترهای ژئوتکنیکی، از نتایج آزمایشات تعیین دانسیته خشک، درجه پوکی، نفوذ استاندارد و تعیین درصد رطوبت بر روی نمونه های خاک 33 گمانه حفاری شده تا حداکثر 30 متر و همچنین از اطلاعات 19 پیمایش ژئوالکتریکی در شهر مشهد استفاده شده است. از بین مشخصات ژئوتکنیکی بررسی شده، پارامترهای دانسیته خشک و درجه پوکی که به نوعی نشان دهنده میزان فشردگی و قابلیت تراکم پذیری خاک هستند از اهمیت ویژه ای برخوردارند.
به طور کلی ایجاد رابطه منطقی بین اطلاعات پیمایش های ژئوالکتریک با خواص مهندسی خاک ها به دلیل صرفه جویی در زمان برای مشخص کردن لایه های زیرسطحی مؤثر و مفید می باشد. بر اساس نتایج به دست آمده در خاک های رسی، خاک های سیلتی و رس سیلتی به ترتیب بیشترین میزان میانگین دانسیته خشک خاک برابر با 1/71، 1/64 و 1/56گرم بر سانتی متر مکعب مربوط به بیشترین محدوده مقاومت الکتریکی می باشد در واقع بین پارامترهای دانسیته خشک و همچنین عمق با مقاومت الکتریکی رابطه مستقیم وجود دارد. بین پارامترهای درصد رطوبت خاک و درجه پوکی با مقاومت الکتریکی نیز رابطه معکوس برقرار است. همچنین رگرسیون خطی مثبت و ضعیفی بین عدد نفوذ استاندارد و مقاومت الکتریکی وجود دارد.
-1 مقدمه
پدیده فرونشست به عنوان یکی از مخاطرات مهم زیست محیطی است که طی سال های اخیر در قسمت هایی از سطح کشور و از جمله در بخش هایی از دشت مشهد به مرحله بحرانی رسیده و برنامه های عمرانی و سازه ای و کشاورزی را با محدودیت شدید در این بخش مواجه کرده است. در ایران بدلیل برداشت و بهره برداریهای بی رویه از آبهای زیرزمینی، نشست زمین همراه با افت سطح آبهای زیرزمینی در بسیاری از آبخوانهای کشور مشاهده شده است.
اولین بار در دشت رفسنجان در سال 1346 نشست زمین در اثر افت سطح آب زیرزمینی گزارش گردید که به ازای هر 10 متر افت سطح آب زیرزمینی، حدود 42 سانتی متر نشست سطح ز گزارش شد - عباس نژاد، . - 1377 اگرچه گروهی از عوامل در ایجاد این پدیده مؤثر بوده اند ولی مهم ترین آنها در دشت مشهد، عامل برداشت های بی رویه و بیش از حد مجاز آب زیرزمینی و ممانعت از نفوذ آب برگشتی شرب، صنعت و کشاورزی به دشت بوده است.
مشخصات خاک زیرسطحی و تعیین خواص مهندسی خاک برای مطالعات مهندسی از جمله بررسی پارامترهای نشست زمین امری مهم و ضروری است. مطالعات ژئوتکنیکی نیاز به نمونه گیری گسترده دارد و بنابراین به صورت عملی کاربردی نمی باشد، علاوه بر اینها آزمایشات ژئوتکنیک پرهزینه و زمان بر است. در سال های اخیر استفاده از روش های ژئوفیزیکی در مهندسی عمران و محیط زیست افزایش یافته است که به اکتشاف و تفسیر صحیح خواص ژئوتکنیکی خاک کمک می کند.
روش های مقاومت ویژه الکتریکی در اوایل دهه 1900 ابداع شدند، اما از دهه 1970 و خصوصا به دلیل دسترسی به کامپیوتر برای پردازش و تجزیه و تحلیل داده ها، کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. این روش ها به طور مؤثری در اکتشاف منابع آب زیرزمینی، بررسی انواع آلودگی های آب زیرزمینی، بررسی مسائل مهندسی برای تعیین محل حفره های زیرسطحی، گسل ها و مناطق خردشده، درز و شکاف، مناطق یخ زده چاه های معدنی و در بررسی باستان شناسی برای برداشت گسترش فضایی بقایای ساختارهای مدفون قدیمی، علاوه بر کاربردهای متنوع دیگر، مورد استفاده قرار می گیرند .
Akinlabi و Adeyemi در سال 2014 روابط تجربی بین داده های ژئوالکتریکی و پارامترهای ژئوتکنیکی را در مرحله مطالعات یک سد خاکی تعیین و روابط تجربی بین مقاومت الکتریکی و شاخص پلاستیسیته، چسبندگی، ضریب تراکم پذیری خاک و دانسیته حجمی خاک را ارائه کرده اند. با ایجاد روابطی بین مقاومت الکتریکی، دانسیته، تخلخل خاک می توان تا حدودی میزان نشست زمین را پیش بینی نمود. Rodriguez و همکاران در سال 2012، پارامترهای پتروفیزیکی خاک را بر اساس مقادیر مقاومت الکتریکی به دست آمده از اندازه گیری های درجا و آزمایشگاهی تعیین کرده اند و دو روش برای تعیین میزان رس، تخلخل و ظرفیت تبادل یونی از روش های الکتریکی ارائه داده اند که روش اول بر اساس اندازه گیری مقاومت خاک - SRM - در آزمایشگاه اجرا می شود و روش دوم، توموگرافی مقاومت الکتریکی - ERT - و اندازه گیری مقاومت آب زیرزمینی - WRM - در محل ساختگاه می باشد.
-2 موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه:
دشت مشهد در امتداد زون زمین درز کپه داغ-البرز تشکیل شده که بین دو گسل کشف رود در شمال و گسل جنوب مشهد - چناران در جنوب دشت با مساحتی حدود 700 کیلومتر مربع محدود گردیده است. دشت مشهد در حوزه آبریز کشف رود واقع شده، این حوزه با راستای NW-SE که از شمال شرق به خط الراس ارتفاعات هزار مسجد و از جنوب غرب به خط الراس ارتفاعات بینالود محدود میشود. موقعیت دشت مشهد در میان دشت های مجاور در شکل 1 نشان داده شده است.
در اثر عملکرد گسلهای مزبور و فرونشست ضخامت قابل توجهی رسوبات آبرفتی در دشت مشهد انباشته شده است که آبخوان گسترده و غنی را تشکیل داده است. علاوه بر گسلهای موجود در حد کوه و دشت که رخنمون داشته و قابل مطالعه میباشند به دلیل جایگاه زمین ساختی این گستره، وجود گسلهای پنهان و پوشیده در این دشت دور از انتظار نمیباشد. این گونه گسلها علاوه بر اهمیت حیاتی که در بحث ارزیابی خطر لرزهای دارند در تغییر ضخامت آبرفت و عمق سنگ کف و همچنین در خصوصیات آبخوان نیز نقش مهمی ایفا میکنند.
-3 روش کار:
در این پژوهش به منظور ایجاد روابط تجربی بین پارامترهای ژئوتکنیکی و داده های ژئوالکتریک، از اطلاعات 33 گمانه ژئوتکنیکی حفر شده در شهرمشهد - شامل 160 نمونه خاک رس، 100 نمونه خاک سیلت - ML - و 40 نمونه خاک رس سیلتی - - CL-ML - و از اطلاعات 19 ساختگاه که در آن ها پیمایش الکتریکی انجام شده، استفاده گردیده است. به منظور ایجاد روابط بین پارامترهای مختلف، اطلاعات بر حسب نوع خاک CL - ، ML و - CL-ML مجزا شده و به دلیل حجم بالای اطلاعات در هر نوع خاک، در بعضی از پارامترها، از میانگین آنها استفاده شده است و در نهایت روابط تجربی مرتبط با داده های ژئوالکتریک و پارامترهای ژئوتکنیکی توسط نمودارها و جداول مقاومت الکتریکی با عمق، دانسیته خشک - - ، درجه پوکی - e - ، درصد رطوبت - - ، عدد نفوذ استاندارد - SPT - نشان داده شده است.
-4 نتایج و بحث:
درجدول 1 رابطه بین پارامترهای مختلف ژئوتکنیکی با مقاومت الکتریکی خاک ارائه شده است. به این منظور برای محدوده های مختلف مقاومت الکتریکی که برای خاک های ریزدانه عمدتاً بین 1 تا 50 متغیر می باشد، مقادیر پارامترهای دانسیته خشک، درجه پوکی - e0 - ، درصد رطوبت، عمق و عدد نفوذ استاندارد از میان اعداد مختلف میانگین گیری شده اند. با استفاده از جداول مذکور، می توان به آسانی با داشتن اطلاعات مقاومت الکتریکی در شهر مشهد تا حدودی به مشخصات ژئوتکنیکی و نوع خاک و یا بالعکس، با در دسترس بودن خواص ژئوتکنیکی می توان به محدوده مقاومت الکتریکی خاک ها پی برد. در مورد مهمترین پارامترهای ژئوتکنیکی در بحث نشست زمین در محدوده مورد مطالعه، می توان به پارامترهای دانسیته خشک - - و درجه پوکی - e - اشاره کرد.
