بخشی از مقاله
چکیده
در مطالعات ژئوتکنیک تعیین وضعیت لایه بندي بر اساس مقطع حاصل از گمانه هاي حفر شده و انجام درونیابی در بین گمانه ها انجام می شود. همچنین ممکن است گاهی با استفاده از نتایج سایر آزمایشهاي در محل نظیر نفوذسنجی استاتیکی و دینامیکی سعی شود نسبت به شناسایی عمق لایه ها در فاصله بین گمانه ها اقدام گردد. در این مقاله با فرض در اختیار داشتن اطلاعات مربوط به حفر چند گمانه و انجام آزمایشهاي نفوذسنجی دینامیکی در بین گمانه ها، تکنیک جدیدي مبتنی بر استفاده از دو روش زمین آمار و تحلیل گروهی ارائه می گردد که با استفاده از آن می توان دو دسته اطلاعات حاصل از گمانه ها و نفوذسنجی را ترکیب کرد و وضعیت لایه بندي و تغییر مقاومت لایه ها در عمق را با دقت بالاتري تعیین نمود. در این روش با ارائه تعریفی جدید براي برخی از مفاهیم زمین آمار سطحی نسبت به یک نقطه مبنا تعیین می گردد که در آن سطح، وضعیت لایه ها و تغییر مقاومت ثابت است. سپس با استفاده از اعمال روش تحلیل گروهی بر نتایج آزمایشهاي نفوذسنجی دینامیکی در محدوده مذکور، نیمرخ مربوط به لایه ها تعیین می گردد.
1 مقدمه
در مطالعات ژئوتکنیک پس از انجام بررسیها و آزمایشهاي صحرایی و آزمایشگاهی می بایست وضعیت لایه هاي زیرسطحی و مشخصات آنها ارائه گردد. براي این منظور علاوه بر مقطع گمانه هاي حفر شده، از نتایج سایر آزمایشهاي برجا نظیر نفوذسنجی نیز استفاده می شود. نفوذسنجی شامل انواع آزمایشهاي برجا در ژئوتکنیک مثل آزمایش نفوذ مخروط و نفوذسنجی دینامیکی می شود و می تواند نقش مهمی در شناسایی لایه هاي زمین در بین گمانه ها داشته باشد.
در این حالت عمدتاً بررسیها بر اساس مشاهده بصري و مقایسه نیمرخهاي مربوط به نتایج این آزمایشات صورت می پذیرد که البته کار پیچیده اي بوده و به مهارت و تجربه فراوانی نیاز دارد. در این مقاله سعی می شود که با استفاده از تکنیک زمین آمار و همچنین روش تحلیل گروهی یک شیوه جدید جهت تعیین نیمرخ لایه هاي زیر سطحی بر اساس ترکیب نتایج عملیات گمانه زنی و آزمایشهاي نفوذسنجی دینامیکی ارائه گردد.
2 سابقه موضوع
در این قسمت سابقه موضوع براي هر یک از ارکان تحقیق ارائه شده در تحقیق حاضر تشریح می شود.
1-2 آزمایش نفوذسنجی دینامیکی
در این آزمایش جسمی در اثر ضربه، در داخل خاك نفوذ می کند و مقاومت آن در مقابل نفوذ، به مشخصات خاك ارتباط داده می شود. کاوشگرهاي دینامیکی از سه بخش اصلی به نام چکش، مخروط نفوذ و میله هاي رابط تشکیل شده اند. انرژي لازم براي نفوذ در زمین در اثر ضربه تأمین می شود. این ضربه از سقوط وزنه اي معین و از ارتفاعی مشخص ناشی می شود که با توجه به اندازه و ارتفاع سقوط آن ممکن است به صورت دستی و یا به کمک موتور انجام گیرد. تعداد ضرباتی که باعث نفوذ به مقدار معین - بسته به وزن چکش بین10 تا 20 سانتیمتر - می گردد ثبت و با حرف M نشان داده می شود. در نهایت نموداري پیوسته از تغییرات M در عمق قابل حصول خواهد بود.
شبه مخروط با نوك باز
تعدادي از انواع این ابزار در پروژه هاي تحقیقاتی دامنه دار توسط مولفین ساخته شده است3]،.[2 از مزایا و امتیاز هاي ویژه استفاده از کاوشگرهاي دینامیکی در مطالعات محلی می توان به موارد ذیل اشاره نمود :
-1 اقتصادي بودن این ابزار از نظر ساخت و همچنین کاربرد 5]،[4
-2 پیوسته بودن نتایج وامکان شناسایی لایه هاي با ضخامت کم 6]،[5
-3 عدم نیاز به حفر گمانه جهت انجام آزمایش و امکان برآورد پتانسیل روانگرایی [7]
-4 امکان کاهش تعداد گمانه ها، در صورت جایگزینی گمانه زنی با نفوذسنجی به کمک این ابزار [8]
-5 کاهش نیروي انسانی مورد نیاز [9]
-6 امکان نمونه گیري از خاك [10]
البته لازم به ذکر است که براي تعیین عمق و جنس لایه هاي زیرسطحی بهتر است تنها به نتایج این آزمایش اکتفا نکرد و از نتایج نمونه گیري در عمق و یا پروفیل گمانه هاي شاهد نیز استفاده شود. 2-2 زمین آمار در بسیاري از شاخه هاي علوم زمین از جمله مکانیک خاك به علت وسعت و عمق قابل توجه میدان مورد عمل و همچنین طبیعت تصادفی خاك، امکان شناخت قطعی و دقیق از تمامی محل عملی نمی باشد و در این شرایط به ناچار از روشهاي مدل سازي هاي آماري و احتمالاتی استفاده می شود.[11]
در آمار کلاسیک فرض بر آن است که هر نمونه یک رخداد تصادفی و مستقل از سایر نمونه ها بوده و بنابراین هیچ رابطه اي بین موقعیت مکانی آنها در نظر گرفته نمی شود. فرض مذکور در مورد داده هاي مربوط به زمین صحیح نیست زیرا این داده ها تا فواصل معینی به دلیل شرایط زمین شناسی مشترك با یکدیگر همبستگی دارند. زمین آمار شاخه اي از آمار کاربردي است که با در نظر گرفتن همبستگی بین داده هاي زمین شناسی و در نظر گرفتن موقعیت نمونه ها به تشریح ریاضی و تحلیل آماري آنها می پردازد. به عبارت دیگر داده ها در زمین آمار کاملاً مستقل نیستند و به دلیل شرایط زمین شناسی مقید می باشند.
این شاخه از آمار از چند دهه قبل بطور گسترده در سطح جهان بویژه کشورهاي صاحب تکنولوژي معدن مطرح شده و کارایی خود را در بسیاري از موارد به اثبات رسانده است .[12] اگر چه قسمت عمده زمینه هاي رشد زمین آمار مسئله تخمین ذخایر معدنی بوده است لیکن در بخشهاي مختلف علوم زمین شناسی، ژئو فیزیک و اخیراً ژئو تکنیک تحقیقات کاربردي انجام شده است 14]،.[13 در ادامه لازم است به توضیح پاره اي از مفاهیم مهم زمین آمار پرداخته شود.
در زمین آمار چنانچه اختلاف بین مقادیر مختلف یک نمونه بنحوي با موقعیت مکانی آنها ارتباط داشته باشد به آن "متغیر ناحیه اي" گفته می شود که با z - x - نشان داده می شود. یکی از فرضیات مهم درزمین آمار، فرضیه ذاتی یا شبه سکون است.[15] بر اساس این فرضیه در یک جهت مشخص براي هر فاصله - - h واریانس اختلاف بین دو متغیر ناحیه اي معین بوده و بستگی به مختصات آنها ندارد. براي مثال فرض کنید دو متغیرz1 و z2 مربوط به دو نقطه با فاصله h در بخش شمالی یک امتداد مشخص - مثلاً شمال- جنوب - زمین باشند و اختلاف آنها ∆z باشد.
