بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مطالعه پتانسيل روانگرايي خاک هاي منطقه جنوب اروميه
با نگرشي ويژه بر مسير راه آهن مراغه - اروميه
چکيده :
ارزيابي قابليت روانگرايي خاکهاي منطقه جنوب شهر اروميه ، تحت تاثير تنش هاي برشي تناوبي ايجاد شده در اثر زلزله محتمل ، با استفاده از روش صحرايي آزمايش SPT ، هدف اصلي اين تحقيق مي باشد. براي ارزيابي قابليت روانگرايي خاک هاي ماسه اي از روش ساده شده سيد و ادريس ( ٩٨٣و ٢٠٠ )، براي خاک هاي لاي دار از آئين نامه طراحي پل هاي بزرگراهي ژاپن ( ٩٩٨) وبراي خاک هاي رسي از معيار ونگ ( ٩ ٩)استفاده شده است . تعيين بزرگاي زلزله طرح و شتاب ماکزيمم با استفاده از مطالعات لرزه خيزي و تحليل خطر لرزه اي نيروگاه گازي اروميه صورت گرفته است . همچنين ، نتايج آزمايش هاي SPT و ساير آزمونهاي آزمايشگاهي، از مطالعات ژئوتکنيکي حاصل از حفر حلقه گمانه در منطقه جنوب اروميه جمع آوري شده است . در روشهاي سيد و ادريس ( ٩٨٣و ٢٠٠ ) و آئين نامه طراحي پل هاي بزرگراهي ژاپن ( ٩٩٨) ابتدا، مقادير نسبت تنش تناوبي ناشي از زلزله (CSR) و نسبت مقاومت تناوبي (CRR) براي هريک از لايه هاي خاک در گمانه ها محاسبه شده است . سپس ، ميزان ضريب اطمينان در مقابل روانگرايي تعيين شده است . در روش ونگ ، با استفاده ازمنحني دانه بندي، حدود اتربرگ و درصد رطوبت طبيعي خاک، پتانسيل روانگرايي خاکها مورد ارزيابي قرار گرفته است . نتايج بدست آمده از مطالعات نشان مي دهد که سه روش مذکور براي خاکهاي ماسه اي همخواني کامل نداشته و براي خاکهاي ريزدانه ، سه روش داراي نتايج يکسان مي باشد.
همچنين خاک محدوده مورد مطالعه براساس مقادير شاخص پتانسيل روانگرايي(PL)، داراي پتاسيل روانگرايي نمي باشد.
واژه هاي کليدي: روانگرايي، آزمايش مقاومت نفوذ استاندارد(SPT)، نسبت تنش تناوبي(CSR)، نسبت مقاومت برشي تناوبي
(CRR)، ضريب اطمينان (FL)، شاخص پتانسيل روانگرايي (PL).
- مقدمه
روانگرايي پديده اي است که در ماسه هاي سست و اشباع رخ مي دهد .در اين پديده بر اثر لرزش هاي ناشي از زلزله و يا بر اثر بارگذاري استاتيکي سريع ، فشار آب حفره اي موجود در خاک اشباع دچار افزايش ناگهـاني مـي شـود. در نتيجـه ، تنش موثر بين دانه ها کاهش يافته و به مقدار صفر نزديک مي شود [ ].
اين پديده همراه با آثاري از قبيل جوشش ماسه از سطح زمين است که به دليل فشار آب حفره اي بالا و تمايل آن براي زهکشي از سطح زمين رخ مي دهد. خارج شدن دانه هاي ماسه از زمين و کاهش تنش موثر بين آنها موجب رخداد نشست هاي قابل ملاحظه در خاک مي شود. اين نشست ها موجب خرابي و ويراني سازه هاي روي آنها، فرو ريختن پلها به علت حرکت پايه هاي آنها، قطع شدن شريان هاي حياتي و لوله هاي گذرنده از محل خواهد شد [ ]. پارامترهاي مختلفي وجود دارند که فرايند روانگرايي در خاکها را کنترل مي کنند. برخي از اين پارامترها عبارتند از شدت زلزله و مدت دوام آن ،
سطح ايستابي، نوع خاک، دانسيته نسبي خاک، دانه بندي خاک، شرايط محيط رسوبگذاري، شرايط زهکشي، فشار محصور- کننده ، شکل ذرات ، سن وسمانتاسيون و غيره [ ].
نتايج بدست آمده از آزمونهاي آزمايشگاه و مشاهدات صحرايي نشان داده است که بيشتر خاکهاي رسي در اثـر زلزلـه دچار روانگرايي نميشوند، با اين حال مطالعات اخير در چين توسط ونگ در سال ٩ ٩ نشان داده است که در انواع معينـي از مصالح رسي نيز ممکن است در اثر تکان هاي زلزله ، افت مقاومت زيـادي ايجـاد شـود [ - ٣]. هـدف از تحقيـق حاضـر مقايسه روشهاي صحرايي بر پايه نتايج آزمون مقاومت نفوذ استاندارد (SPT) و آزمايشگاهي در ارزيابي پتانسـيل روانگرايـي خاکهاي ريزدانه رسي در محدوده جنوب شهر اروميه در استان آذربايجان غربي مي باشد.
٢- معرفي محدوده مورد مطالعه و شرايط عمومي منطقه
محدوده مورد مطالعه ، درجنوب شهر اروميه به گستره جغرافياييَ ٠٠ -ْ ٤٥ تاَ ٥ -٤٥ْ طول شرقي وَ ٢٠-ْ ٣ تاَ ٠ -٣ عرض شمالي مي باشد (شکل ) [٨]. با توجه به شروع مطالعه و اجراي مسير راه آهن مراغه – اروميه ، احداث ايستگاه راه آهن اروميه و پروژه هايي نظير احداث نيروگاه ، پتروشيمي و سازه هاي سنگين در اين منطقه ، ارزيابي پتانسيل روانگرايي در آن ضروري به نظر مي رسد. جهت ارزيابي قابليت روانگرايي منطقه ، اطلاعات ژئوتکنيکي حلقه گمانه حفاري شده در محدوده فوق مورد استفاده قرار گرفته است . دو حلقه گمانه به عمق حداکثر٢٥ متر به صورت ماشيني (دوراني) حفـــاري شده اند و چهار حلقه گمانه عمق هاي ٢٠، ٨ و ٥ متر به صورت ماشيني (ضربه اي) در محل پروژه حفر گرديده اند [٣-٤-٥].
در اين تحقيق ، ميزان عمق آب زيرزميني براساس مقادير موجود در لوگ گمانه ها، در محاسبات در نظر گرفته شده است . همچنين ، جهت برآورد پتانسيل روانگرايي خاک ها نياز به ميزان شتاب حداکثر زمين مي باشد. بدين منظور از نتايج مطالعات لرزه خيزي و تحليل خطر لرزه اي نيروگاه اروميه استفاده شده است . با توجه به مطالعات انجام شده ميزان شتاب مبناي طراحي با در نظر گرفتن ٥٠ سال عمر مفيد سازه هاي احداث شده در محل و % ٠ احتمال وقوع (%٩٠ عدم احتمال ) با دوره بازگشت ٤ ٥ سال ، شتاب افقي در حدود g٠٢٢ در نظر گرفته شده است . همچنين در گستره اي به شعاع ٥٠ کيلومتري پيرامون طرح بر اساس روش هاي کيکو _ سلوول و گوتنبرگ _ ريشتر نتيجه گيري شده است که در يک بازه زماني ٥٠ تا
٠٠ سال عمر مفيد ساختگاه ، زمين لرزه اي با بزرگاي ٥.٨ تا . حداقل يک بار اتفاق افتد [ ].
شکل ( 1 ): موقعيت جغرافيايي محدوده مورد مطالعه و موقعيت گمانه ها [٨]
٢
٣- ارزيابي پتانسيل روانگرايي در محدوده مورد مطالعه
٣- - ارزيابي پتانسيل روانگرايي براساس نتايج آزمايش مقاومت نفوذ استاندارد(SPT)
در ارزيابي پتانسيل روانگرايي با استفاده از روش ساده شده سيد وادريس ( ٩٨٣،٢٠٠ )، [ ٢] ابتدا مقدار نسبت تنش تناوبي خاک (CSR)، ايجاد شده توسط زلزله در عمق مورد مطالعه با استفاده از رابطه ( ) که توسط سيد و ادريس در
سال ٩ [ ٢] ارائه شده محاسبه مي شود.
در اين رابطه :
amax : همان PGA يا بيشينه شتاب افقي زلزله بر روي سطح زمين ساختگاه ، g : شتاب ثقل ، Vv٠ : تنش کل لايه مورد بررسي، Vcv٠ : تنش موثر لايه مورد بررسي بوده و rd : ضريب کاهش تنش مي باشد که از نمودارشکل (٢) به دست مي آيد.
براي تعيين مقدار نسبت مقاومت برشي تناوبي خاک (CRR) بر اساس نتايج آزمايش SPT، ابتدا با استفاده از جدول ( ) و فرمول (٢)، مقدار ٠(N ) محاسبه مي شود و سپس با استفاده از نمودار شکل (٣) يا فرمول (٣) مقدار CRR ٥ به دست مي آيد[٢-٩].
براي تعيين ٠(N )، بايستي عدد نفوذ استاندارد بدست آمده از آزمونهاي درجا، مطابق رابطه (٢) تصحيح گردد.
(2)
NM : عدد نفوذ استاندارد بدست آمده از آزمون درجاي SPT،CN : ضريب تصحيح عدد نفوذ استانداد براي فشار سربار
ضرائب CE،CB ،CS برابر .٠ و ضرائب CN و CR مطابق جدول ( ) اصلاح شده اند.
در رابطه فوق ، معرف ماسه تميز است . در استفاده از رابطه بالا براي خاکهايي که درصد ريزدانه آنهـا بـالاتر از ٥ درصد است بايد ٠(N ) بدست آمده از خاک مورد مطالعه را با استفاده از رابطه (٤) تصحيح نمود و به اين ترتيب مـيتـوان را براي هر خاک با هر درصد ريزدانه بدست آورد. [٩].
در اين رابطه α وн متغّيرهاي تجربي بوده که تابع درصد ريزدانه موجود در خاک هستند و به کمک روابط مندرج در جدول
(٢) بدست مي آيند:
شکل (٢): تعيين ضريب کاهش rd بر اساس عمق لايه مورد بررسي و بزرگي زلزله طرح [ ]
۴
