بررسی حساسیت در رسوبات نرم ساختگاه میانگذر دریاچه ارومیه

دسته زمین شناسی مهندسی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری هشتمین همایش سالانه انجمن زمین شناسی ایران
نویسنده باغبان گلپسند, محمدرضا ـ نیکودل, محمدرضا ـ یثربی, سیدشهاب الدین ـ اصغری, ابراهیم ـ
تاريخ برگزاری ۰۹ مهر ۱۳۸۴

 متن اصلی:
     حساسیت در خاکهای ریزدانه
خاکهای رسی ساختارهای ویژه ای دارند که بیشتر پارامترهای مهندسی این خاکها تحت کنترل این ساختارها است.ساختارهای شناخته شده در رسها زیاد بوده و عوامل مختلفی در شکل گرفتن این ساختارها تأثیر دارند که از آن جمله می توان به شرایط رسوبگذاری (انرژی محیط رسوبگذاری, شیمی آب و غیره), نوع کانی های رسی و وزن روباره اشاره کرد.یکی از پارامترهای مهم خاکی رسی که به شکل وسیعی به ساختار خاک بستگی دارد مقاومت برشی زهکشی نشده (Su) این پارامتر نقش تعیین کننده ای در مقاومت خاک, ظرفیت باربری, پایداری شیبها, پایداری حفریات زیرزمینی و ... دارد. تخریب ساختار خاکرسی که از آن به عنوان دستخوردگی یاد می شود, کاهش مهمی در مقاومت برشی زهکشی نشده خواهد داشت.


شکل1- موقعیت میانگذر دریا چه ارومیه



 


جدول 1=طبقه بندی رسها بر مبنای حساسیت


ترزاقی (1994) حساسیت خاک (St) را به عنوان نسبت بین مقاومت برشی زهکشی نشده خاک در حالت دست نخورده و مقاومت همان خاک در حالت دست خورده تعریف کرده است.
شایان ذکر است که رطوبت خاک در هر دو حالت باید یکسان باشد. نسبت حساسیت اغلب خاکهای رسی بین 1 تا 8 متغییر است, لیکن نهشته های دریایی رسی که درجه فلوکولاسیون آنها بالاست دارای نسبت حساسیت بین 10 تا 80 هم نشان می دهند. برخی خاکهای رسی وجود دارند که حساسیت آنها خیلی بالاتر هم بوده و در این خاکها حالت جامد خاک با به هم خوردگی تبدیل به یک مایع روان می شود. این قبیل خاکها معمولاً در نواحی که قبلاً جزء مناطق یخچالی بوده اند, دیده می شوند. این قبیل خاکها به رسهای سریع (Quick clay) نیز معروفند. رزن ویست (سال 1953) خاکهای رسی بر حسب درجه حساسیتشان به صورت جدول (1) طبقه بندی کرده است.
علت اصلی از بین رفتن مقاومت خاکهای رسی در اثر به هم خوردگی, مربوط به از بین رفتن ساختار طبیعی خاک است که طی فرآیند رسوب گذاری و گذشت زمان حاصل شده است. روشهای مختلفی برای تعیین حساسیت خاکها پیشنهاد شده است که مهمترین آنها به شرح زیر است:
1- اولین و ساده ترین روش همان است که در تعریف حساسیت بیان شد و عبارتست از تعیین مقاومت خاک در حالت دست نخورده به مقاومت خاک در حالت دست خورده یا بازسازی شده است. که این مقاومت را می توان از آزمایشات تک محوری , سه محوری یا برش مستقیم بدست آورد.
(1)
2- روش دوم استفاده از آزمایش برش پره (Vane Shear Test) می باشد, در این روش نسبت مقاومت حداکثر (Peak) که مربوط به حالت دست نخورده است به مقاومت باقیمانده (Residul) که مربوط به حالت دستخورده است را به عنوان حساسیت در نظر می گیرند:
(2)
3- روش سوم استفاده از نتایج آزمایش نفوذ استاتیکی مخروط (CPT) می باشد.
(3)
Ns یک ثابت عددی و Rf عبارت است از نسبت اصطکاک جانبی مخروط به مقاومت نوک مخروط است.
با توجه به استفاده از نتایج آزمایشات CPT در این تحقیق , ابتدا دستگاه مورد استفاده و نحوه محاسبه ظریب حساسیت از نتایج آن شرح داده می شود.
آزمایش نفوذ مخروط و نحوه محاسبه حساسیت از نتایج آن
مخروط نفوذ CPT استوانه ای به طول 50 سانتیمتر (با تجهیزات همراه) و قطر حدود 5 سانتیمتر با نوک مخروطی که زاویه نوک مخروط 60 درجه و مساحت آن 10 سانتی متر مربع می باشد. نوع مجهز به اندازه گیری فشار منفذی , اصطلاحاً CPTu خوانده می شود. در مطالعات ساختگاه پل دریاچه ارومیه از آزمایش CPTu استفاده شده است. در CPTu مورد استفاده (متعلق به مهندسین مشاور ماندرو) سلول اندازه گیری فشار منفذی در گردن مخروط قرار داشته و به طور پیوسته مقادیر فشار منفذی را اندازه گیری می کند. در شکل (2) شمای مخروط دستگاه CPTu نشان داده شده است. در این آزمایش مخروط دستگاه با سرعت ثابت 2 سانتی متر بر ثانیه به وسیله نیروی استاتیکی به داخل زمین رانده شده و مقاومت زمین در مقابل نفوذ مخروط شامل مقاومت نوک و اصطکاک پوسته آن اندازه گیری می شود. به طور کلی چند نتیجه (داده) مهم از این آزمایش به دست می آید که عبارتند از :
الف) مقاومت نوک مخروط (qc): مقاومتی است که توسط نوک مخروطی در مقابل نفوذ به درون خاک ایجاد می شود.


شکل2-شمای مخروط دستگاه


ب) مقاومت پوسته یا اصطکاک جانبی (fs) : مقاومتی است که که در حین نفوذ مخروط بین خاک و پوسته آن ایجاد می شود.
ج) نسبت اصطکاک (Rf) : عبارتست از نسبت اصطکاک جانبی به مقاومت نوک مخروط . این پارامتر بر حسب درصد بیان می شود :
(4)
د) فشار آب منفذی (u) : فشار آب منفذی موجود در نوک مخروط است.
اشمرتمن (1978) بر اساس مقاومت پوسته یا اصطکاک جانبی که در واقع نشان دهنده مقاومت برشی زهکشی نشده خاک دستخورده است , ارزیابی حساسیت در خاکهای رسی را به صورت زیر پیشنهاد کرده است :


شکل3-مقایر پیشنهادشده برای N


Ns در این رابطه یک ثابت عددی که به صورت تجربی بدست می آید . محققین آزمایشات زیادی را انجام داده اند تا مقادیر Ns را تعیین کنند. اشمرتمن با استفاده از داده های آزمایش CPT مکانیکی این عدد را 15 پیشنهاد کرده است. رابرتسون و کامپانلا (1988) بر اساس مقایسه بین داده های حاصل از CPTu و برش پره مقدار آن را 6 بدست آورده اند . راد و لیون (1986) آن را بین 5 تا 9 و بطور متوسط 5/7 پیشنهاد کرده اند.
تغییرات بین نسبت اصطکاک (Rf) و حساسیت خاک در شکل (3) نشان داده شده است . همان گونه که در این شکل مشاهده می شود ارتباط ویژه ای بین مقادیر حساسیت خاک و نسبت گونه که در این شکل مشاهده می شود ارتباط ویژه ای بین مقادیر حساسیت خاک و نسبت اصطکاکی حاصل از آزمایش CPTu وجود دارد.

شکل (3) مقادیر پیشنهاد شده برای Ns (راد و لیون 1986)
نتایج به دست آمده از مطالعات قبلی
همانگونه که در مقدمه نیز ذکر شده از زمان شروع عملیات اجرایی احداث بزرگراه و توقف این عملیات به علت بروز مشکلات فنی چندین نوبت مطالعات ژئوتکنیک در این مکان انجام شده است در این مطالعات مقدار حساسیت برای رسوبات مذکور در محدوده بین 4 تا 7 بدست آمده است.(نیکودل و همکاران 1379).روشی که برای تعیین حساسیت در مطالعات فوق به کار رفته است متفاوت از روشهای معرفی شده در این نوشتار بوده و بر اساس آزمایش برش پره صحرایی با میله های قلاف دار استوار می باشد.بنابراین می توان گفت که بین خاکهای پیرامون و رادهای مورد استفاده هیچ نوع چسبندگی وجود نداشته است.
بررسی حساسیت رسوبات ساختگاه پل ارومیه
برای بررسی حساسیت رسوبات ساختگاه پل ارومیه از سه روش استفاده شده است که در ادامه نتایج آن ارائه شده است :
1- با استفاده از نتایج آزمون های آزمایشگاهی
آزمایشات آزمایشگاهی بر روی نمونه های دستنخورده (شلبی) و نمونه های بازسازی شده انجام شده است. بازسازی نمونه ها مطابق وزن مخصوص و درصد رطوبت طبیعی انجام شده است.آزمایشات تک محوری برش مستقیم و سه محوری بر روی نمونه ها انجام شده است. به عنوان مثال نمودار یکی از آزمایشات برش مستقیم در شکل (4) نشان داده شده است. با استفاده از رابطه (1) و نیز با دقت در شکل (4) مقدار حساسیت با استفاده از این روش 5/2 تا 2 به دست می آید.


شکل4-نمونه ای از نتایج آزمایشات برش مستقیم انجام یافته بر روی نمونه های دست نخورده ودست خورده


2- با استفاده از نتایج آزمایش برش پره ای
آزمایشات برش پره ای در جا تا اعماق سی متری انجام شده است.(مهندسین مشاور ماندرو, 1382). نتایج آزمایشات نشان داده که حساسیت رسوبات مورد نظر بین 2 تا 3 به دست آمده است.
3- با استفاده از نتایج CPT
همانگونه که ذکر شد یکی از روشهای ارزیابی حساسیت در خاکهای رسی استفاده از نتایج آزمایش CPT می باشد.در ساختگاه پل ارومیه در 8 گمانه تا عمق 100 متری آزمایش CPTu انجام شده است.(مهندسین مشاور ماندرو , 1382).در این مقاله مقدار Ns برابر 5/7 در نظر گرفته شده است.نمونه ای از نمودارهای CPTu که با استفاده از آنها حساسیت خاک ارزیابی شده است در اشکال (5) و (6) نشان داده می شود. همانگونه که در اشکال مذکور نیز مشخص است مقادیر حساسیت با استفاده از نتایج CPTu بین 4 تا 7 به دست آمده است.


شکل5-نموذار آزمایشی CPTU وتعیین حساسیت ورسوبات در گمانه DC

کلید واژه ها: آذربایجان غربى