مطالعه تاثیر بازشدگی دهانه درزه ها بر وقوع فروچاله ها در حاشیه نیروگاه همدان

دسته زمین شناسی مهندسی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری هشتمین همایش سالانه انجمن زمین شناسی ایران
نویسنده حیدری مجتبی ـ خانلری , غلامرضا ـ طالب بیدختی , علیرضا
تاريخ برگزاری ۱۰ مهر ۱۳۸۴

متن اصلی:
     پیشینه تحقیق
تعریض شکاف ها و درزه ها و انحلال سنگ های کربناته در اثر جریان آب امر شناخته شده است که می تواند مشکلات اساسی را در محل سازه های هیدرولیکی در برداشته باشد از این رو این موضوع مورد توجه محققین زمین شناسی مهندسی در دهه های اخیر قرار گرفته است. در این زمینه مطالعاتی توسط جیمز و لوپتون (1975) صورت گرفته است]5[.
بر اساس نتایج حاصل از مطالعات این محققین عبور جریان آب از سطح درزه ها در سنگ های کربناته , منجر به پدیده انحلال سنگ و بازشدگی بیشتر دهانه درزه ها و افزایش آبگذری از میان آنها می گردد. همچنین بر اساس نتایج حاصله , درزه هایی با باز شدگی کمتر از 5/0 میلیمتر در سنگ های کربناته پتانسیل گسترش و بازشدگی ندارند و خطر جدی در محل سازه های مهندسی محسوب نمی شوند.
در ایران مطالعه در این زمینه توسط قبادی (1987) بر روی آهک های سد لار صورت گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده در شرایط شتابدار و فشار خروجی آب Psi5 درزه مصنوعی به طول 60 میلیمتر و عرض بازشدگی از 3 میلیمتر به 3/3 میلیمتر در مدت 98 روز افزایش می یابد و درزه با طول 70 میلیمتر با دهانه باز شدگی 2 میلیمتر به 1/2 میلیمتر افزایش می یابد]4[.
مطالعات صورت گرفته توسط خانلری ]2[ و صادقی ]3[ نشان دهنده این است که میزان درصد افزایش آبگذری با افزایش دهانه درزه در شرایطی که طول درزه ثابت باشد افزایش می یابد. همچنین در درزه هایی با ابعاد دهانه درزه ثابت , میزان افزایش آبگذری با افزایش طول درزه کاهش می یابد.
موقعیت محل نمونه برداری
به دلیل توسعه شدید کارست در منطقه همه کسی و تمرکز فروچاله ها در این منطقه, از سنگ های منطقه همه کسی واقع در جنوب فامنین (12 کیلومتری جنوب شرق نیروگاه ) نمونه برداری شده است.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی سنگ های آهکی منطقه همه کسی
ویژگی های سنگ شناسی
بر اساس مطالعات انجام شده بر روی مقاطع نازک تهیه شده از سنگ ها منطقه همه کسی , نام این سنگ بر اساس طبقه بندی دانهام (1962) بایو کلاستیک پکستون و بر اساس طبقه بندی فولک (1962) بایو میکرودایت می باشد. اجزاء بایو کلاستی عموماً متشکل از فرامینیفرهای بنتیک, مرجانها و مقدار کمی جلبک های آهکی خانواده لیتوتامیوم می باشد. تخلخل بالای 20 درصد در این مقاطع مشهود است و ابعاد حفرات گاهی به 2 میلیمتر می رسد.شکل (1) تصویر
میکروسکوپی مقاطع تهیه شده از نمونه ها را نشان می دهد. نمونه های مطالعه شده از نظر محیط رسوبی , مربوط به رخساره پشت ریفی هستند.


شکل 1-تصویر میکروسکوبی از آهک های منطقه همه کسی


ویژگی های فیزیکی :
به منظور تعیین خصوصیات فیزیکی سنگ های محل نمونه برداری, تعدادی آزمایش بر روی نمونه های مکعبی تهیه شده از آن صورت گرفت که میانگین تخلخل برای سنگ های منطقه همه کسی برابر 24% میانگین چگالی خشک gr/cm3 81/1 و میانگین درصد جذب آب 7/11 درصد می باشد.
ویژگی های شیمیایی
1-آنالیز شیمیایی سنگ(XRF)
به منظور تعیین ترکیب شیمیایی سنگ و میزان درجه خلوص سنگ های آهکی نمونه برداری شده , تجزیه شیمیایی (XRF) بر روی نمونه سنگ به عمل آمد که نتایج آن در ذیل آورده شده است.


جدول 1-نتایج آنالیز شیمیای سنگ آهک منطقه همه کسی


2- آزمایش کلسیمتری
هدف از انجام این آزمایش تعیین درصد کربنات کلسیم در نمونه های سنگ آهک منطقه می باشد. بدین منظور این آزمایش به روش تیتراسیون برگشتی بر روی سنگ آهک منطقه همه کسی انجام شد که مقدار درصد کربنات کلسیم موجود در نمونه 8/94% بر آورد گردید. همانطور که ملاحظه می شود نمونه از خلوص بسیار بالایی برخوردار است.
روش کار
بعد از نمونه برداری از سنگ های آهکی منطقه همه کسی اقدام به تهیه مغزه سنگی از آنها گردید و شش مغزه با طول های مختلف انتخاب گردید (جدول2). مغزه ها در جهت طولی برش داده شد و بعد از قرار دادن واشر گالوانیزه با ضخامت مختلف بین دو سطح قطعات برش خورده سنگ, توسط پیچ و مهره قطعات سنگ (درزه مصنوعی ) ثابت شد. محیط خارجی مغزه ها توسط نوار چسب آب بندی شده است. سپس مغزه ها توسط تیوپ لاستیکی در محل خروج آب دستگاه سیرکولاسیون مطابق شکل (2) قرار گرفته است.


شکل 2-نمائی شماتیکی از دستگاه سیر کولا سیون


قبل از شروع آزمایش, نمونه ها را به مدت 12 ساعت در داخل گرمخانه قرار داده و با دقت 1/0 گرم توزین شده اند. به دلیل اینکه PH آب چاههای کشاورزی در منطقه همه کسی بین 9/5 تا 3/6 متغیر می باشد, PH آب مورد استفاده در آزمایش بین 6 تا 5/6 ثابت نگه داشته شده است که این عمل با تزریق پیوسته و ممتد گاز کربنیک در حین آزمایش در مخزن کوچک دستگاه صورت گرفته است. فشار خروجی آب از دستگاه برابر Psi5 می باشد. بعد از شروع آزمایش, به دلیل اشباع شدن آب از یون کلسیم هر 24 ساعت یکبار اقدام به تعویض آب موجود در مخزن دستگاه شده است.
میزان آبگذری از میان درزه ها هر 10 روز یکبار برای هر نمونه اندازه گیری شده است که نتایج آن در جدول (1) آورده شده است. همچنین کاهش وزن نمونه هر 15 روز بعد از قرار دادن آنها در گرمخانه اندازه گیری شده است (شکل3). در مجموع در مدت 60 روز تغییرات آبگذری نمونه ها مورد ارزیابی قرار گرفته است.
برای محاسبه تغییرات آبگذری از رابطه استفاده شده است]4[. با توجه به اینکه مقادیر عرض باز شدگی اولیه e0 مربوط به هر نمونه مشخص می باشد, می توان تغییران e را برای هر کدام از نمونه ها طبق رابطه فوق محاسبه نمود.


جدول 2-مشخصات نمونه های و تغییرات دبی اندازه گیری شده با فواصل زمانی ده روز



 


شکل 3-تغییرات کاهش وزن نمونه های در طول آزمایش آبگذری


بحث:
میزان آبگذری از درزه ها بر حسب زمانبرای مغزه های با عرض بازشدگی 5/0 میلیمتر (1-H و 4-H ) و همچنین نمونه با بازشدگی 3 میلیمتر وطول 250 میلیمتر (6-H) علیرغم تعریض دهانه درزه ها , کاهش نشان می دهد, به دلیل انحلال پذیری بالا و مقاومت بسیار پایین نمونه های مورد آزمایش, ذراتی در اندازه بزرگتر از ماسه از مغزه های سنگی جدا شده و در طول مسیر جریان قرار گرفته و باعث کاهش آبگذری شد‌ه است, به طوری که نمونه های باز بازشدگی 5/0 میلیمتر بعد از سه روز کاملاً مسدود شده اند. برای رفع این مشکل با توقف آزمایش با استفاده از کمپرسور باد ذرات از مسیر جریان آب خارج شده است. تنها نمونه با عرض بازشدگی 3 میلیمتر و طول 10 سانتبمتر (3-H)روند عادی خود را ادامه داده است و از فشار هوا جهت خروج ذرات استفاده نشد. با در نظر گرفتن شرایط فوق رابطه بین تغییرات میزان آبگذری بر حسب زمان برای مغزه های سنگی با بازشدگی های دهانه درزه متفاوت برای یک دوره 60 روزه در شکل (3) نشان داده شده است.
همانطور که ملاحظه می شود با گذشت زمان آبگذری نمونه ها افزایش می یابد ولی درصد افزایش آبگذری نمونه با عرض کمتر بیشتر است. این نتیجه بر خلاف یافته های دیگر محققین است. در توجیه نتیجه فوق می توان اینگونه بیان نمود که به علت اینکه پدیده پرشدگی درزه ها (Void Filling)برای مغزه سنگی با بازشدگی دهانه 3 میلیمتر ناچیز بوده است لذا عملاً از فشار هوا برای باز شدن مسیر عبور آب استفاده نشده است. اما برای مغزه با بازشدگی 5/0 میلیمتر ذرات ماسه ای با فشار هوا تخلیه گردیده , لذا علیرغم پایین بودن مقدار دبی خروجی در مقایسه با مغزه هایی با عرض بازشدگی بیشتر میزان درصد افزایش آبگذری قابل ملاحظه می باشد. رابطه بین تغییرات میزان آبگذری بر حسب زمان برای مغزه های سنگی با طول درزه های متفاوت در اشکال (4) و (5) نشان داده شده است. همانطور که در شکل (4) ملاحظه می شود برای مغزه هایی با بازشدگی 5/0 میلیمتر و طولهای 10 و 15 سانتیمتر (1-H و 4-H ) درصد افزایش آبگذری در نمونه های با طول کمتر بیشتر از نمونه هایی با طول بیشتر است که موید یافته های محققین قبلی می باشد.
در مورد مغزه های سنگی با درزه دارای بازشدگی دهانه 3 میلیمتر ,همانطور که در شکل (5) مشاهده می شود میزان درصد افزایش آبگذری در مغزه سنگی با درزه طویلتر (6-H) زیادتر از مغزه سنگی با طول درزه کوتاهتر (3-H) می باشد.با توجه به اینکه مغزه (6-H) با پدیده کاهش آبگذری در اثر ماسه زائی مواجه بوده و در طول آزمایش اقدام به خروج این ذرات شده است درصد افزایش آبگذری این نمونه بر خلاف یافته های قبلی بیشتر از نمونه 3-H می باشد. در اشکال(7و8و9و10) نحوه انحلال مغزه های سنگی و ایجاد ذرات گراولی در سطح درزه ها را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می گردد شدت خورندگی مغزه های سنگی در ابتدای نمونه ها بسیار شدید بوده و علیرغم بازشدگی بیشتر دهانه درزه ها در طی مسیر جریان آب , شدت خوردگی نمونه های سنگی در انتهای نمونه بسیار ناچیز میباشد.


شکل4-تغییرات دبی عبوری در واحد زمان برای نمونه های 3 - H و6-H



 


شکل5-تغییرات دبی عبوری در واحد زمان برای نمونه های 1-Hو4-H



 


شکل6-تغییرات دبی عبوری در واحد زمان برای نمونه های 3-Hو6-H



 


شکل6-مغزه 1-hبا طول ده سانتی متر وباز شدگی دهانه درزه 5 /0 میلیمتر



 


شکل 7-مغزه 3-H با طول ده سانتیمتر و باز شدگی دهانه درزه 3-میلیمتر



 


شکل8-مغزه 4-H با طول 15 سانتیمتر و باز شدگی دهانه درزه 5 /0 میلیمتر


 

 

کلید واژه ها: همدان