نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد دهم، شمارۀ 1 بهار 1593

بررسي تأثیر محیط رسوبي بر خواص مهندسي
خاک هاي شهر کرمان با توجه به رفتار مقاومتي آن ها

محمدرضا امينی زاده بزنجانی؛
اداره کل منابع طبيعی و آبخيزداری استان کرمان
ايمان آقاملايی، غلامرضا لشکری پور، محمد غفوری؛
دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده علوم، گروه زمين شناسی محمد بهرامی؛ اداره مکانيک خاک استان کرمان
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

تاریخ: دریافت 1/2/95 پذیرش 21/11/95 چکيده
شهر كرمان و شهركهاي اطراف آن روي دشت مسطح قرار دارد كه شیب بسیار ملایم آبرفتی ریزدانه دارد و مصالح عمدتاًعمدتا سیلت و رس است. خاك هاي طبیعی معمولاًمعمولا با گذشت زمان و تأثیر عوامل محیطی داراي ساختار میشوند. در آبرفت هاي ریزدانه شهر كرمان نیز عوامل زمین شناسی باعث ایجاد ساختار بعد از رسوب گذاري شده است. در این پژوهش ابتدا به اختصار حوضۀ رسوبی كرمان و خصوصیات كانی شناسی و ژئوتکنیکی نهشته هاي این حوضه بررسی شده است. سپس به منطور بررسی تأثیر محیط رسوبی و تاریخچۀ زمین شناسی بر ویژگی هاي مهندسی این نهشتهها، آزمایش هاي سه محوري روي خاك هاي بازسازي شده با رطوبتی بیش تر از حدروانی و با فشارهاي همه جانبه مختلف در حالت تحکیم یافته زهکشی شده و زهکشی نشده انجام شد. به منظور بررسی میزان انطباق رفتار خاك ها در حالت هاي طبیعی و بازسازي شده منحنی هاي تنش- كرنش مقایسه شد و حساسیت ساختاري خاك با استفاده از معیار حساسیت مقاومتی بررسی شد. از بررسی نتایج آزمایشهاي سه محوري می توان میتوان در تفسیر محیط رسوبی و تاریخچه زمین شناسی استفاده كرد. مقایسه منحیهاي تنش- كرنش نمونههاي طبیعی و بازسازي شده نشان میدهد كه در خیلی موارد رفتار خاكهاي دست نخورده
5423
و بازسازي شده مشابه بوده و سیمان شدگی و ساختار خاك توسعه زیادي نداشته است. هم چنین نتایج آنالیز نمونهها نشان داد كه كانیهاي موجود در نهشتههاي این شهر عمدتاًعمدتا شامل ایلیت، كلریت، اسمکتیت و كلسیت هستند. مقایسۀ تصاویر میکروسکپ الکترونی از نمونههاي بازسازي شده و دست نخورده، آرایش تصادفی، نبود ساختار مشخص و فشردگی خاكهاي محدودۀ شهر را تأیید میكند. نتایج نشان میدهد كه این خاكها از تأثیرپذیري محیط رسوبی و تاریخچه زمین شناسی نسبتاًنسبتا مشابه و یک نواختی برخوردارند و ساختار و سیمان شدگی در آن ها توسعۀ زیادي نداشته و عموماًعموما فشرده و پیش تحکیم هستند.
واژههاي کليدي: حوضۀ رسوبی، خاكهاي ریزدانه، خصوصیات زمین شناسی، كرمان

مقدمه
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

ارتباط ویژگیهاي زمینشناسی مهندسی نهشتهها با نوع و شرایط محیط رسوبی تشکیل آن ها گام مفیدي در بررسی خصوصیات نهشتههاي رسوبی محسوب می شود. ارتباط شرایط زمین شناسی و تاریخچۀ تشکیل نهشتهها با ویژگیهاي زمین شناسی مهندسی و خصوصیات ژئوتکنیکی آن ها، در تحقیقات گذشته كم تر مد نظر بوده است. خاكهاي طبیعی معمولامعمولاً با گذشت زمان و تأثیر عوامل محیطی، داراي ساختار میشوند. این ساختار بر مقاومت برشی افزوده و تأثیر به سزایی بر پارامترهاي ژئوتکنیکی خاك میگذارد ]1[. پژوهش هاي انجام شده در پنجاه سال گذشته نشان داده اند كه رفتار مکانیکی خاكهاي ریزدانه به فابریک و آرایش دانههاي آن ها بستگی دارد ]2[. با پیدایش ساختار در خاك مشکلات مربوط به نمونهگیري و انجام آزمایشهاي آزمایشگاهی بیش تر میشود. جنز و نووا از خاك هاي داراي ساختار به عنوان موادي كه هنوز بهخوبی شناخته نشدهاند یاد كردهاند و تعیین متغیرهاي مهندسی اینگونه خاك ها را مشکل می دانند ]5[.
در مورد خصوصیات ژئوتکنیکی و زمین شناسی مهندسی مصالح سنگی و خاكی تحقیقات بسیاري وجود دارد. با این وجود به ارتباط این ویژگی ها با تاریخچه زمین شناسی و به طور واضح تر با محیط رسوبی تشکیل این نهشته ها كم تر توجه شده و به جز موارد معدود، عملاعملاً تحقیقات زیادي در دنیا انجام نشده است. از كارهاي انجام شده در ایران میتوان به بررسی رابطۀ محیط رسوبی با خواص مهندسی خاكهاي ریزدانه جنوب تهران ]4[، ارتباط ویژگی هاي زمین شناسی مهندسی نهشته هاي عهد حاضر با محیط رسوبی آن ها با استفاده از تصاویر ماهوارهاي در رسوبات دشت خوزستان ]3[ اشاره كرد.
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

در تحقیقات خارجی نقش محیط رسوبی بر خواص مهندسی خاك در قالب بررسی ساختار و سیمان شدگی خاكها بررسی شده است. در برخی از تحقیقات انجام شده ویژگی مربوط به ساختار میکروسکپی خاك ریزدانه رسی با استفاده از رفتار مکانیکی آن ها استخراج شده و شواهد زمین شناسی هم این ارتباط را تقویت كرده است ]6[، ]7[. در مورد نهشتههاي ریزدانه مانند رسها كه كه عمده ترین رسوبات بررسی شده در تحقیق حاضر را تشکیل می دهند، میتوان به تحقیقات بل ]8[، جاكسا ]9[ و بنت و همکاران ]11[ اشاره كرد كه با تشکیل بانک دادههاي ژئوتکنیکی و بررسیهاي آماري به تشریح خصوصیات نهشتههاي ریزدانه نواحی مختلف پرداختهاند. در این پژوهش به منظور بررسی تأثیر محیط رسوبی بر خواص مهندسی خاكهاي ساختگاه شهر كرمان سعی شده است شرایط اولیه خاك ها در حوضه رسوبی شبیه سازي شود، براي این منظور نمونههاي با رطوبتی بیش تر)23/1 تا 3/1 برابر( از حد روانی بازسازي شده است. خاك بازسازي شده در آزمایشگاه به گونهاي تحت شرایط تحکیم و برش قرار داده شده كه رفتار خاك پیش تحکیم شده و عادي تحکیم شده در آن مدل شده است. در این پژوهش از بررسی نتایج آزمایش هاي سه محوري در تفسیر محیط رسوبی و تاریخچه زمین شناسی استفاده شده است. در این رابطه از مقایسۀ آزمایش هاي سه محوري انجام شده روي خاك هاي طبیعی و دست نخورده با خاك هاي بازسازي شده كمک گرفته شده است.
موقعيت جغرافيایي و زمين شناسي حوضۀ رسوبي بررسي شده
دشت كرمان در میان دو رشته كوه در شمال شرق و جنوب غرب دشت قرار گرفته است.
این دشت از جنوب به كوهستان جوپار، از شمال به دشت زرند، از شرق به كوههاي سیرچ و از غرب به دشت باغین و كوههاي باداموئیه محدود می شود و این ارتفاعات مرزهاي طبیعی دشت را تشکیل می دهند )شکل1(.
5423
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

دشت كرمان، یک چاله تکتونیکی از نوع گرابن فشاري است به گونهاي كه تحت تأثیرحركت گسلهاي معکوس موجود در مرزكوه با دشت و بالا رفتن كوهستان ایجاد شده است ]11[.. با توجه به مدل حوضه رسوبی كرمان ]12[ شکل گیري دشت رسوبی كرمان در اواخر كواترنر اتفاق افتاده است. فرآیند تشکیل آن چنان كه ذكر شد ناشی از عمل كرد توأمان فعالیت هاي دینامیکی و ایجاد ساختمان زمین شناسی جوان و پرانرژي همراه با دوره هاي پرباران بین یخچالی در منطقۀ كرمان طی دورۀ كواترنري بوده است. دشت كرمان در طول پلیستوسن كه اشکوب اصلی كواترنر است به گونۀ حوضه اي بسته كم ژرفا دریافت كننده همه جریان هاي سیلابی صادره از زمین هاي مرتفع حواشی دشت بوده است. در بعضی از مقاطع زمانی كوتاه مانند دوره یخچالی ورم، قریب صدمتر رسوب در چالۀ رسوبی كرمان نهشته شده و تحت فشار سربار اعمال شده از طرف لایههاي رویی فشرده و تحکیم شده اند. شواهد زمین ریخت شناسی نشان میدهند در برخی مقاطع زمانی، شرایط محیطهاي تبخیري و دریاچهاي فصلی نیز حاكم است و ذرات ریزدانه وارد محیط كم ژرفاي دریاچهاي شده و در آب معلق شدهاند تا بتدریج رسوب كنند. حوضه بسته رسوبی شهر كرمان به علت جنبشهاي پراهمیت پلیستوسن زبرین، شرایط حوضه بسته را از دست داده و به آرامی به سوي شمال و شمال باختري و دره زرند-كرمان شیب بر داشته است و حجم چشم گیري از رسوبات انباشته شده در دوره هاي قبل را كه سالیان طولانی در تحکیم كردن لایههاي زیرین نقش داشته اند، از دست داده ولی تأثیر آن ها كه همان پیش تحکیم كردن رسوبات زیرین بوده باقی مانده است.
به این معنی كه در حال حاضر بدون این كه سربار چشم گیري روي رسوبات شهر كرمان وجود داشته باشد، خاك ها حالت تحکیم یافتگی خود را حفظ كرده اند.
شهر كرمان با ارتفاع 1731 تا 1811 متر از سطح دریا در حاشیه شمالی دشت كرمان واقع شده است و بخشی از گسترۀ آن را كفههاي نمکی یا پلایاي سیلتی-رسی میپوشانند. رسوبات نهشته شده در محدودۀ شهر كرمان عموماعموماً ریزدانه است و متأثر ازسرنوشت زمین شناسی و مدل رسوبی حوضۀ آن هستند.

126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

شکل 1. محدودۀ حوضۀ رسوبي دشت کرمان
بی شک عمق سنگ كف و ضخامت رسوبات دشت از موارد مهم در شناخت مدل رسوبی حوضه است. مدل حوضه رسوبی مهم ترین عامل تأثیرگذار در شکل گیري نوع رسوبات و ضخامت است و موجب نهشته شدن ضخامت زیاد رسوبات در طی چهار دورۀ بین یخچالی در گسترۀ دشت كرمان شده است ]12[. این نهشته ها به تناسب انرژي سیلاب و توپوگرافی و هندسه سنگ كف نهشته شده و در نقاط مختلف دشت داراي ضخامت متفاوت هستند. براي تعیین ضخامت آبرفت و عمق سنگ كف دشت كرمان نتایج و دادههاي مربوط به بررسی هاي گذشته گردآوري شده و بر اساس آن ها و با استفاده از داده هاي موجود نقشه هاي مورد نیاز در این خصوص به وسیله نرم افزار GIS ترسیم و قضاوت نهایی صورت گرفته است )شکل2(.
نتایج حاصل از روش هاي مختلف در ارزیابی عمق سنگ كف نشان دهندۀ تغییرات ضخامت آبرفت در دشت كرمان بین صفر تا 531 و در محدودۀ شهر كرمان بین 51 تا 531 متر برآورد شده است. این تغییرات نشأت گرفته از مدل رسوبی و تاریحچۀ زمین شناسی آن است. تنش هاي فشاري و پالسهاي شدید تکتونیکی اعمال شده به حوضۀ كرمان از نئوژن تا به امروز موجب 5433
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

فعال كردن و یا ایجاد گسلهاي بزرگ و كوچک در آن ناحیه شده است كه فعالیت این گسل هاموجب جابه جایی، شکستگی، ایجاد فرورفتگی یا بالا آمدگی در سنگ كف شده است.

شکل 4. نقشه توپوگرافي و کلاسهاي ارتفاع ضخامت آبرفت دشت کرمان

روش کار
براي بررسی میزان همگنی رسوبات و تأثیر محیط رسوبی بر خواص مهندسی نهشته ها، محدودۀ پژوهش بر اساس روند رودخانهها و مسیر رسوب گذاريها به سه ناحیه تقسیم شد. سپس با گردآوري خصوصیات ژئوتکنیکی خاك ها از 134 گمانه در سطح شهر، اخذ نمونه در نقاط مختلف و انجام آزمایشهاي متعددي از جمله آزمایش تحکیم، آزمایش سه محوري و …
روي نمونههاي اخذ شده، خصوصیات مهندسی این نهشته ها بررسی شده است.
از آن جا كه محوریت پژوهش حاضر تأكید بر نتایج آزمایش سه محوري است. براي این منظور تعداد 17 آزمایش سه محوري روي خاك هاي طبیعی و بازسازي شده با رطوبتی بیش تر )23/1 تا 3/1 برابر( از حد روانی و با فشارهاي همه جانبه مختلف در حالت تحکیم یافته
5431
زهکشی شده و تحکیم یافته زهکشی نشده، به منظور بررسی میزان انطباق رفتار خاك ها درحالات طبیعی و بازسازي شده با دستگاه سه محوري داراي تجهیزات ثبت الکترونیکی دادههادر آزمایشگاه فنی و مکانیک خاك استان كرمان انجام شد كه به نتایج برخی از آنها در ادامه اشاره شده است.
قطر نمونههاي آزمایش شده 58 و ارتفاع آن ها 76 میلی متر بوده است. مقدار فشار مؤثر هم سان قبل از مرحلۀ برش نمونهها به نحوي انتخاب شد كه برخی از نمونهها شرایط فوق تحکیم یافته و برخی شرایط تحکیم یافته عادي پیدا كنند.
از مهمترین مزایاي این آزمایش میتوان به امکان كنترل تنشهاي اصلی، كنترل زهکشی و امکان اندازهگیري فشار آب حفرهاي و تغییر حجم نمونه حین انجام آزمایش اشاره كرد.
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

هم چنین در طول آزمایش سه محوري میتوان انواع مسیرهاي تنش را بر نمونه خاك اعمال نمود، تغییر مکانها و تنشهاي وارده را كنترل كرد و رفتار خاك را در سطوح تنش مختلف مشاهده كرد. براي انجام آزمایش از دستگاه هاي سه محوري ساخت شركت ELE انگلیس استفاده شده است. در این دستگاهها سیستم اعمال نیرو مکانیکی است و تأمین فشار سل پنوماتیکی است و براي اندازهگیري فشارها از فشارسنج جیوهاي استفاده میشود. وجود بورت دو قلو در سیستم، امکان اندازهگیري تغییر حجم و هم چنین بررسی روند زهکشی حین انجام آزمایش را براي آزمایش گر فراهم میآورد و بار با اعمال كرنش كنترل شده بر نمونه اعمال میشود.
بررسي خصوصيات مهندسي خاک هاي ریزدانه شهر کرمان
محدودۀ بررسی شده براي بررسی میزان همگنی رسوبات و تأثیر محیط رسوبی بر خواص مهندسی نهشته براساس روند رودخانه ها و مسیر رسوب گذاري ها به سه ناحیه تقسیم شد.
سپس ویژگی هاي مهندسی خاك در مناطق سه گانه فوق مقایسه شدند. در شکل5 نواحی سه گانه در قالب سه محدودۀ شرقی، مركزي و غربی معرفی شده اند. همان گونه كه در شکل 5 مشاهده می شود، تعداد گمانه هاي حفر شده در بخش مركزي شهر با توجه به قدمت و سابقه ساخت و سازها بیش تر از دیگر نواحی است. در ناحیۀ شرقی به دلیل محدوده بافت قدیم شهر 5434
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

و وجود ارتفاعات و مناطق صخرهاي حاشیۀ شهر، اطلاعات كم تري تولید شده است. در ناحیۀغربی ساخت سازها و توسعۀ شهر در سال هاي اخیر شروع شده و هنوز اطلاعات كافی تولیدنشده است.

شکل5. موقعيت نواحي سه گانه در شهر کرمان

بررسي منشأ رسوبات در نواحي سه گانه
بعضی از پارامترهاي خاك مثل چگالی دانه ها )Gs( تأثیرپذیري كم تري از محیط رسوبی دارند ولی عمده پارامترهاي فیزیکی و مکانیکی و شیمیایی خاك تا حدود زیادي تابع ویژگی هاي محیط رسوبی و تاریخچۀ زمین شناسی هستند. خصوصیات فیزیکی نهشتههاي محدودۀ شهر كرمان نیز به منشأ زمین شناسی و مدل رسوبی حوضه بستگی دارند و در عین حال ممکن است تغییرات ناشی از شرایط محیط رسوبی را نشان دهند. نمودار PI در مقابل LL/PL به عنوان شاخصی براي ارزیابی اختلاف شرایط نهشتههاي رسوبی مربوط به محیطهاي رسوبی مختلف كاربرد دارد ]3[. این نمودار براي خاك هاي محدوده شهر كرمان ترسیم و در شکل 4 نشان داده شده است. از بررسی این نمودار نتیجه میشود كه براي محدودۀ شهر دو دسته از رسوبات قابل تفکیک هستند كه احتمالاًاحتمالا تفاوت آن ها ناشی از عامل حمل كننده رسوبات و سیستمهاي 5435
126873790194

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:33 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.10.1.3245 ]

زهکشی است. با توجه به شکل 4 احتمال داده می شود كه رسوبات مناطق شرقی و مركزي كهمجاور هم هستند از یک منبع و منشأ تأمین شده و طی مکانیزم واحدي نهشته شده باشند. ولیدر رسوبات غرب شهر كرمان مکانیزم حمل و ته نشست و هم چنین منبع تأمین آن ها با نواحی دیگر متفاوت باشد. این احتمال وجود دارد كه نهشته هاي نواحی شرقی و مركزي با سیستم زهکشی مركزي و رودخانه سه كنج و رسوبات ناحیۀ غربی به وسیلۀ رودخانه چاري حمل شده و ته نشست كرده باشند )شکل 1(. بنا براین محیط رسوبی تأمین كننده رسوبات هر ناحیه موجب تفاوت در خصوصیات پلاستیسته آن نهشتهها شده است. با استفاده از نتایج این تحقیق شاید بتوان محیط رسوبی گستره شهر كرمان را به دو ناحیه تقسیم كرد.

شکل
2
.

بررسي
تأثير

کرمان

دشت

هاي

در

رسوبي

محيط
نهشته

شکل



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید