بخش اول: ویژگی
های مهندسی سنگ ها و خاک ها
بررسی زمین
شناسی مهندسی آبرفتهای شرق اصفهان
4 ، نسرین جمی 1 ، حمید پاکزاد 3 ، محمود
وفائیان 1 ، محمود هاشمی 2 ، جعفر غیومیان 1 رسول اجل لوئیان
1 -استادیار
گروه زمین شنا سی دانشگاه اصفهان
2
-دانشیارپژوهشکده حفاظت خاک و آبخیز داری کشور
3 -دانشیار
دانشکده عمرا ن دانشگاه صنعتی اصفهان
4 -دانشجوی
کارشناسی ارشد زمین شنا سی مهند سی دانشگاه اصفهان
چکیده :
بررسیهای محلی
ژئو تکنیکی بعنوان یکی از مراحل اساسی در احداث پروژه های عمرانی اعم از احداث
سازه های متمرکـز و شریانهای حیاتی نظیر جاده ها، تونل ها و خطوط انتقال می باشد.
عدم توجه کافی بـه ایـن بررسـی هـا منجـر بـه بـروز مشکلاتی در اجرای پروژه ها می
گردد. مطالعه حاضر با استفاده از اطلاعات گمانه ها و ترانشه ها ی موجود به بررسی
آبرفتهای منطقه شرق اصـفهان از نقطـه نظـر زمین شناسی مهندسی و ژئو تکنیکی می
پردازد. با استفاده از نمونه های حاصله از گمانه ها اقدام به انجام آزمایشاتی از
قبیل دانه بندی، حدود آتربرگ، تراکم، برش مستقیم و تحکیم گردیده است. در این راستا
با تعیین پارامتر های خاک میتوان یـک مقطع عرضی مربوط به آبرفتهای شرق اصفهان
ترسیم نمود، که در آن خصوصیات زمین شناسی مهندسی آبرفتها در اعمـاق مختلف بیان می
شود، و به وسیله آن مهندسین طراح سازه، پیمانکاران و مجریان طـرح هـای عمرانـی و
توسـعه شـهری و مکانیابی منطقه ای می توانند یک طراحی بهینه از لحاظ اقتصادی و
ایمنی داشته باشند.
واژگان کلیدی:
دانه بندی خاک، حدود آتربرگ، آبرفت، اصفهان
مقدمه:
هر ساله در شهر
های بزرگ به منظور احداث سازه های مختلف تعدادی گمانه ژئـو تکنیکـی حفـر شـده و
آزمـایش هـای متعددی بر روی آنها انجام می گیرد، در حال حاضر در بسیاری از شهر های
دنیا چنـین بررسـیهایی از جنبـه هـای زیسـت محیطی، طراحی و توسعه شهری رایج می
باشد، که از آن جمله میتوان به مطالعات کولشـا و همکـاران (2002،2001 ،(دیـر من
(1991 ،(کویکه و همکاران (1994 ،(رنجر و همکاران (2002 (اشاره نمود. زمینهای سست و
ریزشی و گسل خورده، هوازده و متورم شـونده و بـالاخره آبـدار بیشـترین مشـکلات را
بـرای احـداث پروژههای عمرانی بوجود می آورند که در تمامی این موارد مطالعه زمین
شناسـی مسـیر، قبـل از اجـرا و در حـین اجـرای پروژهما را در طراحی سازه ای ایمن
تر و همچنین صرفه جویی اقتصادی بیشتر یاری می رساند. بطور کلی می تـوان گفـت که
استفاده از داده های حاصل از گمانه های حفر شده منجر به کاهش هزینه های حفاری و
صرفه جـوئئ در زمـان اجـرای پروژه بعدی می گردد.
زمین شناسی
عمومی و زمین ریخت شناسی :
منطقه مورد
مطالعه جزئی از زون تکتونیکی سنندج سـیرجان محسـوب مـی گـردد. ایـن زون از
پرتکـاپوترین و فعـالترین واحدهای تکتونیکی ایران محسوب شده و روند آن به موازات
زاگرس ( شمال غربی –جنوب شرقی) می با
شد(6 .( دشت اصفهان از سمت جنوب توسط بلندیهای صفه، از شرق توسط ارتفاعات خوراسگان
و دیو سلام و از غرب و جنـوب غربی توسط کوهای کاسکم و محمود آباد و دشت نجف آباد
محدود می گردد. حد شمالی این دشت با دشت برخوار تلاقی می نماید که تعیین آن امکان
پذیر نمی با شد (7 .(زاینده رود از عوامل مهم در شکل گیری این دشت بحساب می آید که
با تغییر مسیرهای متعدد، شکل کنونی را بوجود آورده است.نهشته های عهد حاضر شهر
اصفهان را می توان به دو بخش عمده ذیل تقسیم کرد(8 : ( نهشته های آبرفتی کوهپایه
ای: که حاصل فرسایش نهشته های آهکی ارتفاعات جنوبی اصفهان است. این رسوبات نهشته
های شیلی ژوراسیک را در بخش جنوبی شهر اصفهان می پوشاند. ضخامت این نهشته ها عمدتا
کم بوده و عمدتا از شن و ماسه گوشه دار به همراه کمی قلوه سنگ با پر کننده لای و
رس به نسبت های متفاوت تشکیل شده است. در لابلای این نهشتهها عدسیهائی از رسوبات
ریزدانه لای و رسی بهمراه ماسه و شن دیده می شود. نهشته های زاینده رود: که حاصل
رسوبگذاری زاینده رود در دورانهای طغیان و آرامش می باشد. این رسوبات بـه دو شـکل
کانالی و ساحلی (و یا دریاچه ای محلی ) چینه های زیر سطحی بخش قابل ملاحظه ای از
شهر اصفهان را تشکیل می دهد. ضخامت این نهشته ها در بخش جنوبی شهر حدود 15 متر می
باشد که به سـمت شـمال بـه میـزان قابـل ملاحظـه ای بـر ضخامت آن افزوده می گردد.
نهشته های کانالی عمدتا از شن و ماسه و کمی قلوه سنگ نیمه سـائیده تـا سـائیده،
بصـورت خوب یا بد دانه بندی شده همراه با میزان ناچیزی از اجزای ریز دانه تشکیل
گردیده است. در لابلای این نهشته ها
بخش اول: ویژگی های مهندسی سنگ ها و خاک ها
عدسیهائی از
ماسه ریز و نیز نهشته های ریز دانه لای و رسی مشاهده مـی گـردد. پدیـده درخـور
توجـه، بهـم چسـبیدگی موضعی این رسوبات با ملات کربنات و تشکیل نوعی جوشسنگ نیمه
سخت تا سخت بصورت عدسی یا زبانه ای میباشد. نهشته های دشت سیلابی از لای و رس با
خمیری پایین تا بالا بهمراه کمی ماسه و شن تشکیل گردیده است. از آنجائیکه محدوده
مورد مطالعه در شرق اصفهان قرار گرفته غالبا از رسوبات رودخانه ای زاینده رود و
دشـت سـیلابی آن تشکیل گردیده است. به منظور شناسایی این آبرفتها در محدوده ای به
مختصاتً39َ،40ْ ،32ً-18َ،38،32 عـرض شـمالی و ً24َ،44ْ،51ً-51َ،41ْ،51 طول شرقی از
اطلاعات ژئوتکنیکی 24 گمانه به اعماق 7 الی 25 متری استفاده گردیده است کـه محل
این گمانه ها در نقشه شماره 1 نشان داده شد ه است. این گمانه ها که بمنظور شناسایی
وضعیت لایه های زیر سطحی زمین حفر شدهاند مربوط به پروژه ها و طرح های عمرانی
مختلف در این محدوده بوده و از شرکتها و مراکز گوناگون جمع BH8
تـا BH1 آوری شده اند. گمانه های 25 متری مربوط به احداث بزرگراه شرق
اصفهان هستند که در شـکل بـا اعـداد نمایش داده شده اند.
ویژگیهای
ژئوتکنیکی آبرفتها:
توجه به منشاء
زمین شناسی و ساخت و بافت رسوبات می تواند بیانگر خصوصیات مهم ژئو تکنیکـی نظیـر
نفـوذ پـذیری، مقاومت و دگر شکلی آنها باشد. در این رابطه پارامترهای مقاومتی
رسوبات مثل ظـر فیـت بـاربری و چسـبندگی یـا زاویـه اصطکاک داخلی خاک قابل تخمین
می باشد. بطور کلی میتوان گفت که تغییرات دانه بندی و بافت موجب تغییرات ژئو
مکانیکی رسوبات در عمق و همچنـین گسـترش افقی می گردد، بدین منظور شناسایی نوع
رسوبات و محیط رسوبگذاری اهمیت بسزایی در فعالیتهای مهندسی دارد. جهت بررسی وضعیت
رسوبات در منطقه شرق اصفهان، با استفاده از اطلاعات گمانه هـای موجـود در آن
ناحیـه اقـدام بـه ترسیم سه مقطع عرضی (EF|CD|AB
(گردید. موقعیت مقاطع در نقشه شماره1 نشان داده شده است.
بخش اول: ویژگی های مهندسی سنگ ها و خاک ها
شکل 1 : مقطع AB
) فاصله بین اولین تا آخرین گمانه 1375 متر)
شکل 2 -مقطع DC
در راستای خیابان جی تا 22 بهمن(فاصله اولین تا آخرین گمانه2225 متر)
شکل 3 -مقطع EF)
فاصله اولین تا آخرین گمانه1750 متر)
مطالعه این
مقاطع نشان می دهد در راستایAB که تقریبا
نزدیک رودخانه اسـت تـا عمـق حـدود 12 متـری (صـرفنظر از خاکهای دستی) رسوبات ریز
دانه رسی-سیلتی وجود دارد و ازاین عمق به بعد رسوبات بتدریج درشـت دانـه مـی
گردنـد. تشخیص توالی رسوبات در اعماق بیشتر بدلیل کم عمق بودن گمانه ها امکان پذیر
نیست، ولی نوع رسـوبات دو گمانـه 25 متری نشان می دهد که احتمالا از عمق حدود 17
متری به بعد دوباره به رسوبات ریز دانه رسی با پلاستیسیته پایین برخورد خواهیم
کرد. همچنین مقطع CD که دارای 4 گمانه 25 متری می باشد و از
خیابان جی به سمت خیابان 22 بهمن ترسیم گردیـده اسـت، نشان می دهدکه هر چه بسمت
خیابان جی نزدیک می شویم بر ضخامت رسوبات درشت دانـه افـزوده مـی گـردد. مطالعـه
توصیفی این رسوبات درشت دانه از لحاظ گرد شدگی و رنگ روشن ناشی از شسته شدن توسـط
آب رودخانـه، حـاکی از رودخانه ای بودن آنها داشته و می تواند نشانگر آن باشد که قبلا
رودخانه زاینده رود درمحدوده خیابان جی جریان داشـته و رسوبات دانه درشتی از خود
بر جای گذاشته است. مقطع EF نیز مطالب
بالا را تایید می کند ولی نکته قابل توجه در این مقطع ضخامت متفاوت رسـوبات در
عمقهـای کمتـر است که این موضوع به احتمال زیاد به علت توپوگرافی منطقه می باشد.
لازم به ذکر است کـه گمانـه هـای مـورد اسـتفاده دارای داده ارتفاعی نبودند و
موقعیت گمانه ها بر اساس کروکی ارائه شده در گزارشات مکانیک خـاک مـورد اسـتفاده
روی نقشه پیاده شده اند. با توجه به نتایج حاصل از24گمانه بررسی شده در این محدوده
و همچنین مطالعات دیگری که بر روی رسوبات حاصـل از چاههای عمیق آب در بخش شرقی
اصفهان (دشت سگزی) انجام گرفته است (10 (چنانچه مسیر قبلی رودخانه زاینده رود را
در محدوده خیابان جی در نظر بگیریم، رسوبات رسی- سیلتی(با درصد کمی ماسه) بین این
مسیر و مسیر فعلی رودخانه که در نزدیکی میدان بزرگمهر است را می توان حاصل دشت
سیلابی رودخانه دانست و یا با وجود دریاچه ای موضـعی در بخش اول: ویژگی های مهندسی سنگ ها و خاک ها
این محدوده
توجیه نمود. البته برای اظهار نظر قطعی و دقیق احتیاج به اطلاعات گمانه ای بیشتر و
همچنین انجام مطالعـات دقیق رسوب شناسی و چینه شناسی می باشد.
بررسی خصوصیات
فیزیکی و مکانیکی لایه های خاک:
به منظور تعیین
خصوصیات فیزیکی لایه های خاک آزمایش های دانه بندی، هیدرو متری، حـد روانـی و
خمیـری بـر روی نمونه های دست خورده انجام گرفته است. بر اساس نتایج آزمایشهای
دانه بنـدی و تعیـین حـدود آتربـرگ( 9،5،4،3،2،1 ( میتوان گفت که خاک این محدوده
در اعمـاق کـم عمـدتا از خـاک ریـز دانـه بـا علامـت CL
و بطـور موضـعی از خـاک CH|ML|MH تشکیل شده
است. در اعماق بیشترخاک دانه ای با طبقـه بنـدی GM-GP ،GC-GP
،GC-GW ،GP، .دارد قرار SM ،
SW،SP، GM،GC
،GW برای ارزیابی پتا نسیل و استعداد خاک ریز
دانه محدوده مورد مطالعه به تغییر حجم بر حسب درصد رطوبت (تورم) از عدد اکتیویته
خاک استفاده شده است، هر چه خاک فعال تر باشد تغییر حجم آن در اثر تغییر رطوبت
بیشتر خواهد بود. با توجـه به نتایج محاسبه عدد اکتیویته(7/0<A
(می توان گفت که خاکهای این محدوده نسبتا غیر فعال است، ولـی در هـر حـال بـا توجه
به اینکه عمق سطح آب زیر زمینی در محدوده مورد مطالعه از حدود 12 متر نزدیک
رودخانه تا 17 متر در خیابان جی متغیر است باید در صورت امکان، شرایط محیطی چنان
فراهم شود که احتمال بالا رفتن رطوبت خاک زیر پـی بـه حـداقل برسد. برای تعیین
پارامتر های تغییر شکل پذیری (آنی)لایه های خاک نظیر ضریب پواسـون و مـدول
الاستیسـیته خـاک از نتایج آزمایش نفوذ استاندارد و آزمایشهای طبقه بندی خاک
استفاده گردیده است. با توجه به اینکه گمانه های 1 تـا 8 دارای عمق بیشتری هستند و
تقریبا محدوده مورد مطالعه را پوشش می دهند، نتایج این 8 گمانه برای کل محدوده
تعمیم داده شده است (3 (نتایج بدست آمده در جدول شماره 1 آورده شده است.
جدول شماره 1 :
ضریب پواسون و مدول الاستیسیته خاک برای عمق استقرار 6-7 متری و پی باعرض حداکثر 3
متر 2 شماره گمانه ?ضریب
پواسون مدول الاستیسیته خاک? cm/Kgf
100 0/4 BH1
100 0/4 BH2
170 0/3 BH3
4 BH4
100 0/
4 BH5
150 0/
150 0/4 BH6
130 0/3 BH7
150 0/3 BH8
نکته قابل توجه
در این جدول اختلاف زیاد بین مدول الاستیسیته خاک در گمانه های 3 و4 است، با توجه
به فاصله کم این گمانه ها از یکدیگر( بر اساس نقشه شماره 1 (میتوان گفت که دلیل
اصلی این موضوع تغییر در جنس لایه های خاک.در عمق 6-7 متری در دوگمانه BH3
وBH4 است.در این عمق رسوبات در گمانه BH3
بصورت SM و در گمانه BH4 بصورت CL
طبقه بندی می شوند. خاکهای دستی در محدوده مورد مطالعه بطور متوسط در عمق 5/0 تا 3
متر قرار گرفته اند ولی بطور استسناء در محل گمانه BH7
حدود 7 متر خاک دستی وجود دارد. از آنجاییکه این خاکهای دستی از نقاط دیگری به این
مکان حمل شـده انـد، از نظر مهندسی ارزشی نداشته و باید در هنگام ساخت و ساز
برداشت گردند از این رو اعداد جـدول 1 مطـابق بـا حـد اکثـر ضخامت خاکهای دستی
منطقه برای عمق استقرار پی 6-7 متری محاسبه گردیده است. با توجه به آزمایشات سه
محوری (UU (و برش مستقیم انجام شده بر روی نمونه های
برداشت شده از 24 گمانه موجـود نتایج زیر برای چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی
خاکهای این محدوده دست آمده است. ضـریب چسـبندگی خـاک (C
( برای خاکهای دانه ای همـراه بـا ذرات ریـز رسـی 2 برای خاکهای دانه ای از 0 برای
خاکهای کاملا دانه ای تا 3/0 cm/kgf می باشد.
همچنین زاویه اصطکاک داخلی برای 2 متغیر است و برای خاکهای چسبنده این تغییرات بین
45/0تا56/0 cm/kgf خاکهای دانه
ای 10 تا 26 درجه و برای خاکهای چسبنده از 3 تا 8 درجه متغیر می باشد. قابل ذکر
است کـه اعـداد ? و c ارائه شده برای
عمق حدود 7-6 متری بوده و مسلما این اعداد در اعماق مختلف تا حدودی متغیر میباشـد.
.بـا توجـه بـه اینکه هیچ یک از گمانه های حفاری شده به سنگ کف برخورد نکرده است،
ولی مطالعات انجام شده بر روی گمانـه هـای عمیق تر و همچنین چاههای حفر شده در شرق
اصفهان (10 (نشان دهنده عمق زیاد سنگ بستر در این محدوده می باشـد.
در بعضی مناطق
این محدوده (دشت سگزی) عمق سنگ بستر 300 متر نیز اندازه گیری شده است. البته این
نکته شایان ذکر است که عمق سنگ بستر در نزدیکی رودخانه زیاد نبوده و بدلیل کم بودن
عمق گمانه های مـورد اسـتفاده بـه سـنگ کـف برخورد نشده است.
بحث و نتیجه
گیری
بطور کلی تعیین
وضعیت ژئو تکنیکی آبرفتها در نقاط شهری و از جمله منطقه مورد مطالعه می توانـد
دورنمـای روشـنی از موقعیت محل جهت گسترش سازه های عمرانی ارائه دهد.
نتایج بدست آمده
در این تحقیق عبارتند از:
1 -با توجه به
ویژ گیهای رسوبات درشت دانه (بافـت، رنـگ و...) نهشـته شـده در محـدوده خیابـان
جـی کـه حـاکی از
رودخانهای بودن
آنها دارد، بنظر می رسد رودخانه زاینده رود قبلا در این محدوده جریان داشته است و
به مرور زمان مسـیر
خود را تا محل
فعلی تغییر داده است.
2 -آزمایشات
انجام شده بر روی خاکهای این محدوده نشان می دهد که غالبـا خاکهـای رسـی از نـوع cl
بـوده و از نظـر فعالیت در ردیف خاکهای غیر فعال (75/0< A
( در نظر گرفته می شوند.
3 -تعیین دقیق
عمق سنگ بستر در محدوده مورد مطالعه بدلیل کم بودن عمق گمانهها مقدور نمیباشد، ولی
بـا توجـه بـه مطالعات انجام شده دیگری که در محدوده شرق اصفهان انجام گرفته بنظر
می رسد که رسوبات این منطقـه (بجـز در نقـاط
نزدیک رودخانه)
دارای ضخامت زیادی هستند.
بخش اول: ویژگی های مهندسی سنگ ها و خاک ها
و تغییـرات ?
خاکهـای 2 4 -تغییرات c در خاکهای
چسبنده این محدوده در عمـق 7-6 متـری از 45 /تـا 56/0 cm/kgf دانهای در همین عمق از 10 تا 26 درجه می باشد.
5 -سطح آب زیر
زمینی در محدوده مورد مورد نظر از 12 تا 17 متر متغیر است و با توجه بـه ایـن
موضـوع بایـد شـرایط محیطی چنان فراهم شود که احتمال بالا رفتن رطوبت خاک زیر پی
به حد اقل برسد. 6 -ضخامت خاکهای دستی در منطقه از 5/0 تا 3 متر متغیر است (در
نزدیکی گمانه BH7 بطور استسناء حدود 7 متر خاک دستی وجود
دارد). با توجه به اینکه این خاکها به علت بر هم ریخته شدن بافت و ساختشان درحین
حمـل و نقـل ارزشـی ندارند بهتر است در هنگام ساخت و ساز برداشت گردند.
منابع
1 .آزمایشگاه
فنی و مکانیک خاک سازمان همیاری شهرداریهای اصفهان، 1383 ،مطالعات ژئو تکنیـک و
مکانیـک خـاک مجتمع مسکونی فرهنگیان منطقه جی، 33 ص.
2 .آزمایشگاه
فنی و مکانیک خاک سازمان همیاری شهرداریهای اصفهان، 1376 ،مطالعات ژئو تکنیـک و
مکانیـک خـاک
مرکز فرهنگی
دفاع مقدس، 55 ص.
3 .اداره کل
آزمایشگاه فنی و مکانیک خاک استان اصفهان، 1379 ،گزارش مطالعات ژئوتکنیک و مکانیک
خـاک بزرگـراه
شرق
اصفهان،166ص.
4 .اداره کل
آزمایشگاه فنی و مکانیک خاک استان اصفهان،1370 ،گزارش مطالعات ژئو تکنیـک و
مکانیـک خـاک مرکـز مخابرات خیابان بزرگمهر، 63 ص.
5 .اداره کل
آزمایشگاه فنی و مکانیک خاک استان اصفهان، 1365،گزارش مطالعات ژئو تکنیـک و
مکانیـک خـاک مرکـز مخابرات خوراسگان، 41ص.
6 .درویش زاده،
ع.1370 .زمین شناسی ایران، 901 ص
7 .سازمان زمین شناسی
کشور، نقشه زمین شناسی چهار گوش اصفهان، مقیاس 25000:1
8 .طاهری، ع،
1370.مطالعات مقدماتی زمین شناسی مهندسی طرح مترو اصفهان،51 ص.
9 .مهندسین
مشاور ایران خاک، 1377،گزارش مطالعات مکانیک خاک و مهندسی پی پروژه مجتمع مسکونی-
تجـاری22
بهمن، 39ص.
10. PAKZAD|H.|2003|
Sedimentary facies association of the lower reachy of the Zayandeh
river
and the Gavkhoni Playa Lake Basin(Esfahan Province|Iran) unpublished Ph.D
thesies
|University of clausthal| German