ارزیابی نقش ویژگی های پتروگرافی در دوام و
مقاومت سنگهای آذرین
(مطالعه موردی موج شکن شهید رجایی)
2 ، حسین مهدیزاده شهری 3 ، محمدرضا نیکودل 2
، ناصرحافظی مقدس 1 مهدی امانیان
1-کارشناس ارشد پترولوژی دانشگاه صنعتی شاهرود
2 -استادیار دانشگاه صنعتی شاهرود
3 -استادیار دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
در این مطالعه رابطه بین ویژگی های
پتروگرافیکی و پترولوژیکی و خواص مهندسی سنگهای آذرین موج شکن بندر شهید رجایی
مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از تمام سنگهای مورد استفاده در بدنه
موج شکن شامل ریولیت، توف و داسیت و از سطوح مختلف نمونه برداری شده است. سپس
مطالعات پتروگرافیک بوسیله میکروسکوپ انجام شد. خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و دوام
داری نمونه ها نیز در آزمایشگاه تعیین شد. روابط بین خواص پتروگرافیک وخواص
مقاومتی و دوام داری سنگها مورد بررسی قرار گرفته است. این مطالعه نشان می دهد که
تأثیر خصوصیات بافتی بر خواص مهندسی بیشتر از کانی شناسی میباشد. نوع مرزها، شکل و
اندازه دانه ها تأثیر زیادی در خصوصیات مهندسی این سنگها دارد.
واژگان کلیدی : سنگ آذرین، ویژگیهای پتروگرافی
و پترولوژیکی، خواص مقاومتی و دوام داری
مقدمه :
عوامل زمین شناسی کنترل کننده رفتار مکانیکی
سنگها به دو گروه داخلی شامل خواص و ویژگیهای خود سنگ و عوامل خارجی شامل
فرایندهایی که محیط اطراف سنگ در یک محدوده از زمان بر روی سنگ تأثیر می گذارند،
تقسیم می شوند.
بخش
اول: ویژگی های مهندسی سنگ ها و خاک ها
عوامل داخلی شامل ترکیب کانی شناسی و بافت،
صفحات ضعف، شکستگی های داخل سنگ، درجه آلتراسیون کانی ها، اندازه دانه، شکل دانه،
دانسیته فشردگی سنگ، درجه درهم شدگی، نوع کنتاکت ها و میزان ونوع سیمان یا
خمیره(در صورت موجود بودن) می باشد (اروسی و والر، 1995) ،(جدول1 .( در سنگهای
آذرین نوع کانی ها و نسبت آنها تأثیر زیادی بر دوام ومقاومت سنگ خواهد داشت و
سنگهای حاوی کوارتز(به عنوان کانی پیوند دهنده)دارای بیشترین مقاومت می باشند و
بعد از آن کلسیت و کانی های آهن و منیزیم دار قرار دارند. کانی های آهن و منیزیم
دار مرزهای دانه ای پیچیده یا بافتهای درهم رشدی خوبی در سنگها ایجاد می کنند، ولی
با این وجود این کانی ها سریع تر نیز اکسیده می شوند و باعث افت مقاومت می
شوند(براتلی، 1992 ،(سنگهایی با مواد پیوند دهنده رسی ضعیف ترین سنگها می باشند.
دوام و مقاومت سنگ با افزایش آلتراسیون و افزایش کانی های ثانویه بشدت کاهش می
یابد. اندازه کانی ها و میانگین دانه های سازنده سنگ نیز به عنوان یک فاکتور زمین
شناسی مهم تأثیر زیادی بر روی مقاومت مکانیکی سنگ دارند. مقاومت تسلیم سنگها با
کاهش اندازه دانه ها افزایش می یابد و بطور کلی کوچک بودن اندازه دانه باعث زیاد
شدن مقاومت سنگ می شود و وقتی میانگین اندازه دانه ها کمتر از 1 میلی متر باشد این
تأثیر بیشتر خواهد بود (براتلی، 1992 ،(ولی اگر اندازه دانه کمتر از 025/0 میلی
متر باشد، دانه ها تأثیر کوچکی در سایش و دوام دارند(اروسی و والر، 1995 .(تأثیر
اندازه کانیها بر مقاومت سنگ بیشتر به این دلیل است که با کاهش اندازه کانی ها،
تعداد مرزهای دانه ها افزایش یافته ونیروهای خارجی بر روی سطوح بیشتری توزیع می
شوند و در نتیجه نیروی بیشتری برای شکستن پیوند بین دانه ها لازم می باشد.
شکل دانه ها نیز برروی مقاومت سنگ تأثیر زیادی
دارد و دانه های زاویه دار باعث ایجاد درهم شدگی بیشتر و افزایش مقاومت خواهند شد،
ولی سنگهای تشکیل شده از دانه های گرد شده بسیار بی دوام می باشند زیرا بلورها یا
دانه ها لبه مشخصی داشته و نیروها نیز در طول آزمایشات دوام و مقاومت معمولاً در
طول لبه های دانه ها متمرکز می شوند وچون سطح تماس و پیوند بین دانهها صاف میباشد،
نیروی کمتری برای شکستن سنگ لازم می باشد و در نتیجه این سنگها شاخص های دوام و
مقاومتی کمتری را نشان می دهند. یکی دیگر از ویژگیهای مهم بافتی که در رفتار
فیزیکی و بویژه مقاومت سنگ نقش دارد، درجه درهم شدگی دانه ها ونوع مرزهای دانه ها
و آرایش هندسی(میکروفابریک)اجزاء سنگ است. چون شکستگیها بیشتر در طول مرزهای دانه
ها رخ میدهند و کمتر در میان دانه ها ایجاد می شوند، مرزهای نامنظم و درهم ایجاد
شکستگی رابسیار مشکل می سازند و افزایش تعداد مرز ها باعث افزایش مقاومت سنگ می
شود. شرایط حرارت وفشار تشکیل سنگها نیز بر روی خواص مقاومتی آنها تأثیر دارد و هر
چه این شرایط با شرایط سطح زمین تفاوت بیشتری داشته باشد، سنگ سریعتر هوازده می
شود. بطوریکه کانی که شرایط تشکیل آن با شرایط سطحی تفاوت بیشتری دارند و در بالای
سری باون قرار می گیرند، زودتر با محیط جدید واکنش انجام داده و سریع تر هوازده می
شوند. مقاومت نسبی کانی ها در برابر تخریب شیمیایی ممکن است بازتاب شرایط سطحی ویا
شرایط تشکیل کانی ها باشد.
سنگها
دارای ناپیوستگیهای خطی یا صفحه ای میکروسکوپی ویا ماکروسکوپی مرتبط با بعضی
کانیها می باشند. این سطوح شامل میکروشکستگی ها، مرزهای دانه ها، کلیواژ کانی ها،
صفحات ماکل و انکلوزیونها میباشند. همچنان که ذکر شد این نقایص مقاومت نهایی سنگها
را تحت تأثیر قرار میدهند و به عنوان سطوح ضعف عمل کرده جهتی را که در طول آن
شکستگی اتفاق می افتد را کنترل می کنند. تناوب و تکرار ناپیوستگی ها با مقاومت
شکست رابطه معکوس دارد زیرا این شکستگی ها باعث تسهیل ورود آب و سیالات به درون
سنگ و توسعه هوازدگی می شوند (ویلارد و مک ویلیامز، .(1969
معرفی محدوده مطالعاتی :
بندر شهید رجایی در 20 کیلومتری غرب بندر
عباس، 15 کیلومتری غرب بندر شهید باهنر و در مختصات جغرافیایی 4°56 طول شرقی و7°27 عرض شمالی قرار دارد. این بندر
دارای دوشاخه موجشکن می باشد که طول موج شکن غربی حـدود 2515 متر و ارتفاع آن 5
متر و طول موج شکن شرقی حدود 2570 متر و ارتفاع آن 5 متر می باشـد. ایـن بنـدر
دارای یـک موج شکن ترافیک ساحلی با طول 1733 متر نیز می باشد که شامل یک موج شکن
اصـلی بـه طـول 1250 متـر و دو مـوج شکن فرعی به طول 200 متر و یک شاخه رسوبگیر به
طول 180 متر می باشد. این موج شکنها از عمق 20 متری تا حدود 7 متری بالای سطح آب
احداث شده اند. ساخت این بندر در سال 1354 آغـاز گردیـده و مـوج شـکنهای آن در
سـال 1360 ساخته شده اند. سنگهای بکار رفته دراین بندر بیشتر از نوع ریولیت،
داسیت، توف ریولیتی و گرانیت می باشند. این سـنگها بیشتر از معادن سنگ موجود در
گنبد نمکی گچین که در شمال غربی بندر عبـاس واقـع شـده اسـت، اسـتخراج شـده انـد.
سنگهای این گنبدها با توجه به شواهد کانی شناسی یک آلتراسیون هیدروترمال تقریباً
مشابه با یک سیسـتم هیـدروترمال در ریفتهای اقیانوسی را تحمل کرده اند و عامل اصلی
آلتراسیون سنگهای آذرین مورد مطالعه ورود آبهای دریایی فوقانی از راه درزه ها و
شکافها به سنگهای اسیدی وبازیک تشکیل شده در این سیستمهای ریفتی است. بررسی خصوصیات پتروگرافی :
با توجه به اهمیت مطالعات پتروگرافی در تعیین
خصوصیات فیزیکی، دوام سنگ ها و بررسی فرایندهای هوازدگی موجـود در سنگ ها، از
نمونه های برداشت شده از موج شکن ها و معادن سنگ آنها، مقطع نازک تهیه شد. برای
نامگذاری سنگهای منطقه مورد مطالعه به روش مودال، تعداد 4 نمونه مقطع نازک از
گروههای سنگی مذکور انتخاب و آنالیز مـودال شـده و بـا روش اشتریکایزن(1974 و1976
(طبقه بندی و نامگذاری گردیده اند(جدول2 و شکل1 .(طیف ترکیبی سـنگ هـای آذریـن
شامل ریولیت| توف ریولیتی و داسیت می باشد. الف- ریولیت ها : این سنگ ها در سطوح
مختلف موج شکن به کار رفته اند. رنگ آنها در سطح تـازه عمـدتاً خاکسـتری یـا سـفید
و دارای نوارهای سبزاپیدوت می باشند. در نمونه دستی غالباً بافت پورفیری ومیکروگرانولار
را نشان داده و بلورهای پلاژیـوکلاز و بخش
اول: ویژگی های مهندسی سنگ ها و خاک ها
کوارتز در بعضی از نمونه ها قابل شناسایی می
باشند. ریولیت ها در مقطع میکروسکوپی دارای زمینـه بسـیار ریـز و شـامل مخلوطی از
فنوکریستها بوده و دارای بافت پورفیری و گلومروپـورفیری مـی باشـند. فنوکریسـتها
عمـدتاً شـامل کـوارتز و پلاژیوکلاز و فلدسپات آلکالن میباشد. کوارتز به صورت
بلورهای نیمه شکل دار تا شکل دار می باشند و از لحـاظ انـدازه تقریباً غیر هم بعد
هستند. پلاژیوکلازها بصورت نیمه شکل دار تا شکل دار بوده ترکیـب آنهـا در حـد
آلبیـت - الیگـوکلاز میباشد. این کانی در اثر آلتراسیون هیدروترمال به سریسیت،
کلسیت و اپیـدوت و کلریـت تجزیـه شـده اسـت. فلدسـپات آلکالن این سنگ ها عمدتاً از
نوع سانیدین بوده و بیشتر به صورت شکل دار تا نیمه شکل دار دیده می شـوند.
فلدسـپاتهای آلکالن هم تحت تأثیر آلتراسیون هیدروترمال قرار گرفته اند و اغلب به
کائولینیت و کانی های رسی و سریسیت تجزیه شده اند. بیوتیت به صورت بلورهای شکل دار
تا نیمه شکل دار مشاهده می شود و در اثر آلتراسیون به کلریت تجزیه شده است.
ب - توف های ریولیتی :
این سنگ ها در نمونه دستی تقریباً سفید رنگ
بوده و از خصوصیات بارز آنها مزه شور در نمونه دستی است که نشان دهنده وجود نمک در
بافت این سنگ هاست. کانی مشخصی در نمونه دستی این سنگ ها شناخته نمـی شـود و بافـت
آن هـم در نمونه دستی متراکم و بدون حفره می باشد. این سنگ ها در زیر میکروسکوپ
کاملاً ریز دانـه بـوده و شـدیداً سریسـیتی و کائولینیتی شده است. بررسی مقاطع
میکروسکوپی این سنگ نشان می دهد که این سنگ از قطعات هلالی شکل شیشه های اسیدی(Shard (تشکیل شده است که در نور طبیعی به خوبی
مشاهده می شود. این سنگ ها بعداً در اثـر حـرارت، تبلـور مجدد یافته و به کانی
هایی نظیر کوارتز و سانیدین تبدیل شده اند. پدیده شیشـه زدایـی در داخـل زمینـه
سـنگ بـه خـوبی مشاهده می شود. فنوکریست عمده آنها کـوارتز مـی باشـد و کـانیهـای
کوچـک سـانیدین نیـز در مـتن سـنگ در زیـر میکروسکوپ قابل تشخیص است. کوارتزها به
صورت بلورهای نیمه شکل دار می باشند و از لحاظ اندازه تقریبـاً هـم بعـد بوده و
بسیار کوچکند. پلاژیوکلاز به صورت بلورهای شکل دار تا بی شکل بوده و ترکیب آنها در
حد آلبیت تـا الیگـوکلاز میباشد و در اثر تجزیه هیدروترمال به سریسیت، کلسیت و
اپیدوت تجزیه شده اند. عمـل تجزیـه بـه خصـوص در مرکـز پلاژیوکلازها که کلسیک تر
هستند شدت بیشتری دارد. فلدسپات آلکالن دارای ترکیب سانیدین بـوده و انـدازه آنهـا
بسـیار کوچک می باشد و به صورت بلورهای بی شکل تا کمی شکلدار دیده می شوند و اغلب
به سریسیت و کائولینیـت تجزیـه شده اند. کانی های ثانویه این سنگها شامل سریسیت،
کلریت، اپیدوت، ژیپس، کلسیت و کانی های رسی می باشند.
ج- داسیت ها:
این سنگها در نمونه دستی به رنگ سفید تا صورتی
بوده و بلورهای درشت پلاژیـوکلاز وکـوارتز بـه خـوبی در آنهـا قابـل
تشخیصند. این سنگها در زیر میکروسکوپ اغلب
بافت پورفیری، گلومروپورفیری دارند و فنوکریستها در یک زمینه متشکل
از بلورها واکسید آهن قرار دارند. کوارتز
بصورت بلورهای بزرگ نیمه شکل دار تا شکل دار دیده می شوند وگـاهی انـدازه
آنها به 2 تا3 میلیمتر می رسد، کوارتز ها
معمولاً دارای شکستگی می باشند. پلاژیوکلاز بـه صـورت بلورهـای بـزرگ نیمـه
شکل دار تا شکل دار دیده می شود و ترکیب آنها
درحد آلبیت تا الیگوکلاز می باشد. فلدسپات آلکالن در این سنگها بسـیار
کم بوده ومعمولاً به صورت بلورهای نیمه شکل
دار می باشند.این کانی ها نیز کمی به سریسیت تجزیه شده اند.بیوتیـت بـه صورت
بلورهای نیمه شکل دار و قهوه ای دیده می شود که تجزیه شده و تبدیل به کلریت
شدهاند. کـانیهـای ثانویـه ایـن سنگها شامل سریسیت، کلریت، اپیدوت، اسفن، کلسیت و
کانیهای رسی می باشند. برای تعیین میانگین اندازه دانه ها از روش کان(1956
(استفاده شد. در این روش در یک فاصله حدود 20میلی متر در روی مقطع نازک سنگ، تعداد
مرزها شمرده شده و سپس این فاصله(mm 20 (بر تعداد مرزها تقسیم میشود. عدد بدست آمده به عنوان میانگین
اندازه دانههای سنگ در نظر گرفته میشود.
بررسی خصوصیات مکانیکی و دوام داری :
تعداد 9 نمونه از انواع سنگهای موج شکن برداشت
شده و آزمایشات زیر جهت بررسی و تعیین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی نمونه های انتخابی
انجام شدند که نتایج آنها در جدول(3 (آمده است:
1 -آزمایش تعیین خصوصیات فیزیکی (ISRM (
2 -آزمایش ارزش ضربه ای (812-S.B (
(ASTM.D 2938) (UCS) محوری تک مقاومت آزمایش- 3
4 -آزمایش تعیین سرعت صوت (2845 D.ASTM (
(ASTM. D 4644) دوام آزمایش- 5
(BS 812-1432) سنگ سلامت آزمایش- 6
ارزیابی نتایج آزمایشات:
در شکل(2 (محدوده مقاومت نمونه ها در حالت تر
وخشک نشان داده شده است. مشاهده می شود که سنگهای داسیت دارای بیشترین محدوده
مقاومت و توفها دارای کمترین محدوده تغییرمقاومت را دارند. علت اصلی این تغییرات
مقاومت، هوازدگی سنگها و میکروشکستگی ها می باشد. در شکل(3 (رابطه بین متوسط
اندازه دانه ها و مقاومت خشک نمونه های سنگی نشان داده شده است. مشاهده می شود که
با کاهش اندازه دانه ها، مقاومت کاهش می یابد ولی برای دانه های ریز تر از 06/0
پراکندگی بیشتر است. در شکل(4 (رابطه بین سرعت موج صوتی و اندازه دانه ها آورده
شده است. در اینجا نیز افت سرعت موج با افزایش اندازه دانه ها مشهود است. در واقع
با کاهش اندازه دانه ها، سنگ متراکم تر بوده و سرعت موج برشی در آن افزایش می
یابـد. در حالت اشباع که فضاهای منافذ با آب پر می شود، پراکندگی داده ها کمتر از
حالت خشک است. در شکل(5 (رابطه بین وزن مخصوص و مقاومت تراکمی تک محوری نشان داده
شده است. همانطور که انتظار مـی رود بـا افزایش وزن مخصوص، مقاومت افزایش می یابد.
افزایش حدود 5 %در وزن مخصوص سبب افزایش حـدود 30 درصـدی مقاومت تک محوری میگردد.
لازم بذکر است که کاهش وزن مخصوص در سنگهای مورد بررسی نشانه هوازدگی نمونه ها می
باشد لذا مقاومت آن بشدت کاهش نشان می دهد.
بخش
اول: ویژگی های مهندسی سنگ ها و خاک ها
در شکل(6 (رابطه بین وزن مخصوص و درصد جذب آب
نمونه ها آورده شده است. همـانطور کـه مشـاهده مـی شـود بـا کاهش وزن مخصوص درصد
جذب آب در نمونه ها افزایش می یابد. در شکل(7 (رابطه بین درصد جذب آب و نسبت
مقاومت تک محوری خشک بـه اشـباع نشـان داده شـده اسـت. مشـاهده میگردد که با
افزایش جذب آب که نشان دهنده افزایش هوازدگی و ایجاد کانی های رسی می باشد، افت
مقاومت از حالت خشک به اشباع افزایش می یابد. در شکل(8 (رابطه بین ارزش ضربه ای و
سلامت سنگ نشان داده شده است. مشاهده میگردد کـه سـلامت سـنگ در همـه نمونه ها پس
از 98 درصد می باشد. افت وزنی نمونه ها در آزمایش سلامت سنگ نشان دهنده هوازدگی
نمونه ها و کاهش مقاومت آن می باشد. در شکل(9 (میزان افت وزنی سنگها در طول 15
سیکل آزمایش دوام نشان داده شده اسـت. در ایـن شـکل ریولیتهـا دارای کمترین
وبیشترین میزان افت در طول 15 سیکل می باشند. این امر نشان می دهد که عوامل دیگری
مانند اندازه دانه و بافت نیز در دوام سنگ تأثیر دارند. در شکل(10 (رابطه بین
تخلخل و درصد کوارتز نشان داده شده است. مشاهده می شود که با افزایش درصد کوارتز،
تخلخل سنگ کاهش می یابد. این امر به خاطر درجه درهم شدگی و قدرت پیوند بهتر کوارتز
می باشد. در شکل(11 (رابطه بین چگالی و نسبت کوارتز به فلدسپات نشان داده شده است.
همانطور که مشاهده می شود با افـزایش این نسبت، چگالی نیز زیاد می شود. در شکل(12
(رابطه بین مقاومت تراکمی تک محوری ونسبت کوارتز به فلدسپات نشان داده شده است.
مشاهده می شود که با افزایش این نسبت، میزان مقاومت نیز افزایش می بابد. نتیجه
گیری :
نتایج بدست آمده از این مطالعه را بصورت زیر
می توان خلاصه نمود :
1 -عمده سنگهای مورد استفاده در موج شکن شهید
رجایی از نوع ریولیت، داسیت و توف ریولیتی می باشد. در ایـن میـان توفهای ریولیتی
هوازدگی شدیدتری را نشان می دهند.
2 -کانیهای ثانویه حاصل از هوازدگی در سنگهای
مورد مطالعه عمدتاً کلسیت، سریسیت، اپیدوت، کانی های رسی وکلریت می باشند.
3 -ترکیب کانی شناسی یکی از خواص اصلی کنترل
کننده مقاومت سنگ می باشد وکانی های مختلف تأثیرات مختلفـی را بر روی مقاومت سنگها
دارند. افزایش درصد کوارتز وکانی های فرومنیزین باعث افزایش مقاومت وافزایش درصد
کانیهـای
رسی باعث کاهش مقاومت خواهد شد. زیرا کوارتز و
کانیهای آهن ومنیزیم دار مرزهای دانهای پیچیده یا بافتهای درهـم رشدی خوبی در
سنگها ایجاد میکنند.
4 -ویژگیهایی نظیر وزن مخصوص و درصد جذب آب از
پارامترهای مناسب جهت ارزیابی شدت هـوازدگی در سـنگهای آذرین می باشد.
5 -خصوصیات بافتی نظیر اندازه دانه و نوع
هوازدگی تأثیر زیادی بـر روی مقاومـت و دوام سـنگهای مـورد اسـتفاده دارد.
افزایش اندازه دانه ها منجر به کاهش مقاومت
سنگ، سرعت موج و دوام داری سنگ می گردد.
تقدیر و تشکر:
درپایان بر خود لازم میدانم که از مدیریت
محترم شرکت مهندسین مشـاور سـازه پـردازی ایـران، بخصـوص جنـاب آقـای مهندس
حسینیان که امکانات سفر را فراهم آوردند و پرسنل آزمایشگاه زمین شناسی مهندسی
دانشگاه تربیت مدرس تقـدیر و تشکر نمایم.
منابع
1 .مهدی امانیان، ناصرحافظی مقدس محمد رضا
نیکودل، حسین مهدیزاده شهری، بررسی عملکرد سـنگ هـای آذریـن
استفاده شده در موج شکنهای سواحل شمالی خلیج
فارس، بیست وسومین گردهمایی علوم زمین، بهمن1383 .
2 .مهدی امانیان، حسین مهدیزاده شهری، ابراهیم
شریفی تشنیزی، بررسی سیستم آلتراسیون موجود در سنگهای آذریـن
گنبدهای نمکی- جنوب ایران(مطالعه مـوردی
گنبـدهای نمکـی گچـین، کنـگ، بسـتانه، حسـینه)، بیسـت وسـومین
گردهمایی علوم زمین، بهمن1383 .
3 .و. رژفسکی و گ. نوویک، فیزیک سنگ، ترجمه:
محمد دانش. مرکز انتشارات صنعت فولاد،1371 .
4 .نیکودل. محمدرضا، تعیین معیارهای زوال
پذیری و دوام سنگ، پایان نامه کارشناسی ارشد زمـین شناسـی مهندسـی،
دانشگاه تربیت مدرس، 1369 .
5. Ersoy|A.|
Waller| M.D. 1995. Textural characterisation of rocks| Engineering
Geology| 39| pp. 123-136.
6. Tugrul|
A.| Zarif| I.H. 1999. Correlation of mineralogical and textural characteristics
with engineering properties of selected
granitic rocks from Turkey|Engineering
Geology| 51|pp.303–317.
7. Gokceoglu|
Candan.| Ulusay| Resat.| Sonmez| Harun. 2000. Factors affecting the
durability of selected weak and claybearing
rocks from Turkey| with particular
emphasis on the influence of the number of
drying and wetting cycles|Engineering
Geology| 57 |pp. 215–237.
8. Gupta|
Anand.S.| Rao| K. Seshagiri. 2000.Weathering effects on the strength and
deformational behaviour of crystalline rocks
under uniaxial compression state|
Engineering Geology| 56|pp.257–274.
9. Jeng|
F.S.| Weng| M.C.| Lin| M.L.| Huang| T.H. 2004. Influence of petrographic
parameters on geotechnical properties of
tertiary sandstones from Taiwan|Engineering
Geology| 74|pp.122-138.
بخش
اول: ویژگی های مهندسی سنگ ها و خاک ها
جدول (1 ،(طبقه بندی خصوصیات سنگها( اروسی و
والر، 1995 (
خصوصیات بافتی اندازه دانه، شکل دانه، درجه
جهت یابی دانه، دانسیته دانه ها، خواص نسبی دانه ها، ضریب بافتی،
میزان و نوع کانی ها، نوع ومواد ماتریکس، نوع
سیمان ودرجه سیمانی شدن، تخلخل، مرزهای دانه
ای یا روابط بین دانه ها، ساختار پیوندها
خصوصیات مکانیکی مقاومت، سختی، سایش، دانسیته
خصوصیات ساختاری درزه ها، شکستگی ها، کلیواژ،
فولیاسیون، گسلها، لایه بندی چین خورده، باند شدگی، شیب
وامتداد
خصوصیات هوازدگی آلتراسیون و میزان آب
جدول(2 ،(نتایج آنالیز مودال 4 نمونه از
سنگهای منطقه
ردیف نام سنگ میانگین
اندازه دانه
کوارتز پلاژیوکلاز فلدسپات
آلکالن
آمفیبول اسفن بیوتیت کانی اپک
و شیشه
4 1 18/5 47 30/5 0/086 ریولیت 1
5 1 20/5 45 29 0/063 ریولیتی گنبد 2
8 19/5 44/5 29/5 0/045 ریولیتی توف 3
2 1 1 2 7/5 72 13 0/045 داسیت 4
شکل(1 ،(دیاگرام QAP مودال اشتریکایزن(1976 (و موقعیت نمونه های مورد مطالعه بر روی آن
علائم: ریولیت : توف: داسیت:
کوارتز
پلاژیوکلاز فلدسپات آلکالن
68
wet
0
20
40
60
80
100
120
140
160
dacite rhyolite tuff
نام سنگ
UCS(MPa)
dry
40
60
80
100
120
140
160
180
200
dacite rhyolite tuff
نام سنگ
UCS(MPa)
شکل(2 ،(محدوده مقاومت انواع سنگها در حالتهای
خشک و اشباع
wet
40
60
80
100
120
140
160
0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
mean grain(mm)
UCS(MPa)
dry
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
mean grain(mm)
UCS(MPa)
شکل(3 ،(رابطه بین متوسط اندازه دانه ها و
مقاومت در حالتهای خشک و اشباع
بخش
اول: ویژگی های مهندسی سنگ ها و خاک ها
69
wet
4000
4200
4400
4600
4800
5000
5200
5400
0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
mean grain(mm)
wave velosity(m/s)
dry
4000
4200
4400
4600
4800
5000
5200
0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
mean grain(mm)
wave velosity(m/s)
wet
40
60
80
100
120
140
160
2.4 2.45 2.5 2.55 2.6
وزن مخصوص
UCS(MPa)
Series1
dry
40
60
80
100
120
140
160
180
200
2.4 2.45 2.5 2.55 2.6
وزن مخصوص
UCS(MPa)
شکل(4 (رابطه بین متوسط اندازه دانه ها و
سرعت موج در حالتهای خشک و اشباع
شکل(5 ،(رابطه بین وزن مخصوص و مقاومت
تراکمی تک محوری در حالتهای خشک و
اشباع
70
2.5
2.52
2.54
2.56
2.58
2.6
01234567
جذب آب
وزن مخصوص
شکل(6 ،(رابطه بین وزن مخصوص و میزان جذب آب
wet
0
40
80
120
160
01234567
جذب آب
UCS(MPa)
dry
0
50
100
150
200
01234567
جذب آب
UCS(MPa)
شکل(7 ،(رابطه بین میزان جذب آب و
مقاومت تراکمی تک محوری در حالتهای
خشک و اشباع
بخش
اول: ویژگی های مهندسی سنگ ها و خاک ها
71
98.0
98.2
98.4
98.6
98.8
99.0
99.2
99.4
99.6
99.8
7 8 9 10 11 12 13 14
ارزش ضربه
Id
شکل(8 ،(رابطه بین مقادیر ارزش ضربه و شاخص
دوام سنگها
94
95
96
97
98
99
100
Id1 Id2 Id3 Id4 Id5 Id6 Id7 Id8 Id9 Id10
Id11 Id12 Id13 Id14 Id15
dacite
dacite
dacite
rhyolite
rhyolite
rhyolite
rhyolite
rhyolite
tuff
شکل(9 ،(میزان افت وزنی سنگها در طول 15 سیکل
آزمایش دوام
0
2
4
6
8
10
12
14
10 15 20 25 30 35
Q(%)
porosity(%)
شکل(10 ،(رابطه بین تخلخل و درصد کوارتز
72
2.15
2.2
2.25
2.3
2.35
2.4
2.45
2.5
2.55
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
Q/F ratio
چگالی
شکل(11 ،(رابطه بین چگالی و نسبت کوارتز به
فلدسپات
wet
40
60
80
100
120
140
160
1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65
Q/F ratio
UCS(MPa)
dry
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65
Q/F ratio
UCS(MPa)
شکل(12 ،(رابطه بین مقاومت تراکمی تک محوری
ونسبت کوارتز به فلدسپات
بخش اول: ویژگی های مهندسی سنگ ها و خاک ها
73
جدول (3 ،(نتایج آزمایشات فیزیکی ومکانیکی
نمونه ها
مقاومت فشاری تک محوری(MPa (سرعت صوت(s/m(
(%) سلامت سنگ
خشک
اشباع
مدول الاستیسیته
خشک
مدول الاستیسیته
اشباع
(%) ارزش ضربه
) ? sat ) اع اشب چگالی
) ? dry ) خشک چگالی
)G) مخصوص وزن
(n (%) ( تخلخل
(%) جذب آب
اندازه دانه میانگین
(mm)
(%)دوام داری
جنس سنگ
1 5076.58 5193.55 10.53 184.35 10.72 146.88
8.92 2.51 2.49 2.59 1.91 0.75 0.045 99.05 داسیت
1.5 5071.11 5176.47 16.41 114.89 13.62 70.25
9.53 2.51 2.48 2.56 4 1.19 0.062 99.32 داسیت
3.5 4501.99 4852.52 11.74 135.29 120.26
10.45 2.46 2.39 2.52 7.11 5.93 0.078 98.97 ریولیت
2.5 4547.06 4626.81 11.05 115.99 7.90 55.28
7.81 2.28 2.26 2.52 12.74 5.79 0.086 99.45 ریولیت
3 4178.32 4483.99 10.88 118.61 12.08 114.78
7.85 2.32 2.21 2.51 10.64 4.71 0.045 99.40 توف
1.5 4161.07 4290.1 8.70 76.52 7.47 73.21
9.54 2.51 2.49 2.49 2.11 0.83 0.098 98.81 داسیت
2 4572.25 4608.07 9.57 68.87 4.33 47.82
13.52 2.49 2.39 2.51 14.5 6.64 0.052 98.18 ریولیت
2.5 4621 4684.65 7.35 72.37 6.08 42.57 9.18
2.28 2.20 2.43 11.02 3.47 0.094 98.14 ریولیت
1.5 4302.24 4680.33 6.53 48.96 6.50 46.68
11.71 2.33 2.23 2.52 8.01 3.4 0.063 99.60 ریولیت