بهبود پورتال

بررسی خواص مهندسی سنگهای ساختگاه سدتنگوئیه سیرجان

علی محمد رجبی، غلامرضا خانلری

دانشگاه آزاد اسلامی واحد محلات

چکیده

بررسی خواص مهندسی سنگهای ساختگاه پروژههای مهمی نظیر سد و تونل از اهمیت ویژهای برخوردار است. عدم توجه به این ویژگیها و طراحی پروژههای مهم، بدون درنظر گرفتن رفتار مهندسی سنگهای ساختگاه سازه موردنظر، منجر به وارد آمدن خسارات زیادی در زمان اجرا و بهره برداری از آن میگردد.

در مقاله حاضر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی سنگهای ساختگاه سد تنگوئیه سیرجان مورد مطالعه قرار گرفته است. این بررسیها شامل1 -تعیین دانسیته خشک و اشباع، 2 -درصد تخلخل و 3 -جذب آب، 4 -مقاومت فشاری تک محوری، 5- مقاوم فشاری سه محوری، 6 -مقاومت کششی غیرمستقیم (برزیلی)، 7 -مدولهای الاستیک استاتیک و دینامیک، 8 -سرعت صوت و 9 -دوام پذیری میباشد. در ادامه مقادیر بدست آمده از این آزمایشها مورد تجزیه و تحلیل مهندسی قرار گرفته است.

1 –مقدمه

شهر سیرجان واقع در استان کرمان، با وسعتی حدود 1490 هکتار، از نظر تأمین آب شهری، با کمبود مواجه میباشد. علاوه بر آن، با توجه به رشد سریع جمعیت از یک طرف و بهرهبرداری از پتانسیل آب زیرزمینی از طرف دیگر، لزوم بررسی منابع آب شهری سیرجان را محرز میسازد. بدین منظور طرح احداث سد مخزنی تنگوئیه توسط امور آب استان کرمان در نظر گرفته شده است. در این راستا و در طی مطالعات مرحله شناسایی از بین دو محور بالا دست و پایین دست روستای فیروزآباد، محور بالادست بعنوان محور انتخابی در مرحله اول مطالعات در نظر گرفته شده است.

در این بررسی مطالعات انجام شده روی خصوصیات فیزیکی و مکانیکی سنگهای ساختگاه سد تنگوئیه سیرجان ارائه میشود.

2 -مختصات جغرافیایی محل سد

سد تنگوئیه سیرجان بر روی رودخانه تنگوئیه، در 5 کیلومتری بالادست روستای فیروزآباد و 30 کیلومتری شمال شرق شهرستان سیرجان واقع است. این سد در "00 56ْ56 طول شرقی و "30 36ْ29 عرض شمالی واقع است. جهت دستیابی به سد میتوان از جاده خاکی بطول 13 کیلومتر، منشعب از روستای حسین آباد واقع در کیلومتر 15 جاده آسفالته سیرجان-کرمان استفاده نمود.

3 -سنگ چینه شناسی و تکتونیک کلی محدوده سد

ساختگاه سد تنگوئیه سیرجان، در زون سنندج-سیرجان واقع شده و گسل شهر بابک از 6 کیلومتری محور سد میگذرد. این منطقه از نظر تکتونیکی بسیار فعال بوده و وجود مجموعهای پیچیده از آمیزههای رنگین در این منطقه دلیل براین ادعاست. رسوبات پوششی در محدوده سد، شامل آبشستهای دامنهای، پادگانههای آبرفتی و آبرفتهای رودخانهای است. سنگ بستر ساختگاه سد، عمدتاً از سنگهای آذرین بازیک و اولترابازیک بوده و اسپیلیت و دیاباز مهمترین لیتولوژی ساختگاه سد را تشکیل میدهد. سنگهای اولترابازیک در محدوده ساختگاه سد به سرپانتینیت تبدیل شده است.

4 -ویژگیهای شاخص سنگهای ساختگاه سد تنگوئیه سیرجان

شناخت ویژگیهای شاخص سنگها از ابتدایی ترین بخش مطالعه سنگهاست چرا که این ویژگیها تقریباً با تمام بخشهای دیگر به نحوی در ارتباط است. مهمترین ویژگیهای شاخص سنگهای ساختگاه سد تنگوئیه که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفتهاند، عبارتند از: دانسیته خشک و اشباع، درصد تخلخل و درصد جذب آب.

4-1 -دانسیته خشک و اشباع

در این تحقیق تعداد 80 نمونه از مغزههای توده سنگهای ساختگاه سد، مورد آزمایش دانسیته در حالت خشک و اشباع قرار گرفته است. مقادیر میانگین دانسیته خشک و اشباع توده سنگهای ساختگاه سد، بر اساس نتایج آزمایشهای آزمایشگاهی در جدول 1 ارائه شده است. بر این اساس ماکزیمم مقدار دانسیته خشک و اشباع به ترتیب 83/2 و 93/2 گرم بر سانتیمتر مکعب و مینیمم مقدار دانسیته خشک و اشباع به ترتیب 48/2 و 66/2 گرم بر سانتیمتر مکعب میباشد. همچنین مقادیر میانگین دانسیته خشک و اشباع به ترتیب 73/2 و 78/2 گرم بر سانتیمتر مکعب میباشد. با توجه به نوع سنگهای تشکیل دهنده ساختگاه سد، همین مقادیر مورد انتظار است و از نظر مهندسی مورد قبول میباشد.

4-2 -درصد تخلخل

بمنظور ارزیابی تخلخل سنگهای ساختگاه سد، تعداد 68 نمونه از مغزههای سنگی حاصل از گمانههای اکشافی مورد آزمایش تخلخل قرار گرفتهاند. مقادیر میانگین تخلخل در توده سنگهای ساختگاه سد براساس نتایج آزمایشهای آزمایشگاهی در جدول 1 آورده شده است. براین اساس مقادیر ماکزیمم و مینیمم تخلخل سنگهای ساختگاه سد به ترتیب 62/5 و 64/3 درصد، و مقدار میانگین آن برابر 14/2 درصد میباشد. این نتایج مقدار پائین تخلخل در توده سنگهای ساختگاه سد را نشان میدهد، و این درحالیست که بهم ریختگی ناشی از عملکرد پدیده های تکتونیکی در سنگهای ساختگاه سد زیاد میباشد.

4-3 -درصد جذب آب

تعداد 80 نمونه از مغزههای سنگی حاصل از گمانههای اکتشافی، مورد آزمایش تعیین درصد جذب آب قرار گرفتند. بر اساس نتایج بدست آمده از این آزمایش، مقدار ماکزیمم و مینیمم درصد جذب آب 99/3 و 36/0 درصد، و مقدار میانگین آن برابر 85/0 درصد میباشد. میزان درصد جذب آب در سنگهای ساختگاه سد در حد قابل قبول بوده و هیچگونه مشکلی را از نظر مهندسی ایجاد نمیکند.

5 -ویژگیهای مکانیکی سنگهای ساختگاه سد تنگوئیه سیرجان

خواص و ویژگیهای مکانیکی سنگها یکی از مواردی است که در مراحل اولیه اجرای سازههای مهندسی مدنظر قرار میگیرند. شناخت ویژگیهای مکانیکی هر منطقه باتوجه به نوع سازههایی که در آن محل اجرا میشود از اهمیت ویژهای برخوردار است. در ذیل برخی از ویژگیهای مکانیکی سنگها که عبارتند از مقاومت فشاری تک محوری، مقاومت فشاری سه محوری، مقاومت کششی غیرمستقیم، مدولهای الاستیک و دینامیک، سرعت صوت و دوام سنگ مورد بحث و بررسی قرار میگیرند.

جدول1 :مقادیر میانگین پارامترهای شاخص توده سنگهای ساختگاه سد تنگوئیه سیرجان

5-1 -مقاومت فشاری تک محوری

در این تحقیق بمنظور تعیین مقاومت فشاری تک محوری تعداد 34 نمونه سنگ مورد آزمایش قرار گرفته است. ضمن تعیین مقاومت فشاری تک محوری، مدول الاستیک نمونهها نیز تعیین شدهاند. مقادیر میانگین حاصل از آزمایش مقاومت فشاری تک محوری در جدول 2 آورده شده است.

جدول2 :میانگین نتایج حاصل از آزمایشهای مقاومت فشاری تک محوری

در ارتباط با نتایج حاصل از آزمایشهای مقاومت فشاری تک محوری نمونههای سنگی ساختگاه سد مورد مطالعه، لازم به ذکر است که بدلیل ساختار زمینشناسی بسیار متغیر در گستره مورد مطالعه، نتایج آزمایشهای پراکندگی زیادی را نشان میدهند. رابطه بین مقاومت و مدول الاستیسیته نمونههای سنگی و طبقهبندی این پارامترها در شکل 1 نشان داده شده است. با توجه به این نمودار بیشتر نمونهها دارای نسبت مدولی متوسط هستند و از نظر مقاومت پراکندگی زیادی را نشان میدهند. اما بهرحال بیشترین تمرکز مربوط به نسبت مدولی متوسط و مقاومت بالا است و نتایج ضعیف مربوط به سنگهایی است که در ترکیب آنها سرپانتینیت یافت میشود.

5-2 -مقاومت فشاری سهمحوری

بمنظور تعیین مقاومت فشارهای نمونههای سنگی در شرایط محصور، تعداد 15 نمونه سنگ با اعمال فشار جانبی 3 ،6 و 16 مگا پاسکال مورد آزمایش قرار گرفتند. دوایر موهر آزمایشهای سه محوری در شکل 2 نشان داده شده است.

همانطوریکه از شکل مذکور مشاهده میشود نمونههای موردآزمایش، دارای مقاومتهای برشی بسیار متفاوت میباشند. پس از پردازش آماری و برازش خطی بر نتایج آزمایشات، پارامترهای c و ? تعیین شدهاند. همچنین بر اساس نتایج آزمایشهای سهمحوری، مدول الاستیسیته نمونههای موردآزمایش تعیین گردیده و در شکل 3 حد بالا و پایین مدول الاستیسیته در ارتباط با فشار جانبی نشان داده شده است. براساس این نمودار حدبالای مدول الاستیسیته در فشار همه جانبه 12Mpa ،رقم 70Gpa برآورد شده است و حد پایین آن در فشار همه جانبه 3Mpa ،رقم 10Gpa تعیین گردیده است.

5-3 -سرعت صوت

بمنظور تعیین سرعت انتشار امواج در نمونههای مختلف اخذشده از مغزههای حفاری و نیز مدول الاستیسیته دینامیکی تعداد 23 نمونه مورد آزمایش سرعت صوت قرار گرفتند. از این تعداد 11 نمونه در شرایط خشک و 12 نمونه در شرایط اشباع مورد آزمایش واقع گردیدهاند که مقادیر میانگین نتایج بدست آمده در جدول 3 آمده است. بر این اساس سرعت انتشار امواج فشاری از 1921 تا 5937 متربرثانیه و سرعت انتشار امواج برشی از 1921 تا 3362 متر بر ثانیه متغیر بوده است. تغییرات سرعت انتشار امواج و ضرایب محاسبه شده، حاکی از ناهمگونی توده سنگهای ساختگاه سد حتی در مقیاس آزمایشگاهی است.

جدول 3 :مقادیر میانگین اندازهگیری سرعت صوت

5-4 -مقاومت کششی غیرمستقیم (برزیلی)

در این تحقیق آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم (برزیلی)، بر روی 12 نمونه از مغزههای حاصل از حفاریهای اکتشافی انجام گردیده که نتایج بدست آمده در جدول 4 آمده است. نتایج پراکنده بدست آمده مبین ناهمگونی در نمونههای آزمایش و یا بعبارتی ناهمگونی سنگهای ساختگاه سد میباشد.

جدول 4 :نتایج آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم روی نمونههای سنگی

5-5 -برش مستقیم

با وجود درزه و ترکهای موجود در توده سنگهای تشکیل دهنده ساختگاه سد تنگوئیه سیرجان، و تبعیت رفتار توده سنگها از مشخصات درزههای موجود در آنها، تعیین پارامترهای مقاومت برشی درزهها از اهمیت زیادی برخوردار است. از اینرو تعداد 15 نمونه از مغزههای بدست آمده است از حفاری گمانههای اکتشافی نمونههای درزهدار انتخاب و با انجام آزمایش برش مستقیم بر روی آنها، پارامترهای مقاومت برشی حداکثر (peak (و باقیمانده (Residual (تعیین گردیدند. میانگین نتایج بدست آمده در جدول 5 آمده است.

جدول 5 :مقادیر میانگین نتایج بدست آمده از آزمایش برش مستقیم

5-6 -دوام پذیری سنگها

دوام سنگها در کلیه زمینههای کاربردی نقش اساسی دارد. بسیاری از سنگهای مختلف بویژه آنهایی که حاوی مواد رسی هستند، وقتی در معرض هوازدگی قرار میگیرند در مدت زمان کوتاهی دچار سست شدگی و تجزیه گردیده و دوام خود را از دست میدهند. در این تحقیق با هدف تعیین مقادیر مقاومت نمونههای سنگی در مقابل سیکلهای تر و خشک شدن متوالی، آزمایش دوام پذیری سنگ بر روی 8 نمونه از مغزههای حفاری انجام گردیده و نتایج بدست آمده در جدول 8 آمده است. نتایج حاصل از این آزمایش سنگهای مورد مطالعه را در گروه سنگهای بادوام قرار میدهد.

6 -نتیجه گیری

از آنجا که منطقه موردمطالعه از لحاظ تکتونیکی بهم ریخته بوده و تنوع لیتولوژیکی زیادی در منطقه حاکم است، لذا نتایج آزمایشات انجام شده، پراکندگی زیادی را نشان میدهد. بخصوص نتایج حاصل از آزمایشهای مقاومت فشاری تک محوری را میتوان به تأثیر متفاوت هوازدگی و فرسایش در قسمتهای مختلف ساختگاه سد نسبت داد. همچنین نتایج آزمایشات برش مستقیم نشان دهنده پایین بودن چسبندگی در امتداد صفحات ضعیف است که علت این مورد را میتوان به نوع مواد پرکننده سطوح ذره نسبت داد، چرا که مقاومت پایین این مواد، چسبندگی را به مقدار زیادی کاهش میدهد. بهرحال عمده خصوصیات فنی جهت طراحی سد مذکور در حد مطلوب است.

1 .رجبی، ع.م. 1380» ،بررسی زمینشناسی مهندسی و ژئوتکنیکی ساختگاه سد تنگوئیه سیرجان» پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم، دانشگاه بوعلی سینا- همدان

2 .شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس، 1371» ،گزارشهای فنی سد تنگوئیه سیرجان».

3 .فاروق حسینی،م. 1376 ،وی.اس. وتوکوری، ک. کاتسویاما، «درآمدی بر مکانیک سنگ»، انتشارات مرکز خدمات فرهنگی سالکان، 296 صفحه

4 .لادریان، ا. 1378» ،اصول مکانیک سنگ»، چاپ اول، چاپ اصفهان، 348 صفحه.

5 .وفائیان، م.1376» ،خواص مهندسی سنگها»، انتشارات نشر ارکان، 352 صفحه.

6. Bell.F.G. 1992| “Engineering properties of soils and Rocks”| 3th edition| ButterworthHeineman.Lt