نشریه زمین شناسی مهندسی

---

ارزیابی پاسخ زمین از مهم­ترین مسائلی است که  در ژئوتکنیک لرزه­ای مطرح می­شود. در طول مسیر زلزله بسته به خاک محل، جنبش زمین در مکان­هایی با خاک نرم عموماً از جنبش زمین در مکان­هایی با خاک سخت و متراکم و یا رخ‌نمون­های سنگی بزرگ­تر است. این پژوهش برای شناسایی شرایط مؤثر خاک ساخت‌گاه اردکان بر لرزش­های ناشی از امواج زلزله صورت پذیرفت. بنا بر این بعد از انجام حفاری­های ژئوتکنیکی و انجام آزمون­های ژئوتکنیکی و ژئوفیزکی امواج نزولی، لایه­های خاک و ضخامت آن‌ها در نقاط مختلف شهر شناسایی شد. هم‌چنین سرعت موج برشی و چگالی لایه­های خاک در نقاط مختلف ساخت‌گاه شهر اردکان تا عمق 42 متری تعیین شد. با استفاده از این داده­­ها پس از شناسایی عمق سنگ بستر لرزه­ای، مدل ژئوتکنیک لرزه­­ای نواحی مختلف شهر تعیین شد. در نهایت با استفاده از پارامترهای ضخامت، چگالی، سرعت موج برشی و منحنی­های نسبت مدول­های برشی و میرایی به واتنش برشی، بااستفاده از نرم‌افزار EERA و بر اساس روش محاسباتی خطی معادل، پارامترهای جنبش نیرومند زمین محاسبه شد. این محاسبات برای دورۀ بازگشت­های 75، 475 و 2475 سال تکرارشد و مشخص شد که قسمت­های شمالی اردکان دارای بیش‌ترین بزرگ‌نمایی است.

---

انتخاب ظرفیت باربری خاک مسئله مهمی است که در شرایط مختلف باید بررسی شود. در مقاله حاضر، روش تحلیلی برای ارزیابی ظرفیت باربری نهایی پی‌های اجرا شده در مجاورت یک‌دیگر در فواصل مختلف پی‌ها از هم ارائه شده است. ظرفیت باربری پی‌های نزدیک هم بر اساس روش دیوار حائل مجازی و معادل قرار دادن نیروهای فعال و مقاوم وارد بر دیوار به دست آمده است. نتایج نشان می‌دهد که ظرفیت باربری نهایی هر پی در نتیجه تداخل سطوح گسیختگی ایجاد شده زیر پی‌ها که به فاصله آنها بستگی دارد، تغییر می‌کند. در مطالعه حاضر، تأثیر نوع خاک، عمق پی‌های اجرا شده در مجاورت هم و خاک مسلح شده بر ظرفیت باربری پی‌های مجاور هم بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که ظرفیت باربری پی‌های اجرا شده در مجاورت هم نسبت به پی‌های منفرد با توجه به شرایط، افزایش یا کاهش می‌یابد. هم‌چنین خاک مسلح شده، ظرفیت باربری پی‌های اجرا شده در مجاورت هم را نسبت به پی‌های منفرد واقع شده روی خاک‌های غیرمسلح افزایش می‌دهد و میزان افزایش به فاصلۀ پی‌ها از هم بستگی دارد. در پایان، نتایج به‌دست آمده با نتایج تحلیلی، آزمایشگاهی و عددی که محققان دیگر ارائه کرده‌اند مقایسه شده و نتایج قابل قبولی به‌دست می‌آید.

---

اندازه¬گیری درجای هندسه ناپیوستگی¬ها در توده¬های سنگی به روش دستی، غالباً کند و پرهزینه می¬باشد. همچنین در بسیاری از موارد، قسمت بزرگی از رخنمون سنگ دور از دسترس بوده و برداشت آن خطرناک است. بنابراین دستیابی به روشی سریع و ایمن جهت بدست آوردن پارامترهای هندسی ناپیوستگی¬ها ضرورت دارد. برای این منظور، تکنیک¬های توسعه یافته در حوزه پردازش تصاویر دیجیتال بسیار کارآمد و مفید می¬باشند. در این مطالعه، یک روش خودکار برای تعیین هندسه ناپیوستگی-ها با استفاده از تصاویر دیجیتالی بدست آمده از رخنمون توده سنگ، ارائه می¬شود. از مزایای این روش نسبت به روش¬های دستی می¬توان به ایمن بودن، کم هزینه بودن، کم وقت¬گیر بودن، داشتن توانایی برداشت تمامی درزه¬ها، رخ دادن خطای کمتر و حذف خطای انسانی در بدست آوردن داده¬ها اشاره کرد. در طی پیاده¬سازی مراحل سیستم آنالیز خودکار هندسه ناپیوستگی¬ها، ابتدا فیلترهای متنوعی بر روی تصاویر دیجیتالی بمنظور حذف نویز و بهبود تصاویر اعمال می¬شود. سپس با توجه به میزان اختلاف سطح خاکستری ناپیوستگی¬ها با زمینه رخساره، ناپیوستگی¬های موجود در رخساره سنگ توسط آشکارساز کنی، آشکارسازی می-شوند. در ادامه از تبدیل هاف برای توصیف ناپیوستگی¬ها بر حسب مختصات قطبی استفاده می¬شود. در مرحله بعد با استفاده از روش¬های فازی، تعداد و مرکز دسته درزه¬ها و اعضای هر دسته درزه به صورت خودکار مشخص می¬شود. در نتیجه پیاده¬سازی این الگوریتم برخی از مشخصه¬های هندسه ناپیوستگی¬ها نظیر زاویه اثر، فاصله¬داری، چگالی درزه¬داری و تداوم ناپیوستگی¬ها بدست آمده و شاخص کیفیت سنگ (RQD)، در هر راستای دلخواه بدست می¬آید. این روش می¬تواند به عنوان تکنیکی برای برداشت منظم درزه¬ها و ساخت یک پایگاه بزرگ و دائمی برای تعیین خصوصیات هندسی توده¬های سنگی به شمار رود.

---

کوهستان‌ها عموماً منشأ تشکیل بسیاری از عوارض طبیعی سطح زمین از جمله دشت‌های دامنه‌ای مجاور خود هستند. تفکیک و تعیین مرز دقیق واحدهای سنگ‌شناسی و جداسازی رخنمون واحدهای سنگ‌شناسی مناطق کوهستانی از مواد موجود در دشت‌ها که حاصل نهشته‌های تخریبی سنگ‌های کوهستانی است، دشوار می­باشد. در تحقیق حاضر در نظر است تا با تلفیق زمین‌ریخت‌شناسی و دورسنجی ابتدا واحدهای زمین‌ریخت‌شناسی کوهستانی و دشتی تفکیک شده و سپس واریزه‌های آهکی (سنگ‌های کوهستانی) از سازندهای غیرآهکی (نهشته‌های دشتی) با دقت مناسب تفکیک شوند. با انجام تحقیق حاضر به‌کمک داده‌های ماهواره‌ای لندست و تکنیک‌های مختلف پردازش تصویر نظیر نسبت‌گیری باندها، تجزیه مؤلفه‌های اصلی و تجزیۀ عاملی، مناسب‌ترین شاخص‌های تفکیک‌کننده واحدهای سنگی انتخاب و نقشۀ شناسایی واحدهای سنگی با ضریب مقایسۀ نقشه (کاپا) 51/0 به‌دست آمد. نهایتاً با هم‌پوشانی نقشۀ حاصل با نقشه واحدهای زمین‌ریخت‌شناسی و تفکیک مرز واریزه‌های آهکی در دشت‌ها از سازندهای غیرآهکی درکوه‌ها دقت نقشه سنگ‌شناسی به 73% افزایش یافت

---

تأثیرات زمین‌شناسی سطحی بر حرکت‌های لرزه‌ای، قابل قبول و شناخته شده است و این آثار را می‌توان عاملی مهم در جنبش ناشی از زمین‌لرزه قلمداد کرد. بررسی شدت و پراکندگی خرابی‌ها در زلزله‌های دهه‌های اخیر، اهمیت اثرات ساختگاهی و شرایط زمین‌شناسی سطحی را بیش از پیش نمایان ساخته است. از دیدگاه مهندسی اهمیت زلزله‌ها به‌دلیل تأثیراتی است که این زلزله‌ها در سازه‌هایی نظیر سدها، نیروگاه‌ها، پل‌ها، مناطق مسکونی و تأسیسات صنعتی ایجاد می‌کند که در اکثر موارد این سازه‌ها نه در سطح توده‌های سنگی بلکه بر سطح زمین یعنی روی لایه‌های آبرفتی واقع بر سنگ بستر بنا می‌شوند. اثر لایه‌های خاک بر امواج زمین لرزه ماحصل یک فرایند پراکنشی پیچیده است که تحت شرایط پایدار خاک این اثر می‌تواند به‌صورت بزرگ‌نمایی دینامیکی باشد که از آن به‌عنوان تشدید یاد می‌شود. به‌منظور تعیین اثر ساختگاه و تأثیر دادن آن در ویژگی‌های جنبش نیرومند زمین روش‌های متعددی وجود دارد، که از میان آن‌ها روش‌های عددی، کم هزینه‌تر و بازه مکانی بیش‌تری را تحت پوشش قرار می‌دهند و به‌همین دلیل معمولاً از این روش‌ها برای ارزیابی تحلیل پاسخ در برابر ارتعاشات زلزله استفاده می‌شود. در این مقاله سعی شده است با استفاده از داده‌های حاصل از حفاری 5 گمانه در ساختگاه شهر طبس به بررسی اثر ساختگاه در این شهر و هم‌چنین مقایسه روش‌های عددی تحلیل ساختگاه نظیر تحلیل خطی معادل و غیرخطی برای دوره‌های بازگشت‌ زلزله 75، 475 و 2475 سال با استفاده از نرم‌افزارهای EERA و NERA پرداخته شود. با جمع‌بندی میزان تقویت و هم‌چنین حداکثر شتاب در سطح زمین می‌توان این نکته را بیان کرد که منطقه
دیهشک و نواحی مرکزی شهر طبس بیش‌ترین شرایط تشدید را دارد. از طرف دیگر منطقۀ جنوب محله سرآسیاب و سپس ناحیۀ امام‌زاده بیش‌ترین سختی و کم‌ترین تشدید دارد. براساس پژوهش‌های صورت گرفته، پیشنهاد می‌شود تا برنامه توسعۀ شهری بیش‌تر به‌سمت امام‌زاده حسین‌بن‌موسی الکاظم (ع) هدایت شود تا ضمن برخورداری ار ساختگاه مناسب‌تر رعایت فاصله‌داری از زون گسلش نیز اعمال شود. با توجه به برآورد دست بالای EERA و همچنین رفتار غیرخطی خاک برای زلزله با دوره بازگشت بالا (2475 سال) از نرم‌افزار NERA برای تحلیل اثر ساختگاه استفاده شد تا بتوان حداکثر شتاب سطح واقع‌بینانه‌تری را به‌دست آورد. 

---

هنگام حفر تونل در فضاهای شهری، جلوگیری از آسیب و تخریب سازه­های مجاور اهمیت ویژه‌ای دارد. برای کاهش این آسیب­ها باید از نشست سطحی زمین جلوگیری کرد. در سال­های اخیر بررسی‌های گسترده­ای در زمینۀ پیش­بینی نشست سطحی زمین در اثر حفر تونل انجام شده است. انتخاب روش مناسب به عوامل مختلفی بستگی دارد. نشست سطحی ناشی از حفر تونل با کمک متغیرهای ورودی که تأثیر فیزیکی چشم‌گیری بر نشست دارند، پیش­بینی شده است. برای ساخت مدل­ شبکه­های عصبی از داده­های به­دست آمده از حفر تونل خط 2 متروی مشهد استفاده شده است. نتایج نشان داد که شبکه عصبی پیش­خور که با استفاده از الگوریتم پس انتشار خطا آموزش دیده است و دارای سه لایه با معماری 1-24-7 است، شبکۀ عصبی بهینه ایت. شبکۀ عصبی بهینه دارای ضریب هم‌بستگی و میانگین مربعات خطا برابر با 963/0 و ^4-10×41/2 است. هم‌چنین نتایج نشان داد که این شبکۀ عصبی آموزش دیده شده می­تواند برای پیش­بینی نشست سطحی ناشی از حفر تونل به­صورت موفقیت­آمیزی استفاده شود. 

---

در سال­های اخیر با گسترش استفاده از روش میخ­کوبی برای تثبیت دیوارۀ گودبرداری­ها، نیاز به بررسی جامع رفتار این روش احساس می­شود. در پژوهش‌های پیشین، رفتار دیوار میخ­کوبی­شده در حالت­های استاتیکی و دینامیکی تحت شرایط مختلف بررسی شده­اند اما با توجه به ماهیت متفاوت زلزله­های حوزۀ نزدیک گسل، بررسی اثر این حرکات روی رفتار دیوار میخ­کوبی­شده ضروری است. از این‌رو در این پژوهش با در نظر گرفتن یک مدل دوبعدی گودبرداری، اثر زلزله­های حوزه نزدیک و حوزه دور از گسل روی پاسخ مدل بررسی شده است. برای تشریح رفتار خاک از مدل موهر کولمب و برای میخ­ها پارامترهای الاستیک و پلاستیک در نظر گرفته شده است. هم‌چنین با توجه به قابلیت­های نرم­افزارPLAXIS 2D ، برای مدل­سازی روند گودبرداری، از روش ساخت مرحله­ای استفاده شده است. در این بررسی، 10 شتاب‌نگاشت زلزله (5 شتاب‌نگاشت زلزله حوزۀ نزدیک و 5 شتاب‌نگاشت زلزله حوزۀ دور)، که روی سنگ سخت ثبت شده­اند، به کف مدل اعمال شد. مقادیر لنگرخمشی، نیروی برشی و نیروی محوری ایجاد شده در میخ­ها، در حالت زلزله حوزۀ نزدیک بزرگ‌تر از مقادیر ایجاد شده تحت زلزله­های حوزه دور هستند. این مقادیر تقریباً برای بیشینۀ لنگرخمشی برابر 23 درصد، نیروی برشی 30 درصد و نیروی محوری 22 درصد هستند. به‌دلیل این که در زلزله­های حوزۀ نزدیک انرژی بیش‌تری در مدت زمان کم‌تری به مدل اعمال می­شود (به‌دلیل وجود پالس) تغییرمکان ایجاد شده نیز بیش‌تر است. افزایش طول میخ و سختی موجب کاهش تغییر مکان دیوار میخ کوبی شده تحت زلزله حوزۀ نزدیک می شود، مع‌ذلک رفتار کلی خاک  تحت این زلزله عوض نمی‌شود. بر مبنای نتایج به‌دست آمده در یک حداکثرشتاب ثابت رابطۀ مستقیمی بین حداکثر پیک سرعت و جابه‌جایی بالای دیوار وجود دراد. لیکن رابطۀ ذکر شده در زلزله‌های حوزۀ دور مشاهده نمی‌شود.

---

مدول تغییرشکل‌پذیری تودۀ سنگ یکی از پارامترهای اساسی در طراحی سدهای بتنی قوسی که می‌تواند به‌طور مستقیم با استفاده از آزمون‌های برجا یا به‌صورت غیرمستقیم از روابط تجربی برآورد شود. برای ارزیابی مدول تغییرشکل‌پذیری توده‌سنگ در کوله‌های سد بهشت‌آباد که بخش مهمی از پروژه انتقال آب به فلات مرکزی ایران است، از آزمایش بارگذاری صفحه‌ای استفاده شده است. در این تحقیق ابتدا روش‌های برآورد مدول تغییرشکل‌پذیری بررسی و بعد از توصیف ژئوتکنیکی ساختگاه سد، مدول تغییرشکل‌پذیری تکیه‌گاه سد با بهره‌گیری از روش‌های تجربی و تحلیلی برآورد شده است. روش‌های تجربی در سه رده دسته‌بندی شدند و مشخص شد مدول برآورد شده به‌وسیلۀ روش‌های تجربی که از نتایج طبقه‌بندی مهندسی و پارامترهای سنگ بکر به‌طور هم‌زمان استفاده می‌کنند، به مدول ارزیابی شده به‌وسیلۀ آزمون بارگذاری صفحه‌ای نزدیک‌تر است. تطابق نداشتن شرایط مرزی فرض شده در روش‌های تحلیلی با روش اجرا منجر به افزایش ناگهانی مدول تغییر شکل محاسبه شده بر مبنای آزمون بارگذاری صفحه‌ای با افزایش عمق می‌شود. از این‌رو، به‌منظور بررسی تأثیر شرایط مرزی موجود بر مدول تغییرشکل‌پذیری، نتایج آزمون بارگذاری صفحه‌ای با استفاده از شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی و تحلیل برگشتی بررسی شد. بر اساس نتایج تحلیل عددی، توده سنگ همگن است و توزیع تنش حاصل از صفحات بارگذاری با آن‌چه با استاندارد ASTM D4394 ارزیابی می‌شود از صفر تا 90 درصد تفاوت دارد که میزان تفاوت با فاصله گرفتن از صفحات بارگذاری افزایش پیدا می‌کند.

---

وجود املاح سدیم در بعضی از خاک‌های ریزدانه رسی باعث ایجاد پدیدۀ واگرایی در این خاک‌ها می‌شود. عدم شناسایی دقیق رس‌های واگرا خسارات و خرابی‌هایی را به‌دنبال دارد زیرا ذرات خاک‌های رسی واگرا تحت شرایط خاصی متفرق شده و به‌سرعت شسته می‌شوند. در این پژوهش به بررسی میزان واگرایی خاک‌های رخنمون یافته در جنوب شرق یزد پرداختیم و در نهایت اصلاح پتانسیل واگرایی خاک با استفاده از نانو سلولز بررسی ‌شد. پس از انجام یک‌سری آزمایش‌های فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی، مشخصات خاک‌های بررسی شده تعیین شد و درجۀ واگرایی خاک‌ها با انجام آزمایش‌های شیمیایی، پین‌هول،کرامب و هیدرومتری مضاعف مشخص شد. هم‌چنین با استفاده از سیستم طبقه‌بندی، واگرایی خاک­ها بررسی ‌شد. نهایتاً تثبیت واگرایی خاک با تهیه نمونه‌های ترکیب شده با 5/0، 1 و 5/1 درصد نانو سلولز انجام شد. نتایج نشان داد که خاک‌های بررسی شده در گمانه A دارای واگرایی متوسط و در گمانه B واگرایی شدید تا کمی واگرا است. بنابراین می­توان نتیجه گرفت هر چه به‌سمت مرکز دشت نزدیک‌تر شویم واگرایی بیش‌تر می­شود. هم‌چنین نتایج آزمایش‌های تثبیت واگرایی خاک نشان داد رطوبت بهینه و وزن مخصوص خشک حداکثر به‌ترتیب افزایش و کاهش می‌یابد. افزایش مقاومت تک‌محوری و عدد CBR نمونه‌ها نشان می‌دهد افزایش نانو سلولز تأثیر مثبت بر نمونه‌های اصلاح شده دارد و موجب اصلاح واگرایی خاک این منطقه می‌شود.

---

مقاومت تک محوری و مدول الاستیسیته سنگ ها در مهندسی ژئوتکنیک، مکانیک سنگ و مهندسی زمین شناسی، جزو پارامترهای حیاتی در طراحی می باشد. بدین منظور از دو روش رگرسیون اجزا اصلی و روش هیبریدی الگوریتم بهینه سازی ذرات بر مبنای ماشین های برداری رگرسیون استفاده شده است. پارامترهای استفاده شده در این مدلسازی شامل سرعت موج فشاری، نسبت پواسون و تخلخل دینامیکی می باشد. مدل سازی بر مبنای نتایج حاصل از آزمایش مقاومت تک محوری فشاری و التراسونیک بر روی 115 نمونه سنگ آهک انجام شده است. دقت مدل های توسعه یافته با استفاده از شاخص های آماری شامل ضریب همبستگی، مربع متوسط خطای نرمال شده و متوسط خطای مطلق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که دقت هر دو روش در تخمین پارامترهای هدف بالا می باشد. مقدار الگوریتم بهینه سازی ذرات به منظور تعیین بهینه حالت محدودیت جعبه و حالت اپسیلون مورد استفاده قرار گرفت. مقدار ضریب همبستگی، مربع متوسط خطای نرمال شده و متوسط خطای برای محموعه آموزش در مدل سازی مقاومت تک محوری با روش رگرسیون اجزا اصلی به ترتیب 0.78، 22.45 و 0.363 بدست آمد. مقادیر حاصل برای مجموعه تست در این حالت به ترتیب 0.76، 22.51 و 0.357 بدست آمده است. مقدار ضریب همبستگی، مربع متوسط خطای نرمال شده و متوسط خطای برای محموعه آموزش در مدل سازی مقاومت مدول الاستیسیته با روش رگرسیون اجزا اصلی به ترتیب 0.71، 34.23 و 0.421 بدست آمد. مقادیر حاصل برای مجموعه تست در این حالت به ترتیب 0.7، 34.23 و 0.43 بدست آمده است.مدل سازی در روش رگرسیون ماشین برداری به استفاده از چهار تابع کرنل خطی، درجه دوم، مکعبی و گوسین انجام شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد تابع کرنل درجه دوم نتایج بهتری در تخمین مقاومت فشاری تک محوری و مدول الاستیسیته ارائه می کند. مقدار ضریب همبستگی، مربع متوسط خطای نرمال شده و متوسط خطای برای محموعه آموزش در مدل سازی مقاومت تک محوری با استفاده از تابع کرنل در ماشین های بردار پشتیبان به ترتیب 0.83، 16.98 و 0.329 بدست آمد. مقادیر حاصل برای مجموعه تست در این حالت به ترتیب 0.76، 22.15 و 0.296 بدست آمده است. مقدار ضریب همبستگی، مربع متوسط خطای نرمال شده و متوسط خطای برای محموعه آموزش در مدل سازی مقاومت مدول الاستیسیته با روش رگرسیون اجزا اصلی به ترتیب 0.73، 29.11و 0.45 بدست آمد. مقادیر حاصل برای مجموعه تست در این حالت به ترتیب 0.7 ، 25.67 و 0272 بدست آمده است.مدل سازی در روش رگرسیون ماشین برداری به استفاده از چهار تابع کرنل خطی، درجه دوم، مکعبی و گوسین انجام شد. به علاوه، مقایسه نتایج حاصل از رگرسیون اجزا اصلی و ماشین برداری رگرسیون نشان می دهد که ماشین برداری رگرسیون نتایج بهتری را ارائه می نماید.
 

---