نشریه زمین شناسی مهندسی

مدل سازی پیش‌رو و وارون داده‌های GPR با هدف کاربرد در زمینۀ برف و یخ و یخ بندان شناسی، مطالعۀ موردی: یخچال علم کوه مازندران

افسانه احمدپور

روش رادار نفوذی به زمین (GPR) روشی ژئوفیزیکی نسبتاً جدید، غیرمخرب و با قدرت تفکیک زیاد است که به دلیل شفاف بودن برف و یخ برای امواج الکترومغناطیسی به طور گسترده برای شناسایی ضخامت لایه های برف و یخ و بستر یخچال ها استفاده می شود. در پژوهش حاضر مدل سازی پیش رو و وارون داده های GPR با هدف کاربرد در زمینۀ برف و یخ و یخ بندان شناسی در منطقۀ علم کوه مازندران، انجام شده است. برای این منظور ابتدا پاسخ GPR مدل مصنوعی متناظر با نگاشت راداری منطبق بر پروفیل واقعی GPR، به روش تفاضل محدود حوزۀ زمان (FDTD) دوبعدی، شبیه سازی شد. سپس برای اعتبارسنجی تعبیر و تفسیر برداشت های GPR واقعی، از روش مدل سازی وارون با حل یک مسئلۀ بهینه سازی، استفاده شد. نگاشت راداری نهایی مطلوب داده های واقعی GPR منطبق بر یکی از پروفیل های برداشت در این منطقه، با اعمال مراحل پردازشی مختلف مانند تصحیح اشباع سیگنال، تابع تقویت، اعمال فیلتر مهاجرت f-k و تصحیح توپوگرافی روی داده های خام، با استفاده از نرم افزار Reflexw آماده سازی شده است. نتایج این پژوهش بر اساس بررسی میزان تطابق نگاشت راداری داده های واقعی GPR با پاسخ GPR مدل مصنوعی تولید شده متناظر با آن، درستی تفسیر زیرسطحی انجام شده در منطقۀ یخچال علم کوه را تأیید می کند.

بررسی عددی و پارامتریک زمین نرم به‌سازی شده با ستون سنگی مسلح به ژئوگرید

مهدی جلیلی

تکنیک های مختلفی به منظور به سازی خاک های نرم ارائه شده است. یکی از مناسب ترین روش ها استفاده از ستون های سنگی است. ظرفیت باربری ستون های سنگی وابسته به احاطه کردن خاک نرم در یک سلول محیطی است. از این رو یکی از روش های مورد نیاز برای افزایش تنش دورگیر در ستون های سنگی استفاده از روکش های ژئوگرید است. در این مقاله، تأثیر روکش های ژئوگریدی در بازسازی ستون سنگی و تأثیر پارامترهای مختلف از قبیل درصد جای گزینی، طول و سختی عناصر تسلیح در کاهش تغییرشکل زمین و افزایش ظرفیت باربری بررسی شد. هم چنین نتایج برای ستون های سنگی با و بدون عناصر تسلیح ارائه شده است. به منظور تحلیل عددی خاک نرم به سازی شده با ستون سنگی از نرم افزارPLAXIS 2D استفاده شد. نتایج نشان داد که ظرفیت ستون سنگی با عناصر تسلیح افزایش یافته است. هم چنین با افزایش طول و سختی عناصر تسلیح، ظرفیت باربری افزایش می یابد. در نهایت یک ضریب نسبت نشست براساس نسبت نشست زمین به سازی شده به زمین به سازی نشده ارائه شده است. زمین به سازی شده با استفاده از ستون سنگی با و بدون عناصر تسلیح باعث کاهش نسبت نشست می شود. در نهایت مقدار نسبت نشست حاصل از این بررسی با رابطۀ ارائه شدۀ پورشاسب و مایرهوف در سال 1997 مقایسه شد.

پیشنهاد پوشش بتنی مسلح بر اساس کنترل نشت آب از تونل‎های تحت فشار با بهره‎گیری از مدل المان محدود

علی نورزاد

تونل‎های تحت فشار با پوشش بتنی، منابعی از جریان نشت آب به توده‎سنگ دربرگیرنده خود هستند، از این رو، طی فرآیند آب‎گیری مقاومت کمی در برابر فشار نشت آب خواهند داشت و با افزایش فشار آب داخلی تونل، فشار نشت آب به توده‎سنگ منتقل خواهد شد. در این شرایط به‎واسطۀ درزه، ترک، منافذ و همۀ المان‎های توده‎سنگ از تمام جهات تحت تأثیر فشار نشت آب قرار می‎گیرند. این اندرکنش هیدرومکانیکی باعث تغییرات نفوذپذیری المان‎های توده‎سنگ طی فرآیند آب‎گیری می‎شود. بنابراین، تغییرات صورت گرفته در تنش منجر به تغییراتی در ضریب نفوذپذیری و توزیع مجدد میدان نشت می شود. از این رو، در این تحقیق از روش المان محدود به کمک نرم‎افزارABAQUS برای مدل‎سازی این اندرکنش استفاده شده است. در این راستا از داده‎های تونل تحت فشار طرح سد و نیروگاه گتوند به عنوان مطالعۀ موردی بهره گرفته شده است. به منظور نزدیک کردن مدل به شرایط واقعی، تأثیر تغییرات نفوذپذیری پوشش بتنی و توده سنگ بر تغییر شکل ها و تنش‎های ایجاد شده در محیط با استفاده از کد USDFLD به مدل‎ اعمال شده است. نتایج مدل عددی نشان می‎دهد که به منظور کنترل نشت از تونل‎های تحت فشار با پوشش بتنی، ضخامت پوشش و آرایش مناسب میل گردها در پوشش بتنی در ممانعت از نشت بیش از حد مجاز از تونل نقش به سزایی را ایفا می‎کنند.

ارائه مدلی بین مدول دینامیکی و استاتیکی سنگ آهک در سازند آسماری براساس آزمون‌های آزمایشگاهی و برجا

آکو دارای

آگاهی از مدول تغییرشکل سنگ برای طراحی سازه های ژئوتکنیکی و مدل سازی مخازن نفتی اهمیت زیادی دارد. در حالت کلی برای تعیین مدول تغییرشکل پذیری سنگ دو روش مخرب یا استاتیکی و غیرمخرب یا دینامیکی وجود دارد، لیکن باتوجه به زمان بر بودن و هزینۀ زیاد روش های مخرب نسبت به افزایش عمق، استفاده از روش های غیرمخرب متداول تر است. از آن جاکه سازند آسماری به طور گسترده ای در بخش چشم گیری از غرب و جنوب غرب کشور رخنمون داشته و پروژه های مهندسی زیادی در این سازند اجرا و در دست بررسی است، بررسی خصوصیات ژئومکانیکی آن اهمیت خاصی دارد. ارائۀ عمده روابط تجربی در زمینۀ ارتباط مدول های استاتیکی و دینامیکی با توجه به پژوهش های انجام شده در مناطق دیگر جهان و پراکندگی و مستقل بودن پژوهش های انجام شده بر سازند آسماری به دلیل وسعت زیاد آن از یک طرف و اهمیت سازند مذکور از نظر پروژه های نفتی و عمرانی از طرف دیگر، لزوم ارائه معیاری فراگیر حاصل از تمامی بررسی های انجام شده روی سازند آسماری که بتواند بیان کننده ارتباط بین مدول های استاتیکی و دینامیکی در آن باشد را نمایان تر کرده است. در این راستا در مقالۀ حاضر با استفاده از مدول های به دست آمده از روش ژئوفیزیکی درون گمانه ای و مدول های استاتیکی به دست آمده از نتایج آزمایشگاهی سنگ سالم در تونل قلاجه واقع در سازند آسماری در استان ایلام، ارتباط بین مدول های دینامیکی و استاتیکی ساختگاه تعیین و سپس با بررسی تحقیقات و معیارهای ارائۀ شده قبلی در این سازند، رابطه ای فراگیر برای بیان ارتباط بین مدول های استاتیکی و دینامیکی ارائه شد.

پهنه‌بندی خطر زمین‌لغزش‌های ناشی از زلزله با استفاده از مدل AHP (مطالعۀ موردی: منطقه چلکاسر و چهارمحل)

علی محمد رجبی

از مهم ترین اثرات ناشی از زلزله 31 خرداد 1369 منجیل (7/7M=) وقوع زمین لغزش های متعدد در مناطق تحت تأثیر این زلزله بوده است. بررسی و تحلیل مشخصات این زمین لغزش ها و نحوۀ توزیع آن ها در شناخت مناطق مستعد زمین لغزش در زلزله های آینده اهمیت به سزایی دارد. هدف از این پژوهش شناسایی عوامل مؤثر و پهنه بندی زمین لغزش های ناشی از زلزله در چهارگوش های چلکاسر و چهارمحل (منطقه ای در نزدیکی رومرکز زلزله منجیل) به مساحت 30/309 کیلومترمربع، با استفاده از مدل AHP (دو روش استفاده از دانش کارشناسی و استفاده از دانش داده ای و کارشناسی به صورت توأم) است. به این منظور، ابتدا با توجه به موقعیت زمین لغزش های به وقوع پیوسته، بررسی های تطبیقی و نتایج سایر محققان، 7 عامل شامل؛ شدت آریاس، زاویۀ اصطکاک داخلی، چسبندگی، شیب، جهت شیب، ارتفاع و انحنای دامنه شناسایی شد. سپس با استفاده از مدل AHP معیارهای بررسی شده تعیین وزن شده و لایه های رستری عوامل مذکور در محیط نرم افزار Arc GIS تهیه شده، نهایتاً پهنه بندی خطر زمین لغزش با دو روش مذکور صورت گرفت. نتایج نشان می دهد معیارهای شدت آریاس و انحنای دامنه با وزن های 317/0و022/0 به ترتیب بیش ترین و کم ترین تأثیر را بین معیارهای انتخابی دارند. هم چنین برای ارزیابی و انتخاب مدل مناسب از دو شاخص مجموع کیفیت (Q_S) و دقت روش (P) استفاده شد. طبق نتایج به دست آمده از این دو شاخص روشی که در آن، قضاوت ها بر اساس استفاده از دانش داده ای و کارشناسی به صورت توأم صورت گرفته است، کارایی بهتری نسبت به مدل دیگر دارد.

ارزیابی اثر ساختگاه با استفاده از تفسیر داده‌های میکروترمور (مطالعۀ موردی: شهر بابل)

صادق رضائی

یکی از مهمترین مباحث ژئوتکنیک لرزه ای، بررسی اثر ساختگاه بر روی مشخصات امواج زمین لرزه می باشد. این پدیده در محل هایی که دارای خاک نرم و لایه ای هستند، باعث تغییر مشخصات امواج لرزه ای شده و منجر به تقویت ارتعاشات و افزایش خسارات مالی و جانی می گردد. امروزه روش های متنوعی برای ارزیابی اثر ساختگاه وجود دارد که در میان آنها، اندازه گیری میکروترمورها به دلیل سادگی، هزینه پایین و عملیات اجرایی آسان بیش از سایر روش های دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. در این پژوهش به منظور تخمین فرکانس اساسی و ضریب تقویت ارتعاش در شهر بابل، اندازه گیری میکروترمور در 60 ایستگاه صورت پذیرفت. نگاشت های میکروترمور به کمک روش ناکامورا (نسبت طیفی H/V) و با استفاده از نرم افزار Geopsy پردازش گردید و با معیارهای SESAME صحت سنجی شدهند. نتایج نشان می دهند که فرکانس اساسی بین 0/65 الی 11/4 هرتز تغییر کرده و بخش وسیعی از ناحیه مطالعاتی دارای فرکانس اساسی کمتر از 1 هرتز می باشد؛ همچنین مقدار بیشینه و کمینه ضریب تقویت ارتعاش به ترتیب 3/71 و 1/19 ارزیابی شده است. در ادامه برای بررسی توانمندی و دقت این روش، نتایج پردازش میکروترمور با داده های ژئوتکنیکی، تحلیل عددی و اطلاعات دستگاه شتاب نگار موجود در منطقه مقایسه گردیدند. این مقایسه نحوه تغییرات فرکانس اساسی در ناحیه مطالعاتی را تایید و اندازه گیری میکروترمور را روشی مناسب معرفی کرده است. در انتها با بررسی جنبه های مختلف می توان اندازه گیری میکروترمور را روشی کارآمد و ایده آل برای ارزیابی اثر ساختگاه شهر بابل در نظر گرفت.

بررسی تأثیر نوع ریزدانه بر به‌سازی بیولوژیکی خاک ماسه‌ای

مهدی خداپرست

در بسیاری از مناطق در سراسر جهان پیدایش روش های جدید و سازگار با محیط زیست برای به سازی خاک ها در حال افزایش است. استفاده از سیمانتاسیون زیستی به وسیلۀ رسوب میکروبی کربنات کلسیم (MICP) برای بهبود خصوصیات مکانیکی خاک های ضعیف، روشی است که از طریق هیدرولیز اوره به وسیلۀ باکتری حاوی آنزیم اوره آز و در حضور یون های کلسیم محلول منجر به ترسیب کربنات کلسیم بین دانه های خاک و درنتیجه اتصال بین آن ها می شود. در این پژوهش با به سازی خاک ماسه انزلی (با ریزدانه بسیار اندک و کم تر از یک درصد) و مخلوط های جداگانه آن با یک نوع خاک ریزدانه چسبنده و یک نوع خاک ریزدانه غیرچسبنده در درصد وزنی 30 به روش MICP و با استفاده از آزمایش برش مستقیم کوچک مقیاس (6×6) برای ارزیابی پارامترهای مقاومتی خاک، به بررسی تأثیر افزایش ریزدانه ها بر روند به سازی خاک ماسه انزلی پرداختیم. متوسط تنش برشی حداکثر نمونه های به سازی شده حاصل از تنش های قائم 50، 100 و 150 کیلوپاسکال نشان می دهد که افزایش ریزدانه چسبنده سبب کاهش مقاومت برشی متوسط نمونه به سازی شده به میزان 9/11 درصد در مقایسه با ماسه انزلی شده است، درحالی که با افزایش ریزدانه غیرچسبنده مقاومت برشی متوسط نمونه به سازی شده نسبت به ماسه انزلی 8/20 درصد افزایش یافته است. در آنالیزهای SEM و EDX که از نمونه خاک ماسه انزلی در شرایط قبل و بعد از به سازی گرفته شده است، وجود عناصر تشکیل دهندۀ رسوب کربنات کلسیم در نمونه به سازی شده تأیید شده و هم چنین توزیع مناسب آن در بین دانه های خاک مشاهده شده است

شبیه‌سازی رکوردهای زلزله حوزه نزدیک با استفاده از توابع موجک

افشین مشکوه الدینی

بررسی مشخصات اصلی جنبش های نیرومند زمین، سابقه طولانی دارد. مشاهدات و ارزیابی های انجام شده بر خسارات ساره ای ایجاد شده پس از زلزله های بزرگ نورتریج 1994 کالیفرنیا، کوبه 1995 ژاپن، بم 2003 و طبس 1978 ایران، بیان گر اثرات بسیار ویران گر رکوردهای نیرومند حوزۀ نزدیک است. مهم ترین ویژگی این رکوردها که آن ها را از رکوردهای حوزۀ دور متمایز می کند، توانایی تولید اسپایک های پر انرژی و به نسبت کوتاه مدت شتاب همراه با پالس هایی با دامنه بزرگ و به نسبت طولانی مدت در تاریخچه زمانی سرعت زمین است. هم چنین با توجه به ساختار آماری محدود و وجود کاستی های فراوان، پردازش داده های طیفی موجود ناتوان از ارائه کامل اطلاعات هستند. با توجه به این که زلزله های بزرگ دارای دورۀ بازگشت طولانی است و نیز بسیاری از مناطق لرزه خیز ایران فاقد ثبت رکوردهای نیرومند زلزله هستند، بدین لحاظ نیاز به تولید و شبیه سازی رویدادهای بزرگ محتمل با کاربرد مدل های فرم بسته و آنالیز داده های موجود احساس می شود. در این تحقیق تلاش بر آن است تا با نگرش جامع تحلیلی بر مدل فرم بسته ماورودیس و پاپوجورجیو به ارائۀ یک مدل ریاضی تعمیم یافته به منظور شبیه سازی پالس های موجود در رکوردهای حوزۀ نزدیک بپردازیم.