فهرست مطالب

زمین شناسی مهندسی ایران - سال دوازدهم شماره 3 (پاییز 1398)

نشریه زمین شناسی مهندسی ایران
سال دوازدهم شماره 3 (پاییز 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • رسول اجل لوئیان*، مجتبی حیدری، اکبر قاضی فرد، محمود هاشمی صفحات 1-20
    تعیین پارامترهای مکانیکی و دینامیکی سنگ ها در شرایط متفاوت محیط آزمایشگاهی، دستگاهی و نمونه سنگ مورد آزمون صورت می گیرد. آزمون سه محوری یکی از آزمایش های مفید برای بررسی رفتار مکانیکی سنگ ها طی بارگذاری می باشد که اگر با استفاده از دستگاه های پیشرفته ی خودکنترل انجام گیرد، پارامترهای مهمی چون مقاومت مکانیکی، مدول تغییر شکل پذیری و تغییرات سرعت عبور موج حین بارگذاری را به طور پیوسته می توان تعیین نمود. در این تحقیق ابتدا برخی ویژگی های فیزیکی و زمین شناسی دو نوع سنگ رسوبی آواری (ماسه سنگ و توف) مورد ارزیابی قرار می گیرد و سپس پارامترهای مکانیکی و دینامیکی آنها حین انجام آزمون سه محوره خودکنترل در شرایط مختلف فشار جانبی و محوری اعمال شده، بررسی می گردد. مقادیر پارامترهایی مانند مدول تغییرشکل پذیری، نسبت پواسون و سرعت عبور موج طولی و عرضی که معمولا ثابت اعلام می گردد، با افزایش فشار محوری و جانبی در طول این آزمون تغییر می کند، زیرا رفتار نمونه حین آزمون از حالت الاستیک به پلاستیک تغییر پیدا می کند. بنابراین ارائه یک مقدار ثابت برای یک پارامتر نمی تواند منطقی باشد و باید شرایط تعیین آن را نیز در کنار عدد اعلام شده، مشخص نمود. نتایج آزمون سه محوری این تحقیق که به روش پلکانی ISRM انجام شده است، نشان می دهد مقادیر مقاومت، مدول تغییرشکل پذیری، نسبت پواسون و سرعت عبور موج طولی و عرضی برای نمونه ماسه سنگی بیشتر از نمونه آذرآواری می باشد که دلیل این تفاوت در ویژگی های فیزیکی و ساخت و بافت این دو نوع سنگ است. بازه ی تغییرات این پارامترها در دو نمونه سنگ مورد آزمون هم با یکدیگر متفاوت است.
    کلیدواژگان: آزمون سه محوره خودکنترل، سنگ رسوبی آواری، مقاومت مکانیکی، تغییر شکل پذیری، سرعت عبور موج
  • سجاد صفری فرخد، غلامرضا لشکری پور*، ناصر حافظی مقدس صفحات 21-36
    شکنندگی یکی از مسائل مهم در حفاری سنگ است. تاکنون روش های مختلفی برای تعیین شکنندگی سنگ معرفی شده است اما روشی برای اندازه گیری آن به عنوان استاندارد مطرح نشده است. در این مقاله، یک مطالعه تجربی برای ارائه روشی قابل اعتماد برای پیش بینی شاخص شکنندگی S20 صورت گرفته است. آزمایش تعیین شاخص شکنندگی S20 برای 35 بلوک سنگ آهک برداشت شده از نقاط مختلف ایران، در حالت خشک و اشباع انجام شد. به علاوه، خصوصیات فیزیکی (چگالی خشک، تخلخل، مقاومت الکتریکی، عدد سختی بازگشتی اشمیت و درصد جذب آب)، مکانیکی (مقاومت فشاری تک محوری و شاخص بار نقطه ای) و دینامیکی (سرعت موج برشی و تراکمی) اندازه گیری شد. در نهایت، رده بندی نمونه ها بر اساس مطالعات سنگ شناسی و کانی شناسی انجام شد و مطالعات آماری برای هر رده صورت گرفت. بر اساس نتایج، پیش بینی شاخص شکنندگی S20 بر اساس رده بندی ارائه شده از اطمینان بالایی برخوردار است. به علاوه، با بررسی شکنندگی نمونه ها در حالت خشک و اشباع مشخص شد که وجود کانی رسی مونتموریلونیت باعث افت شکنندگی و وجود ریزترک های درون دانه ای و تخلخل بالا باعث افزایش مقدار شکنندگی در حالت اشباع نسبت به خشک می شود.
    کلیدواژگان: شاخص شکنندگی S20، حفاری سنگ، مونتموریلونیت، سنگ شناسی، سنگ آهک
  • نوید قنبری، مهدی حسینی*، مرتضی ثقفی یزدی صفحات 37-46
    سنگ ها مواد طبیعی شکننده می باشند که تحت تاثیر عوامل محیطی زیادی از قبیل دما، فشار محصور کننده، رطوبت و فرسایش قرار دارند. از این بین، تاثیر درجه حرارت بر روی شکست سنگ در بیشتر زمینه های علوم مهندسی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله این موارد می توان به تعیین مقاومت سازه های سنگی جهت انباشت ضایعات اتمی در مخازن زیرزمینی، فرآیند شکست هیدرولیکی جهت استخراج نفت و گاز از لایه های مختلف زمین و تحلیل پایداری معادن زیرزمینی اشاره کرد. در این مقاله به بررسی تاثیر درجه حرارت بر روی چقرمگی شکست مود I و مود II ماسهسنگ لوشان، پرداخته شده است. جهت این بررسی، از دیسک برزیلی با ترک چورون استفاده شده است. در این پژوهش، برای بررسی اثر درجه حرارت، نمونه ها تحت درجه حرارت 20 (دمای محیط)، 60، 100 و 150 درجه سانتیگراد قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد، با افزایش درجه حرارت تا 150 درجه سانتی گراد، چقرمگی شکست مود I و II ماسه سنگ افزایش یافت.
    کلیدواژگان: درجه حرارت، ماسهسنگ، چقرمگی شکست، مود اول، مود دوم
  • سامان تبریزی زرین قبایی، رضاقلی اجلالی*، میکائیل یوسف زاده فرد، سید جواد سید فتاحی صفحات 47-55

    آرایش ذرات خاک بر روی رفتار خاک تاثیرگذار است. تعیین آرایش ذرات خاک پیچیده است. در این مقاله، از تبدیل موجک بر اساس پردازش تصویر دیجیتال برای تعیین آرایش ذرات خاک استفاده شده است. تصویر خاک به قسمت های کوچک 512×512 پیکسل تجزیه می شود و توسط تبدیل موجک تحلیل می شود. برای هر قسمت شاخص انرژی محاسبه می شود. از آن جایی که انرژی را می توان به طور جداگانه برای هر سه جهت افقی، عمودی و مورب محاسبه کرد، اطلاعات بیشتری را در مورد آرایش ذرات خاک مانند شکل ذرات و جهت ذرات را می توان به دست آورد. برای این منظور، شاخص انرژی با مقایسه انرژی های افقی و عمودی تعیین می شود. تصویربرداری از خاک ها به دو روش ته نشینی و سطح صاف انجام می شود و شاخص انرژی برای هر دو روش محاسبه و مقایسه می شود. مقادیر شاخص انرژی بیشتر از صفر نشان می دهد که دانه ها به صورت افقی آرایش یافته اند، در حالی که مقادیر شاخص انرژی کمتر از صفر نشان دهنده آرایش عمودی دانه ها است. بنابراین شاخص انرژی شاخصی مناسب برای تعیین آرایش ذرات خاک می باشد. تعیین آرایش ذرات خاک با استفاده از روش پردازش تصویر باعث کاهش اپراتور، کاهش خطاهای محاسباتی و ارائه داده های مبتنی بر تصویر دایمی می شود.

    کلیدواژگان: پردازش تصویر، آرایش ذرات، تبدیل موجک، نرم افزار MATLAB
  • علی عالی انوری* صفحات 57-64
    درزه ها، نوارها ، لایه های تغییر شکل یافته و گسل ها ساختارهای فیزیکی در توده سنگ هستند، خصوصیات هیدرولیکی این ساختارها و همچنین توزیع مکانی آنها در توده سنگ نفوذپذیر ممکن است شرایط پیچیده ای را به لحاظ محاسبه جریان در این توده سنگ ها ایجاد کنند. توجه و درک این نکته که این ساختارهاچگونه می توانند بر روی جریان سیال و مسیرهای عبور آن از توده سنگ تاثیر بگذارند در مطالعات اقتصادی و مدیریت به خصوص در مطالعه مخازن بسیار حائز اهمیت است. در این میان گسل ها ساختارهای پیچیده هیدرولیکی هستند که تعیین خصوصیات هیدرولیکی این مناطق یکی از مشکلات اجرایی به خصوص در مواردی نظیر محل دفن باطله های هسته ای و یا مخازن نفتی است. گسل ها در مناطق مختلف رفتارهای هیدرولیکی متفاوتی از خود نشان می دهند دربسیاری از حالات این ساختارها به عنوان مجراهایی برای عبور جریان عمل می کنند اما در مواقعی نیز این گسل ها به عنوان موانعی در برابر جریان و یا ترکیبی از هردو مورد فوق عمل کنند. هر کدام از این رفتارها می توانند اخلالی در حرکت سیال در منطقه ایجاد کنند. بنابراین مدل سازی و تعیین چگونگی رفتار هیدرولیکی گسل ها بسیار حائز اهمیت است. در ایران علیرغم اهمیت بالای این موضوع تاکنون مجموعه مدونی برای مطالعه نقش گسل ها ورفتار هیدرولیکی آنها در محیط های مختلف صورت نگرفته است. در این تحقیق به مروری اجمالی بر روی مدل های مختلف توصیف کننده شرایط هیدرولیکی مناطق گسلی(مدل های کاین، اسمیت، تیلور و ..) پرداخته شد.
    کلیدواژگان: گسل، نفوذپذیری، رفتارهیدرولیکی گسل
  • جعفر رکنی*، سید رضا حسین زاده، غلامرضا لشکری پور، سعدالله ولایتی صفحات 65-82

    در بسیاری از دشت های ایران پدیده خطرناک فرونشست رخ داده است که از جمله این مناطق دشت نیشابور در شمال شرق ایران میباشد. این دشت بعد از دشت مشهد، از لحاظ برداشت آب زیرزمینی و نیز به لحاظ حاصلخیزی، مهم ترین دشت استان خراسان رضوی است. منبع عمده تامین آب این دشت منابع آب زیرزمینی است. بر اثر برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی، نشست زمین رخ داده و ترک ها و شکاف های کششی در سطح زمین در نقاط مختلف این دشت ایجاد گردیده است. هدف اصلی این پژوهش تحلیل توزیع و سازوکار تشکیل شکاف های ناشی از فرونشست زمین می باشد. با استفاده از داده های راداری سنجنده سنتینل1 محدوده فرونشستی دشت بررسی و با استفاده از داده های سنجنده کوئیک برد و سنجنده سنتینل 2 که قدرت تفکیک مکانی بالایی دارد شکاف ها در زون فرونشستی مشخص گردید. سپس در بازدیدهای میدانی وجود و موقعیت این شکاف ها راستی آزمایی و به وسیله جی پی اس مختصات کامل شکاف ها شامل 5/25 کیلومتر شکاف ممتد و غیرممتد و به تعداد 181 شکاف برداشت و نقشه های شکاف دشت تهیه شده است علاوه بر این ها شکاف های احتمالی و پوشیده نیز در مناطق مختلف دشت بررسی و در نقشه ها مشخص گردید. بررسی داده های ژئوالکتریک و وضعیت سنگ بستر بر اساس مدل های مفهومی ایجاد شکاف ها تحلیل شده است . با توجه به بررسی ها و با در نظر گرفتن وضعیت و شکل هندسی دشت و پهنه فرونشستی این دشت می توان گفت: سازوکار مدل مبتنی بر مکانیک سازوکار مدل ناهمگنی مصالح آبخوان و هم چنین سازوکارکشیدگی های کششی از مهمترین سازوکارها درتشکیل شکاف های دشت نیشابور می باشند.

    کلیدواژگان: فرونشست زمین، سازوکار تشکیل شکاف، توزیع شکاف، دشت نیشابور
|
  • Mojtaba Heidari, Akbar Ghazifard, Mahmoud Hashemi Pages 1-20
    Determining the mechanical and dynamic parameters of the rocks under different environmental conditions of laboratory, device, and rock samples tested. Triaxial test is one of the most useful tests for mechanical behavior of rocks, which be done by advanced servo-controlled devices, can determined important parameters such as mechanical strength, modulus of deformeabilities and variations in the velocity of the wave during loading continuously. In this paper, at first some of the physical and geological characteristics of two types of clastic rocks (sandstone and tuff) evaluated, and then their mechanical and dynamic parameters determined during servo-controlled triaxial test in different conditions of lateral and axial stress studied. The values of parameters such as modulus of deformeability, the poisson's ratio, and longitudinal and transverse wave velocities, which are usually stated constant, change with increasing axial and lateral stresses during the test, because the sample's behavior changes from elastic to plastic during test. Therefore, providing fixed value for a parameter can't be logical and must specify the conditions for its determination along with the declared number. The results of triaxial test of this study, carried out by the ISRM standard method, show that the resistance values, the modulus of deformeability, the poisson's ratio and the wave velocity of the longitudinal and transverse waves for the sandstone sample are higher than that of the pyroclastic sample, due to the difference in physical properties and the structure and texture of these two rocks. The range of variations of these parameters is different in two specimens.
    Keywords: servo-controlled triaxial test, clastic sedimentary rocks, Mechanical Strength, deformeability, Wave velocity
  • Sajad Safari Farrokhad, Gholam Reza Lashkaripour *, Nasser Hafezi Moghaddas Pages 21-36
    Brittleness is an important problem in rock boring. So far, various methods have been introduced for determining rock brittleness but no method has yet been standard to measure it. In this paper, an empirical study was done to provide a reliable method for predicting the S20 brittleness index. The S20 brittleness test was done for 35 limestone blocks pick out from different parts of Iran in dry and saturated state. In addition, physical (dry density, porosity, electrical resistivity, Schmidt rebound hardness number and water absorption), mechanical (uniaxial comprehensive strength and point load index) and dynamical properties (P and S wave velocity) was measured. Finally, the classification of the samples was done based on the studying of petrography and mineralogy and statistical studies were done for each class. According to the results, predicting S20 based on the provided classification has a high degree of certainty. In addition, by studying the brittleness of the samples in dry and saturated state, it was determined that the presence of Montmorillonite clay mineral causes a decrease of brittleness and the presence of intergranular micro cracks and high porosity leads to an increase brittleness in the saturation state relative to dry state.
    Keywords: S20 brittleness index, Rock boring, Montmorillonite, Petrography, Limestone
  • Navid Ghanbari, Mehdi Hosseini *, Morteza Saghafiyazdi Pages 37-46
    Rock is a brittle naturally that is sobjected to a variety of environment impacts , such as temperature , confining pressure, humidity and water erosion. Moreover, the effect of temperature on rock fracture in most engineering fields has been considered. These include the determination of the resistance of rock structures to accumulate atomic waste in underground reservoirs, the hydraulic fracture process for extraction of oil and gas from different layers of the earth and analysis of the structures of underground mines. In this paper, we investigate the effect of temperature on mode I and mode II fracture toughness of Lowshan sandstone. To investigate the effect of temperature on mode I and II fracture toughness, was used a Cracked Chevron Notched Brazilian Disc. In this study, the specimens were subjected to a temperature of 20, 60, 100 and 150℃. The results show that, with increasing temperature up to 150℃ , mode I and II fracture toughness of sandstone increases.
    Keywords: Temperature, Sandstone, Fracture toughness, Mode I, Mode II
  • Saman Tabrizi Zarringhabaei, Reza Goli Ejlali *, Mikaeil Yousefzadeh Fard, Sayyedjavad Sayyedfattahi Pages 47-55

    Soil particle arrangement affects soil behavior. Determining the arrangement of soil particles is complex. In this paper, wavelet transformation based on digital image processing was developed to determine the soil particles arrangement. Soil image is decomposed to 512×512 pixels small zones and is analyzed by wavelet transformation. For each analysis zone, an energy index is calculated. Since the energy can be calculated discretely for horizontal, vertical and diagonal directions, more data about the soil particles arrangement such as particles shape, particles orientation, and fabric can be acquired. For this purpose, the energy index is determined by comparing horizontal and vertical energies. Imaging of soils is done by sediment imaging test and flat surface test, and the energy index is calculated and compared for both methods. Energy index values greater than zero indicate that the particles are horizontally arranged, while the energy index values below zero represent the vertical arrangement of the particles. Therefore, the energy index is an appropriate indicator for determining the soil particle arrangement. Determination of particles arrangement by the DIP method reduces the operator and decreases errors.

    Keywords: image processing, Particles arrangement, wavelet transformation, MATLAB software
  • Ali Aalianvari * Pages 57-64
    Joints, deformation bands and faults are physical structures in rocks that have been developed as tabular zones of strain and fracture in response to tectonic and gravitational loading. The flow properties of faults are in general quite complex, because they can act as conduits or barriers to fluid flow. In most cases, a fault displays both aspects of this complex signature in time and space. Thus, the accurate description of permeability in the fault zone is an important aspect of the overall characterization of the reservoir or aquifer. Fault zone components consist of sheared joints, deformation bands, fragmented rock, fault rock, and slip surfaces, while damage outside of the core is in the form of joints, sheared joints and deformation bands.The distribution and orientation of these components may be variable within a fault zone, and each component has its hydraulic properties that vary as functions of geologic, mechanical, and hydrologic condition. Further, the infl uence of a given structural component on fl uid fl ow within and around a fault zone depends strongly on the component’s geometric relationship to other structural components and to the direction of fl uid fl ow in this research the different models that describe the hydraulic behavior of faults has been reviewed.
    Keywords: Hydraulic behavior of faults, Permeability, Faults
  • Jafar Rokni *, Syyed Reza Hossinzadeh, Gholamreaza Lashkaripour, Sadollah Velayati Pages 65-82

    In many plains in Iran, including those in Dasht-e-Neyshabur in Northeast of Iran, the dangerous phenomenon of subsidence has occurred. The main source of water supply in this plain is groundwater resources. Due to over-exploitation of groundwater resources, land subsidence has occurred and tension Fissures and splits have appeared on the surface in different parts of this plain. The main purpose of this research is to analyze the distribution and mechanism of Fissures formation caused by land subsidence. Using Sentinel 1 satellite sensor data, the land subsidence range in this plain was investigated, and using Quick Board and Sentinel 2 sensor data which have high spatial resolution, the Fissures in subsidence zone were determined. Then, during field observations, the existence and position of these Fissures were verified and, using GPS, full coordinates of the Fissures including 25.5 km of continuous and discontinuous Fissure and 181 Fissures were mapped and a map from the plain’s Fissures was drawn. In addition, the possible and covered Fissures in different areas of the plain were studied and identified in the maps. Geo-electric data from the plain and the condition of bedrocks were analyzed based on conceptual models of Fissure formation. Based on the investigations and taking into account the geometric shape and condition of the plain and its subsurface, it can be said that: the mechanism of the mechanical-based model, the mechanism of aquifer materials’ heterogeneity as well as tension stretch mechanism, are the most important mechanisms in the Fissure formation in Dasht-e-Neyshabur.

    Keywords: Land subsidence, Fissure formation mechanism, Fissure distribution, Dasht-e-Neyshabur