فهرست مطالب

زمین شناسی مهندسی ایران - سال سیزدهم شماره 1 (بهار 1399)

نشریه زمین شناسی مهندسی ایران
سال سیزدهم شماره 1 (بهار 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/03/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • عارف علیپور*، مجتبی مختاریان اصل، مصطفی اسدی زاده صفحات 1-13

    روش سنتی چالزنی و انفجار با توجه به انعطاف پذیری زیاد آن، مناسب ترین انتخاب به منظور حفاری تونل های کوتاه و مقاطع متغیر می باشد. یکی از پارامترهای مهم در طراحی و اجرای الگوهای آتشکاری تونل ، تعیین حفاری ویژه آن است؛ حفاری ویژه، به متراژ حفاری لازم برای حفر واحد حجم سنگ اطلاق می شود؛ ارایه ی مدل مناسب تخمین حفاری ویژه در تکمیل طراحی الگوی چالزنی و انفجار و در کنترل و مدیریت پروژه حایز اهمیت است. در تحقیق حاضر بر مبنای نتایج ثبت شده از 41 سری داده مربوط به حفر چهار رشته تونل در کشور هند، اقدام به مدل سازی تخمین حفاری ویژه صورت گرفته است؛ برای این منظور از رگرسیون چند متغیره خطی و الگوریتم ماشین بردار پشتیبان مبتنی بر تابع کرنل چندجمله ای ساده، به عنوان ابزارهای کاربردی استفاده شده است. در مدلسازی پیشنهادی، شاخص کیفیت توده سنگ، سرعت امواج طولی در سنگ، سطح مقطع تونل، ماکزیمم طول چال انفجاری و شاخص جفت شدگی چال انفجاری، به عنوان پارامترهای مستقل (ورودی مدل) در نظر گرفته شده اند. نتایج مدلسازی عملکرد ماشین بردار پشتیبان، با حداقل خطا را تایید میکند؛ مقادیر ضریب تعیین R2 برای هردو سری داده آموزش و آزمون ماشین بردار پشتیبان، برابر 0/98 بدست آمده است؛ این ضریب برای رگرسیون خطی نیز برابر 0/91 حاصل شده است. علی رغم برتری نسبی ماشین بردار پشتیبان، نتایج روش رگرسیون نیز کارا بوده و رابطه ی مبتنی بر آن نیز به عنوان یک گزینه ی دردسترس پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: چالزنی و انفجار، حفاری ویژه، ماشین بردار پشتیبان و رگرسیون چندمتغیره خطی
  • بهزاد معین، علی محمد رجبی*، مهدی خداپرست صفحات 15-28
    خاک مسلح ژیوسنتتیکی به عنوان یکی از روش های سریع و اقتصادی پایدارسازی شیروانی ها و احداث دیوارهای حایل شناخته می شود. در این تحقیق با استفاده از مدلسازی سانتریفوژ، رفتار دیوارهای خاک مسلح شده با ژیوتکستایل با ارتفاع نسبتا بلند و شیب (5 قایم به 1 افقی) تحت اثر سربار خارجی مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور 3 نمونه شیب خاک مسلح به ارتفاع 35 سانتی متر با مقیاس 1:30 و یک مدل بدون مسلح کننده ساخته و پس از رسیدن به شتاب g30 در دستگاه سانتریفوژ تحت بارگذاری قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد، ظرفیت باربری پی های قرار گرفته بر روی کوله های خاک مسلح ارتباط کاملا مستقیمی با شکل پی داشته و برای پی های با عرض یکسان هرچقدر شکل پی از نوع مربع به نوع نواری تغییر یابد (طول پی افزایش یابد) از میزان باربری نهایی آن کاسته خواهد شد. با بررسی المان های مسلح کننده خاک در لایه های مختلف، مشخص گردید که بیشترین میزان خرابی ژیوتکستایل مربوط به حالتی است که تحت بار نواری بوده و کمترین تخریب مربوط به بارگذاری با سطح مقطع مربعی می باشد.
    کلیدواژگان: شیب خاک مسلح، ژئوتکستایل، مدلسازی سانتریفوژ، هندسه بارگذاری
  • پژمان کاظمی، محمدرضا نیکودل*، ماشاالله خامه چیان، سایمون مارتین کلارک، شیما طاهری، پریتوش گیری صفحات 29-45

    دوام بتن متاثر از عوامل مختلفی مانند اجزا تشکیل دهنده آن، عمل آوری، محیط قرارگیری و مدت سرویس دهی می باشد. واکنش زایی قلیایی ایجادشده درون بتن و فشار انبساطی و ترک دار شدن ناشی از واکنش مخرب تشکیل ژل سیلیسی-قلیایی می تواند به کوتاه تر شدن عمر بتن منجر شود. واکنش زایی قلیایی یک واکنش تدریجی می باشد که می تواند بین محلول منفذی قلیایی بتن و انواع مختلفی از سنگ دانه ها روی دهد. شناخت رفتار سنگ دانه به عنوان اصلی ترین تشکیل دهنده بتن در شناخت مکانیسم واکنش زایی قلیایی، کاهش پتانسیل واکنش زایی و حتی جلوگیری از آن ضروری می باشد. همه سنگ دانه ها در برابر واکنش زایی قلیایی آسیب پذیر نمی باشند بنابراین شناسایی سنگ دانه های آسیب پذیر و انتخاب سنگ دانه های با واکنش زایی کمتر در ساخت بتن می تواند درنهایت منجر به کم شدن و جلوگیری از خسارت های ناشی از واکنش زایی قلیایی شود. هدف این تحقیق ارزیابی آسیب پذیری چهار سنگ دانه مورداستفاده در بتن شامل: گرانیت ، ریوداسیت، آهک و دولومیت می باشد. این مطالعه تحت شرایط تسریع شده بر اساس استاندارد ASTM C1260 و شرایط دمای اتاق انجام شد. آنالیز نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی همراه با پراش کننده انرژی (SEM/EDX)، میکروسکوپ نوری، آنالیزهای XRD و XRF انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد که سنگ دانه های ریوداسیتی و آهکی دارای پتانسیل واکنش زایی می باشند درحالی که سنگ دانه های دولومیتی و گرانیتی موردمطالعه فاقد واکنش زایی بوده اند.

    کلیدواژگان: واکنش زایی قلیایی، سنگ دانه، بتن، آزمون های تسریع شده، مطالعات پتروگرافی
  • زهرا سبزی*، اکبر چشمی، سید رمضان رمضان نژاد صفحات 47-59
    در این تحقیق یک گود که با استفاده از نخاله پایدارسازی شده، مورد مطالعه قرار گرفته است. گود مذکور در جنوب غرب تهران و در غرب رودخانه کن واقع شده است. جنس مصالح تشکیل دهنده دیواره گود شن و ماسه با مقادیر سیلت و رس بوده که از نظر زمین شناسی در گروه آبرفتهای C تهران طبقه بندی می شود. در تحقیق حاضر با استفاده از آنالیز برگشتی و با توجه به ابعاد گود، پارامترهای مهندسی مصالح دیواره گود، تعیین شد. به منظور تعیین پارامترهای مهندسی نخاله های ساختمانی یک خاکریز آزمایشی از نخاله های مذکور به طول، عرض و ارتفاع به ترتیب 500 ، 8 و 0.5 متر اجرا و با استفاده از غلطک ویبره، متراکم شد. سپس با انجام آزمایشهای دانسیته در محل، بارگذاری صفحه و کاوشگر دینامیکی بر روی خاکریز، پارامترهای مهندسی نخاله های ساختمانی تعیین گردید. با انجام مدل سازی با استفاده از نرم افزار Geo- Slope تحلیل پایداری گود و خاکریز در شرایط مختلف انجام شد. نتایج نشان می دهد که خاکریز مذکور قادر است پایداری دیواره گود را با توجه به مقادیر مجاز ضریب اطمینان تامین کند. با توجه به مشاهدات و برداشت های میدانی از آنجا که تنوع و تغییرات در نخاله های ساختمانی زیاد است به منظور کنترل کیفیت و حصول اطمینان از مناسب بودن مصالح و روش اجرا، دستورالعمل اجرایی برای استفاده از این مصالح جهت خاکریزی پیشنهاد گردید. نتایج این تحقیق نشان می دهد برخلاف رویه معمول، نخاله های ساختمانی، یه طور قابل توجهی می توانند در کاربردهای مهندسی قابل استفاده باشند.
    کلیدواژگان: پایدار سازی، گود عمیق، خاکریزی، نخاله های ساختمانی، Geo-Slope
  • مهران نوری، غلامرضا خانلری*، وهاب سرفرازی، بهروز رفیعی صفحات 61-86

    هدف از این پژوهش، تحلیل الگوهای شکست ماسه سنگ های دوران مزوزوییک و سنوزوییک استان مرکزی با توجه به تغییرات مقاومت فشاری آنها می باشد. برای این منظور، الگوهای شکست پنج تیپ مختلف از ماسه سنگ های با مقادیر مقاومت فشاری تک محوره (UCS) متفاوت حاصل از نتایج آزمایشگاهی و آنالیز عددی مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین در این مطالعه اثر الگوهای شکست بر روی مقاومت فشاری تک محوره کمی سازی گردید. برای انجام این پژوهش نمونه های بلوکی از ماسه سنگ های سازند های مختلف واقع در بخش شمالی استان مرکزی جمع آوری و براساس ویژگی های بافتی و کانی شناسی به پنج تیپ (تیپ های 1 تا 5) تقسیم گردیده و تحت آزمایش UCS قرار گرفتند. بررسی الگوهای شکست این ماسه سنگ ها در محدوده های مختلف مقاومتی نشان داد که در مقادیر پایین مقاومت، الگوی شکست عمدتا از نوع برشی ساده (Simple shear) می باشد که با افزایش مقاومت فشاری به نوع کششی چندگانه (Multiple extenssion) تغییر می یابد. الگوی غالب شکست برای تیپ های 1، 2 و 4 از نوع برشی ساده و برای تیپ های 3 و 5 از نوع کششی چندگانه می باشد. بررسی الگوهای شکست در بازه های مقاومتی مختلف برای کل نمونه های ماسه سنگی نشان داد که تا مقادیر 140 مگاپاسکال، الگوی شکست غالب از نوع برشی ساده و برای مقادیر بیش از 140 مگاپاسکال، الگوی شکست از نوع کششی چندگانه می باشد. همچنین در این مطالعه، الگوهای شکست نمونه های آزمایشگاهی با استفاده از نرم افزار PFC2D به صورت عددی شبیه سازی شدند و ملاحظه گردید که نتایج بدست آمده از مدل سازی عددی، همخوانی قابل قبولی با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند.

    کلیدواژگان: ماسه سنگ ها، الگوی شکست، مقاومت فشاری تک محوره، نرم افزار PFC2D
  • سید زانیار سید موسوی، حسین توکلی، پرویز معارف وند، محمد رضایی* صفحات 87-102
    چرخه های انجماد-ذوب یک هوازدگی طبیعی جدی برای پروژه های مهندسی سنگ و سازه های ساخته شده بر روی سنگ ها در مناطق کوهستانی می باشد. لذا ارزیابی کاهش پارامترهای ژیومکانیکی سنگ در اثر چرخه های انجماد-ذوب در این مناطق بسیار حیاتی است. در این تحقیق سرعت موج برشی و چگالی خشک نمونه های سنگ شیست بکر و هوازده (چرخه های انجماد-ذوب 7، 15، 40 و 75) دیواره معدن انگوران اندازه گیری شده است. در هر چرخه هوازدگی 5 نمونه مورد آزمایش قرارگرفته و محاسبات بر مبنای میانگین آن ها صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش تعداد چرخه های هوازدگی، مقدار سرعت موج برشی و چگالی خشک نمونه ها به صورت نمایی کاهش می یابد بطوریکه چرخه های اولیه انجماد-ذوب تاثیر کمتری بر روی خواص سنگ داشته است. با برازش نتایج، روابطی تجربی جهت محاسبه سرعت موج برشی و چگالی خشک سنگ شیست به ازای چرخه های مختلف انجماد-ذوب در این تحقیق استخراج و پیشنهاد شده است. همچنین، بافت نمونه ها در حالت بکر و پس از 75 چرخه انجماد-ذوب به وسیله میکروسکوپ الکترونیکی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج مطالعه میکروسکوپی نشان دهنده متراکم بودن بافت نمونه ها در حالت بکر می باشد. همچنین پس از اعمال 75 چرخه انجماد-ذوب، فاصله بین ناپیوستگی ها افزایش یافته و ترک های جدیدی در بدنه نمونه ها ایجاد شده است.
    کلیدواژگان: معدن انگوران، سنگ شیست، چگالی خشک، سرعت موج برشی، فرآیند انجماد-ذوب
  • حمیدرضا امینی، بهزاد سعیدی رضوی*، جمال احمدی، مهدی بابایی صفحات 103-118

    شکستگی سنگدانه ها، با توجه به تاثیرات آن در تنش تسلیم، لزجت خمیری و اصطکاک بین اجزای بتن، نقش مهمی در عملکرد بتن به ویژه بتن های خودمتراکم دارد، لذا در این تحقیق تاثیر درصد ماسه استاندارد شکسته بر روی خواص بتن خودمتراکم مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور طرح اختلاط های مختلفی برای دستیابی به طرح مخلوطی که الزامات حداقلی بتن خودمتراکم را برآورده کند، مورد آزمایش قرار گرفته و در نهایت از پنج طرح با جایگزین کردن مقادیر مختلف ماسه شکسته به جای ماسه طبیعی استفاده شده و آزمایش های ریولوژی (جریان اسلامپ، قیف V، حلقه ی J و جعبهL)، مشخصات مکانیکی (مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مقاومت خمشی) و دوام (چرخه یخبندان و جذب مویینه) انجام شده است. بر مبنای نتایج بدست آمده، با جایگزینی مقادیر 25، 50 و 75 درصد از ماسه استاندارد طبیعی با ماسه استاندارد شکسته، مقادیر قطر پخش شدگی در آزمون جریان اسلامپ که بیانگر تنش تسلیم بتن تازه و معیاری برای ارزیابی قابلیت پرکنندگی بتن خودمتراکم می باشد به ترتیب برابر 7/0، 2 و 10 درصد کاهش یافته است. با توجه به نتایج بدست آمده مقاومت فشاری 90 روزه نمونه های ساخته شده با 25، 50، 75 درصد ماسه شکسته، به ترتیب برابر 4، 1/7 و 7/6 درصد افزایش یافته است. همچنین، جذب مویینه با جایگزینی ماسه شکسته افزایش یافته است که نشان دهنده تغییر و اصلاح دوام و پایایی نمونه های بتن خودمتراکم دارای ماسه شکسته می باشد.

    کلیدواژگان: بتن خودمتراکم، ماسه استاندارد شکسته، رئولوژی بتن، مقاومت مکانیکی، دوام بتن
|
  • Aref Alipour *, Mojtaba Mokhtarian Asl, Mostafa Asadizadeh Pages 1-13

    Drilling and Blasting method is the controlled use of explosives to break rocks for excavation. It is practiced most often in mining and civil engineering. Basically short tunnels are usually constructed by drilling and blasting method. The value of specific drilling in tunnel blasting processes considerably affects the efficiency of the blasting. Specific drilling affects costs of drilling and blasting, specific charge, fragmentation size, muck pile shape, over break profile shape. In this paper, we present an application of Support Vector Machine (SVM) to the calculation of the specific drilling for small size tunnel blasting. Certain small size tunnel blast tests in four case studies have been used to present the SVM-based model. Among available existing parameters in the literature, some of the most influencing parameters are selected. These models are based on seismic wave velocity (P-wave), Rock Quality Designation (RQD), coupling ratio of explosive charge, maximum depth of blast hole and tunnel area. Evaluation of the numerical measures of the goodness of the statistical fit clearly indicated that corresponding SVM model is more acceptable than multiple linear regression model for estimating specific drilling.

    Keywords: Tunnel, Drilling, Blasting, Specific Drilling, Support Vector Machine
  • Behzad Moeen, Ali M. Rajabi *, Mahdi Khodaparast Pages 15-28
    Geosynthetic reinforced soil is recognized as one of the fastest and most economical ways to slopes and retaining walls. In this research, using centrifugal modeling, the behavior of soil walls reinforced with relatively high height and slope geotextiles (1H : 5V) under the influence of surcharge was evaluated. For this purpose, 3 models of reinforced soil slope with a height of 35 cm with a scale of 1:30 and an unreinforced soil slope were made and loaded on the centrifuge during acceleration of 30 g. The results showed that the bearing capacity of the foundations on the reinforced soil slope was directly related to the shape of the foundations and for the same widths as the square shape changed to the strip type (increasing the length of the foundations) from the final load will be reduced. Through the investigation of soil reinforcing elements at different depths in terms of failure and elongation, it was revealed that regarding the elongation and failure of geotextiles and the depth of failure for footings with equal widths the maximum value is associated with strip footing and the minimum value is associated with square footing.
    Keywords: Reinforced soil slope, Geotextile, Centrifuge modeling, Load geometry
  • Pezhman Kazemi, Mohammadreza Nikudel *, Mashaelah Khamechian, Simon Martin Clark, Shima Taheri, Paritosh Giri Pages 29-45

    The durability of concrete is affected by various factors including its ingredients, workmanship, environment, working life, and so on. The alkali reaction within the concrete can shorten its lifespan due to the expansive pressure build up and cracking caused by the deleterious action of alkali reaction by-products. The alkali reaction is a gradual reaction that can happen between the alkaline pore solution of the concrete and various types of aggregates. Understanding the behavior of the aggregate, as the main reactive component, is thus essential in understanding of the reaction mechanism, reducing the alkali reaction potential or even preventing it. Not all aggregates are susceptible to alkali reaction. Therefore, detecting susceptible aggregates and selecting the ones with low levels of reactive materials, can eventually help to minimize and mitigate alkali reaction problems. The aim of this research was to assess the susceptibility of four commonly used aggregates in constructing projects: Granite, Rhyodacite, Limestone and Dolomite. The study was performed under accelerated conditions in accordance with the ASTM test method C1260 and ambient condition (room temperature).specimens were analyzed using Scanning Electron Microscopy (SEM),X-ray Diffraction (XRD) and Light Microscopy. Limestone and Rhyodacite aggregates, were found to be susceptible to expansion reaction.

    Keywords: Alkali reaction, concrete Aggregate, Accelerated Test, petrographic studies
  • Zahra Sabzi *, Akbar Cheshomi, Seyed Ramezan Ramezannejad Pages 47-59
    The increasing amount of demolition and construction waste (D&CW) materials has created many problems in large cities. Recycling waste materials helps to protect the environment. D&CW can be used in many projects, especially in road construction, retaining walls, landscaping and pavements. In this research, a project in which, D&CW used as fill materials to stabilize a deep excavation is investigated. The project site is located at the southwest of Tehran and the west of the Kan River. Site soil is basically composed of the C alluvium of Tehran. Strength parameters of soil were determined using recursive stability analysis. By performing an experimental embankment of D&CW (500 m length, 8 m width and 0.5 m height) and compacting it, in-situ density, plate load and dynamic probing tests were implemented and parameters of D&CW were obtained. Then stability analysis of excavation was performed under different conditions using Geo-Slope and the results showed that the D&CW embankment is capable to provide factor of safety. Finally, in order to control the quality of execution, according to the field observations, the guidelines were suggested to use D&CW. The results of this study show that D&CW can be significantly usable in engineering applications.
    Keywords: Stabilization, deep excavation, embankment, demolition, construction waste, Geo-Slope
  • Mehran Nouri, Gholamreza Khanlari *, Vahab Sarfarazi, Behrooz Rafiei Pages 61-86

    The aim of this study is analyzing the failure modes of sandstones related to Markazi Province using compressive strength changes. For this purpose, the fracture modes of five different types of sandstones with different compressive strength values have been studied experimentally and numerically. Also, The effect of failure modes on uniaxial compressive strength was quantified. block samples were collected from different sandstone formations located in northern part of Markazi province. These sandstones were divided into five types based on the textural and mineralogical characteristics. These samples were subjected to uniaxial compressive strength testing. Examination of the fracture modes showed that simple shear mode occurred at low values of strength and it changes to multiple extension mode with increasing the compressive strength. The dominant failure mode for types 1, 2 and 4 is simple shear and for types 3 and 5 is multiple extension. Investigation of failure modes in different strength ranges showed that the dominant failure modes up to 140 and over 140 MPa are simple shear and multiple extension, respectively. Therefore, strength of 140 MPa was considered as the transisson point. Also, in this study, the failure modes of the experimental samples were numerically simulated using PFC2D software. The results of numerical modeling showed a good agreement with the experimental results.

    Keywords: sandstones, Failure mode, UCS, PFC2D
  • Seyed Zanyar Seyed Mousavi, Hossein Tavakoli, Parviz Moarefvand, Mohammad Rezaei * Pages 87-102
    Freezing-melting cycles are a serious natural weathering for rock engineering projects and constructed structures on the rocks in mountainous regions. So evaluation of the rock geo mechanical parameters reduction due to freezing-thawing cycles is very crucial in these areas. In this study, shear wave velocity and dry density of intact and weathered schist samples (under freezing-thawing cycles of 7, 15, 25, 40 and 75) of the Angouran mine wall were measured. For each weathering cycle, 5 samples have been tested and calculations were made based on their average values. Results showed that by increasing the number of weathering cycles, the shear wave velocity and dry density values of samples are exponentially decreased while the initial cycles of freezing-thawing have the less effect on rock properties. By analyzing the obtained results, an experimental equation was extracted and proposed to calculate shear wave velocity and dry density in schist against the different cycles of freezing-thawing. Also, the texture of samples in intact status and after 75 cycles of freezing-thawing was studied by an electronic microscope. The results of microscopic study indicate that the texture of intact samples is denser than those of the weathered status. Also, after applying 75 cycles of freezing-thawing, the spacing between discontinuities has been increased and new cracks created in the samples body.
    Keywords: Angouran mine, Schist rock, Dry density, Shear wave velocity, Freezing-thawing process
  • Hamidreza Amini, Behzad Saeedi Razavi *, Jamal Ahmadi, Mahdi Babaei Pages 103-118

    The crushed shape of aggregates, regarding its effect on the yield stress, plastic viscosity and the friction between concrete components play an important role in the performance of ordinary and also self-compacting concrete. In this research, the effect of standard crushed sand on the properties of SCC concrete has been studied. To do so, different mixture designs were tested to achieve a suitable mixture design that meets the minimum rheology and resistance requirements of self-consolidating concrete and as a result, five mixture designs with replacing different values of standard crushed sand with natural sand have been fabricated. Rheology Tests (slump flow, V-funnel, J-ring and L-box), Mechanical Resistance Tests (Compressive, tensile and flexural strength) and Durability Tests (capillary water absorption and freeze–thaw cycling resistance) tests have been assessed. It has been observed that by replacing a proportion of natural standard sand with crushed standard sand, filling ability and possibility of self-consolidating concrete have improved. Regarding the obtained results, the mechanical properties of SCC concrete in the specimens with crushed standard sand increased. Also, capillary water absorption has improved in these specimens which shows durability increase in specimens with crushed standard sand.

    Keywords: Self-consolidating concrete, Crushed Standard Sand, Concrete Rheology, Mechanical resistance, Concrete Durability