فهرست مطالب

مجله زمین شناسی مهندسی
سال شانزدهم شماره 1 (Spring 2022)

  • تاریخ انتشار: 1401/11/18
  • تعداد عناوین: 7
|
  • امیر حمیدی*، مهدی سبحانی، فرزانه رسولی، مرجان صدرجمالی صفحات 1-23

    هدف اصلی این تحقیق، استفاده از ترکیب سیمان پرتلند و ضایعات ظروف فومی در بهسازی ماسه ها بوده است. برای این منظور، ماسه بابلسر به عنوان مصالح پایه انتخاب شد. نوارهای فومی در دو ابعاد 50 در 5 میلیمتر و 50 در 10 میلیمتر در درصدهای وزنی صفر، 1/0، 2/0 و 3/0 درصد، به همراه 3 درصد سیمان پرتلند به خاک اضافه شد. نمونه ها جهت انجام آزمایش برش مستقیم بزرگ مقیاس 300 در 300 میلیمتری، در تراکم نسبی 70 درصد ساخته شدند. همه نمونه ها قبل از انجام آزمایش، اشباع و به مدت 7 روز در شرایط عمل آوری قرار گرفتند. بر اساس نتایج به دست آمده، پارامترهای چسبندگی و زاویه اصطکاک خاک سیمانی و غیر سیمانی، با افزودن نوارهای فومی افزایش پیدا کرد. میزان افزایش مقاومت، در نوارهای بزرگتر و یا درصدهای بیشتر، بالاتر بود. در نمونه های غیر سیمانی، افزودن فوم تغییر چندانی در سختی نمونه ایجاد نکرد لیکن اتساع نهایی کاهش یافت. اما در نمونه های سیمانی، افزودن فوم سبب کاهش سختی و میزان افت مقاومت پس از نقطه اوج گردید. همچنین اتساع نهایی نمونه های سیمانی با افزایش درصد فوم و ابعاد نوارهای فومی، بیشتر شد. بر اساس آنالیزهای پایداری شیب انجام شده، ازدیاد درصد فوم باعث افزایش ضریب اطمینان شیروانی مسلح شد. استفاده از فومهای با نسبت طول به عرض کمتر، افزایش بیشتری در ضریب اطمینان پایداری شیب به وجود آورد.

  • مجید رضائیان، امین جمشیدی*، رامین ساریخانی، یاسین عبدی، آرتیمس قاسمی دهنوی صفحات 24-44

    آب های جاری شور ناشی از سنگ گچ سازند گچساران در منطقه رباط نمکی، شمال شهرستان خرم آباد، باعث هوازدگی نمک در برخی از سنگ های منطقه شده است. هوازدگی نمک به دلیل آب های جاری شور منطقه، یکی از دلایل تغییر خصوصیات ژیومکانیکی سنگ ها و در نتیجه کاهش دوام آنها است. در این تحقیق به تاثیر آب های جاری شور بر خصوصیات ژیومکانیکی برخی از سنگ های رخنمون یافته منطقه رباط نمکی، با انجام آزمایش هوازدگی نمک پرداخته شده است. برای این منظور، دو نمونه سنگ آهک و ماسه سنگ تهیه و آزمایش هوازدگی نمک در آب جاری شور، آب چشمه و محلول اشباع نمک تا 30 چرخه روی آن ها انجام شد. بعد از هر 5 چرخه، شاخص بار نقطه ای و تخلخل نمونه ها به عنوان آزمایش های سریع و کم هزینه تعیین شدند. منحنی های برازش بین چرخه های آزمایش هوازدگی نمک با شاخص بار نقطه ای و تخلخل برای هر سه محلول آزمایش تعیین و از آنها دو پارامتر ثابت زوال پذیری و نیمه عمر استخراج شد. تاثیر سه محلول آزمایش روی نمونه ها با استفاده از این دو پارامتر و همچنین درصد تغییرات شاخص بار نقطه ای و تخلخل، ارزیابی شد. نتایج نشان داد محلول اشباع نمک، آب چشمه و آب جاری شور به ترتیب بیشترین تا کمترین تاثیر را در تغییرات شاخص بار نقطه ای و تخلخل نمونه ها داشته اند. همچنین تجزیه و تحلیل داده ها نشان می دهد که ماسه سنگ به دلیل تخلخل بیشتر و لایه ای بودن نسبت به سنگ آهک، از هوازدگی نمک بیشتر متاثر شده است.

    کلیدواژگان: رباط نمکی، هوازدگی نمک، سنگ آهک، ماسه سنگ، خصوصیات ژئومکانیکی
  • سید حسین حسینی لواسانی*، حامد علیزاده، علی معصومی صفحات 45-71

    تحقیقات زیادی در مورد تاثیر فاصله گسل بر سازه ها انجام شده است که نشان می دهد پاسخ لرزه ای آنها می تواند بسته به فاصله آنها از گسل متفاوت باشد. پل های معلق به دلیل برخورداری از دوره ی تناوب و انعطاف پذیری بالا می توانند حساسیت بیشتری نسبت به این پدیده به ویژه در ارتعاشات قایم داشته باشند. از آنجایی که مهندسان تمایل دارند از دهانه های طویل تری استفاده کنند، فاکتور طول دهانه باید با دقت بیشتری مطالعه شود. در این مقاله به اثرات طول دهانه بر پاسخ لرزه ای پل معلق تحت تحریکات لرزه ای خوزه نزدیک و دور پرداخته شده است. پل های معلق وینسنت توماس و گلدن گیت به ترتیب به عنوان پل های دهانه کوتاه و بلند به عنوان مطالعات موردی انتخاب شده اند. پاسخ های لرزه ای دو پل تحت ده شتابنگاشت از انواع حوزه نزدیک و دور، که دو به دو شتاب اوج زمین یکسانی دارند، ارزیابی می شوند. نتایج نشان داد که پاسخ هر دو پل تحت تحریکات لرزه ای حوزه نزدیک و دور کاملا متفاوت است. پل های معلق با دهانه کوتاه در برابر تحریکات نزدیک به گسل آسیب پذیرتر هستند، در حالی که پل های با دهانه بلند در برابر هر دو نوع تحریکات مذکور مستعد آسیب هستند و با افزایش طول دهانه، حساسیت پل در برابر فرکانس های پایین تحریکات حوزه دور افزایش می یابد. همچنین، در هر دو پل، حداکثر پاسخ جابجایی دهانه ها لزوما با افزایش شتاب اوج زمین افزایش پیدا نمی کند.

    کلیدواژگان: تحریکات لرزه ای حوزه نزدیک، تحریکات لرزه ای حوزه دور، پل معلق، ارتعاشات قائم، طول دهانه
  • علی اصغر یاری*، نیما رحیم پور، علی قنبری صفحات 72-94

    محاسبه پریود طبیعی زمین موجب می گردد تا سازه های مهندسی با مقاومت بالا و صرفه اقتصادی بیشتری محاسبه و ساخته شود. در این راستا نیز گسترش علوم کامپیوتری باعث افزایش دقت در محاسبات مهندسی نیز گردیده است. بنابراین پریود طبیعی زمین در سال های اخیر با استفاده از معادلات پیچیده ای به شرایط واقعی تر شبیه سازی گردیده است. در مطالعات پیشین پریود طبیعی زمین هایی که از خاک های دولایه با مشخصات متفاوت تشکیل شده اند، محاسبه شده و روابطی ارایه گردیده است. برای زمین های سه لایه روابط ارایه شده پیچیدهو با روش های تقریبی انجام شده است و امکان استفاده از آنها برای محاسبه سریع مشکل می باشد. همچنین با توجه به اینکه روش های ارایه شده تقریبی می باشد، در نتیجه مقادیر محاسبه شده دقیق نخواهد بود. در این مطالعه پریود طبیعی زمین با استفاده از حل صریح و بسته و به روش انتشار امواج صورت گرفته است. روابط نهایی ساده سازی شده و نهایتا باعث استفاده آسان از آنها می شود. از مزیت های این روش ارایه روابط ساده و دقت بالای جواب ها می باشد. همچنین با استفاده از روش فوق پریود طبیعی زمین دولایه نیز محاسبه و روابط جهت استفاده ارایه شده است. در نهایت پریود طبیعی لایه های ناحیه اطراف کرج با استفاده از روش فوق محاسبه شده است. همچنین با در نظر گرفتن چندین شرایط متعارف (عمق لایه ها و مشخصات زمین) پروید طبیعی زمین محاسبه شده و توسط گراف هایی ارایه گردیده است.

    کلیدواژگان: پریود طبیعی زمین، حل تحلیی، تئوری ارتعاش امواج، لایه بندی خاک، آبرفت
  • مریم مختاری* صفحات 95-122

    مقاومت تک محوری و مدول الاستیسیته سنگ ها در مهندسی ژیوتکنیک، 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 ارایه 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 ارایه می نماید.

    کلیدواژگان: مقاومت فشاری تک محوری، مدول یانگ دینامیکی، ماشینبرداری پشتیبان، رگرسیون اجزا اصلی، آزمایش التراسونیک
  • محمد علیزاده منصوری، روزبه دبیری* صفحات 124-156

    در مطالعه حاضر سعی شده است پتانسیل روانگرایی در لایه های خاکی در محدوده شهر تبریز بر اساس آنالیز حساسیت، قابلیت اطمینان ارزیابی گردد. بدین منظور از میان 260 حلقه گمانه جمع آوری شده، تعداد 64 حلقه گمانه که دارای خطر وقوع روانگرایی بوده اند انتخاب شدند. سپس نقشه پهنه بندی خطر لرزه ای در محدوده مورد مطالعه با توجه به گسل شمال تبریز با استفاده از روش گسل محدود و با در نظر گرفتن اثرگذاری لایه های خاکی بر حداکثر شتاب سطحی (PGA) تهیه شده است. در ادامه، نقشه پهنه بندی خطر وقوع روانگرایی در محدوده مورد مطالعه با کاربرد شاخص خطر آماده گردید. در انتها، با کاربرد روش های تحلیل حساسیت و قابلیت اطمینان مونت کارلو، میزان تغییرات ضریب اطمینان در برابر خطر وقوع روانگرایی لایه های خاکی مشخص شده و رابطه ای جهت تعیین این تغییرات ارایه شده است.

    کلیدواژگان: روانگرایی، تحلیل حساسیت، قابلیت اطمینان، روش مونت کارلو، اعتبارسنجی داده ها، تبریز
  • مهدی درخشندی*، مجتی هنرمند، امیرحسین صادقپور صفحات 157-179

    سدهای خاکی سازه های ژیوتکنیکی هستند که در انواع دره ها با شکل متفاوت احداث می شوند. سد ونیار از نوع سنگریزه ای با هسته رسی قایم، در محل یک دره تنگ واقع شده است. به منظور بررسی تاثیر شکل هندسی دره، از مدل سازی سه بعدی برای آنالیز این سد استفاده شده است. آنالیزها با نرم افزارFLAC3D انجام شده که مسایل ژیوتکنیکی را بر اساس روش تفاضل محدود شبیه سازی می کند. نتایج نشان می دهد که مقادیر نشست های بدست آمده از آنالیزهای عددی، از مقادیر ثبت شده توسط تجهیزات صفحات مغناطیسی نشست سنج که در بدنه سد نصب شده، کمتر است و این موضوع به علت تراکم کمتر خاک در اطراف ابزار است که به منظور جلوگیری از خرابی آن در زمان نصب انجام می شود. بر اساس آنالیزهای عددی، مقدار نشست حداکثر در بزرگترین مقطع عرضی بدنه سد (مقطعC) 88.14 سانتیمتر است که مربوط به موقعیت ارتفاع 48 متر بالاتر از تراز سنگ بستر است و این مقداری قدری کمتر از 1% ارتفاع خاکریز سد است. همچنین تنش های قایم ثبت شده توسط سلولهای فشار در بدنه سد حدود 28% کمتر از مقادیر بدست آمده از آنالیزهای عددی است؛ به نظر می رسد که این موضوع به دلیل پدیده قوس زدگی موضعی ناشی از تراکم کمتر و در نتیجه ایجاد ناحیه با سختی کمتر در اطراف سلولهای فشار باشد. در مورد پارامتر فشار آب حفره ای، نتایج آنالیزهای عددی و قرایت پیزومترها در حدود 1% اختلاف دارد که نشان دهنده همخوانی نزدیکی بین نتایج است. در مجموع اختلاف بین نتایج آنالیزهای عددی و مقادیر بدست آمده از نتایج ابزار دقیق قابل قبول است و رفتار سد در مرحله پایان ساخت عملکرد مناسبی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: سد ونیار، آنالیزهای عددی سه بعدی، دره تنگ، رفتارنگاری
|
  • Amir Hamidi*, Mahdi Sobhani, Farzaneh Rasouli, Marjan Sadrjamali Pages 1-23

    The goal of this study was improvement of sandy soil using a combination of polystyrene foam container waste and Portland cement. For this purpose, Babolsar sand was used as the base soil. Strips of disposable polystyrene foam container waste in “chips” of 50 ´ 5 mm and 50 ´ 10 mm were added to the soil at 0.0%, 0.1%, 0.2% and 0.3% by weight along with 3% Portland cement at a relative density of 70%. All samples were cured for 7 days under saturated conditions and then tested using a large-scale direct shear apparatus. The results showed that, in both cemented and uncemented samples, the addition of foam chips increased the cohesion and internal friction angles, which increased the shear strength of the soil. At higher percentages and using larger-sized foam chips, the shear strength increased even more. In uncemented samples, the stiffness did not change with the addition of foam chips, yet the final dilation of the samples decreased. In cemented samples, both the stiffness and softening behavior after the peak strength point decreased. The final dilation of the cemented samples increased at higher foam chip contents and for the larger sized chips. The results of numerical analysis showed that the use of foam chips increased the safety factor of a slope improved in this manner. It also was found that the foam chips with a lower length-to-width ratio had a greater effect on increasing the safety factor of the tested slopes.

    Keywords: Soil improvement, Polystyrene foam waste, Cement, Stability
  • Majid Rezaiyan, Amin Jamshidi, Ramin Sarikhani, Artimes Ghassemi Dehnavi, Yasin Abdi Pages 24-44

    The salty running water from Gachsaran Formation in Robat Namaki region, north of Khorramabad city, has caused salt weathering of some rocks in the region. Salt weathering due to the salty running waters of the region is one of the reasons for changing the geomechanical properties of rocks, and as a result reducing their durability. In current research, the effect of salty running waters on the geomechanical properties of outcropping rocks in Robat Namki region has been studied by conducting salt weathering tests. For this purpose, two samples of limestone and sandstone have been prepared and salt weathering tests have been performed on them for 30 cycles in salty running water, spring water and saturated salt solution. After every 5 cycles, the point load index and porosity of the samples were determined. Fitting curves between salt weathering test cycles with point load index and porosity were developed for all three test solutions, and parameters of decay constant and half-life were obtained from them. The effect of the three test solutions on the samples has been evaluated using these parameters, as well as the percentage of changes of the point load index and porosity. The results show that saturated salt solution, spring water and salty running water had the greatest to least effect on the changes of point load index and porosity of the samples, respectively. Also, data analyses shows that sandstone is more affected by salt weathering due to its higher porosity and layered than limestone.

    Keywords: Robat Namaki region, Salt weathering, Limestone, Sandstone
  • Seyed Hossein Hosseini Lavassani*, Hamed Alizadeh, Ali Massumi Pages 45-71

    Many researches have been currently conducted on the effects of fault distance on structures revealing that their seismic response can differ according to their distance from the fault. Suspension bridges due to their long period and high flexibility can be more sensitive to this phenomenon, especially in vertical vibration. Since the engineers tend to use longer spans, the length factor should be studied more accurately. In this paper, the effects of length factor on the seismic response of the suspension bridge under near and far-fault ground motions were addressed. The Vincent Thomas and Golden Gate suspension bridges as short and long ones, respectively, are selected as the case studies. The seismic responses of two bridges under five main worldwide ground motions contained both near and far-fault ones, with the same peak ground’s acceleration, are evaluated. The results indicated that the response of both bridges to the near and far-fault ground motions are perfectly different. Short span suspension bridges are vulnerable to near-fault ground motions, whereas long span ones are completely susceptible to both near and far-fault ground motions, and by increasing the length of span, the sensitivity of bridge was increased against far-fault low frequency excitations. Also, maximum displacement responses of spans in both bridges did not increase by maximizing peak ground’s acceleration.

    Keywords: Near-fault ground motions, Far-fault ground motions, Suspension bridge, Vertical vibration, Length factor
  • AliAsghar Yari, Nima Rahimpour, Ali Ghanbari Pages 72-94

    The soil’s natural period has been simulated in more realistic conditions in recent years using complex equations. In previous studies, the natural period of soils made of bilayer soils with different characteristics has been determined and formulas have been presented. For three-layer soils, the proposed relations are complex and performed by approximate methods. Those methods are inappropriate to fast and precise calculation. In this study, the natural period of the soil has been solved using explicit and closed solution of wave propagation method. The final equations are simplified to utilize the advantages of this method are providing simple relations and high accuracy of answers. Likewise, the natural period of twolayer soil is determined based on the proposed method. the natural ground period of the layers around Karaj alluvium has been determined using the above method. Additionally, considering a few ordinary conditions (depth of layers and soil qualities), the natural period of the soil has been determined and introduced by graphs. As indicated by the outcomes, weak layer cause to increase the ground natural period, while stiff layer decreases the period. The rate of ground period sharply reduces by considering the strong soil in bottom of the layers. In general, increasing the layers specification ratio, reduce ground natural period; excluding the case where the order of the layers is strong to weak. The difference between the values of period in both states are significant.

    Keywords: natural period of the soil, soil profile, wave vibration equations, analyticalsolution, explicit method
  • Maryam Mokhtari* Pages 95-122

    In geotechnical engineering, rock mechanics and engineering geology, depending on the project design, uniaxial strength and static Youngchr('39')s modulus of rocks are of vital importance. The direct determination of the aforementioned parameters in the laboratory, however, requires intact and high-quality cores and preparation of their specimens have some limitations. Moreover, performing these tests is time-consuming and costly. Therefore, in this study, it was tried to precisely predict the desirable parameters using physical characteristics and ultrasonic tests. To do so, two methods, i.e. principal components regression and support vector regression, were employed. The parameters used in modelling included density, P- wave velocity, dynamic Poisson’s ratio and porosity. Accordingly, the experimental results conducted on 115 limestone rock samples, including uniaxial compressive and ultrasonic tests, were used and the desired parameters in the modelling were extracted using the laboratory results. By means of correlation coefficient (R2), normalized mean square error (NMSE) and Mean absolute error (MAE), the developed models were validated and their accuracy were evaluated. The obtained results showed that both methods could estimate the target parameters with high accuracy. In support vector regression, Particle Swarm Optimization method was used for determining optimal values of box constraint mode and epsilon mode, and the modelling was conducted using four kernel functions, including linear, quadratic, cubic and Gaussian. Here, the quadratic kernel function yielded the best result for UCS and cubic kernel function yielded the best result for Es. In addition, comparing the results of the principal components regression and the support vector regression indicated that the latter outperformed the former.

    Keywords: Uniaxial compressive strength, Static young’s module, Support vector regression, Principal components regression, Ultrasonic test
  • Mohammad Alizadeh Mansouri, Rouzbeh Dabiri* Pages 124-156

    In this study, it is attempted to analyze sensitivity and reliability in order to evaluate the liquefaction potential in soil layers in Tabriz. 62 boreholes that had possible conditions for liquefaction were selected. Seismic mapping was simulated using finite fault method and then the effect of soil layers on PGA was estimated. In continue, the liquefaction potential index was estimated and the zoning map of liquefaction risk was presented. In final, through sensitivity and reliability analysis of the Monte Carlo method, the rate of density function against safety factor of the soil layers versus to liquefaction was determined.

    Keywords: Liquefaction, Sensitivity Analysis, Reliability, Monte Carlo Method, Data validation, Tabriz
  • Mehdi Derakhshandi*, Mojtaba Honarmand, AmirHossein Sadeghpour Pages 157-179

    Earth dams are geotechnical structures constructed on various shapes of a valley. The Vanyar Dam is a rock-fill dam located on a narrow valley. Concerning the geometry of the canyon, three-dimensional modeling was utilized to analyze this dam. According to the numerical analysis, the maximum settlement is 88.14 cm, which corresponds to 48 m above the bedrock in cross-section C, that is, a little less than 1% of the dam height. Besides, the total vertical stresses recorded by the pressure cells are about 28% less than those obtained from the numerical analysis. It is assumed that the difference is caused by local arching due to lower compaction and consequently a low stiffness area around the pressure cells. In terms of pore water pressure, there is good agreement between the pore water pressure obtained from the numerical analysis and the piezometers, such that the results are restricted to less than 1%. In general, the difference between the numerical analysis results and those recorded by the instruments is acceptable. Furthermore, the dam shows a suitable level of performance at the end of construction.

    Keywords: Vanyar Dam, 3D Numerical Analysis, Narrow Canyon, Monitoring