پاورپوینت زمين شناسی مهندسی و روانگرایی زمین

تعداد اسلاید : 125

روانگرایی (Liquefaction) چیست؟

هر گاه ارتعاشات یا فشار آب درون توده ی خاک باعث شود که ذرات خاک تماسشان را با یکدیگر از دست بدهند، روانگرایی اتفاق می افتد. در نتیجه خاک به مانند یک مایع رفتار می کند، در تحمل وزن ناتوان شده و می تواند بر روی شیب های بسیار ملایم روان شود. این شرایط معمولا موقت بوده و اغلب در اثر وقوع زمینلرزه در خاکریزهای اشباع از آب یا خاک های غیر چسبنده (unconsolidated soil) اتفاق می افتد.

شرایطی باعث ایجاد روانگرایی می شود:

روانگرایی اغلب در اثر محیا شدن سه شرط زیر حادث می شود:

١.رسوبات یا خاکریزهای دانه ای و سست

٢.اشباع شده بوسیله ی آب زیرزمینی

٣.لرزش نیرومند

روانگرایی خاک و پدیده های مرتبط با آن در زلزله های سالیان گذشته صدمات زیادی را در سراسر جهان وارد کرده اند.روانگرایی فقط در خاکهای اشباع صورت می گیرد. آب موجود بین ذرات خاک فشاری را به ذرات خاک وارد می کند که این فشار سبب می شود ذرات خاک بطور محکم بهم فشرده شوند. پیش از زلزله فشار آب نسبتآ کم است اما با وقوع لرزش زلزله فشار آب افزایش یافته بطوریکه ذرات خاک بسرعت در کنارهم شروع به حرکت می کنند. هرچند اغلب لرزش زمین سبب افزایش فشار آب منفذی می گردد اما فعالیت های مرتبط ساختمانی همانند انفجار یا آبگیری مخازن و بطور کلی تغییر در تنش ارتجاعی زمین از طریق بارگذاری و باربرداری نیز می تواند سبب روانگرایی در خاک گردد.

همچنین خاک روان شده پشت دیوارهای حائل می تواند سبب نشست و تخریب دیوار حائل گردد.چنانچه افزایش فشار آب منفذی در پشت سدها نیز میتواند سبب زمین لغزش و شکستن سدها گردد. روانگرایی خاک در بسیاری از زلزله های سالیان گذشته مشاهده شده است. به عنوان نمونه می توان به زلزله های آلاسکا (Alaska,USA,1964)، نیگاتا (Niigata,Japan,1964) ، لوماپرییتا (Loma Prieta,USA,1989) و کوبه (Kobe,Japan,1995) اشاره کرد.

بدلیل اینکه روانگرایی فقط در خاکهای اشباع صورت می گیرد این پدیده معمولا در مناطق نزدیک آب همانند رودخانه ها،دریاچه ها ،خلیج هاو اقیانوسها اثرات تخریبی بیشتری دارد. اثرات این پدیده عمده در مناطق نزدیک به آب شامل لغزش عمده خاک بسمت ساحل و فرونشست آن همانند دریاچه مرسید(Lake Merced) در ۱۹۵۷ و یا حرکت زمین و ایجاد ترک در ساحل دریا در اثر تنش اضافی همانند رودخانه موتاگوا (Motagua River) در زلزله ۱۹۷۶ گواتمالا می شود. صدمه به دیوارهای نگهدارنده بنادر و باراندازها با ایجاد فشار به خاک پشت آنها و هل دادن آن به سمت آب از دیگر صدماتی است که روانگرایی در مناطق نزدیک سواحل ایجاد می کند بطوریکه در زلزله ۱۹۹۵ کوبه ژاپن روانگرایی خاک صدمه اصلی را به امکانات و تجهیزات بندر کوبه وارد کرد.

علم زمین‌شناسی مهندسی، شناخت ویژگی‌های فنی زمین و کاربرد آن در پروژه‌های مهندسی می‌باشد. این علم با به‌کار گیری اصول زمین‌شناسی مانند مطالعه ترکیب کانی‌شناسی، بافت و وضعیت هوازدگی سنگ وخاک، شناخت تاریخچه زمین‌شناسی محیط تشکیل آنها و با درک فرآیندها و ساختارهای تکتونیکی و شناخت خطرات زمین‌شناسی به‌همراه اندازه‌گیری خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک و سنگ و تجزیه و تحلیل آنها بخشی از نیاز طراحان را برطرف می‌نماید.

در بسیاری از پروژه‌های مهندسی که به ساختار زمین در آن محل مربوط می‌شود مثلاً برای ساخت سازه‌های عظیم (سدها، پل‌های با دهانه زیاد، نیروگاه‌ها، سازه‌های صنعتی)، معادن، حفاری چاه‌های عمیق (نفت، گاز و ژئوترمال)، نیاز به درک و در نظر گرفتن ساختارهای زمین‌شناسی با آگاهی از جنبه‌های مهندسی موضوع می‌باشد. برای دستیابی به این اهداف، زمین‌شناس مهندس با بهره‌گیری از علم زمین‌شناسی, هیدرولوژی, مکانیک خاک، مکانیک سنگ، ژئو مکانیک و کاوش‌های زیر سطحی (شامل گمانه‌زنی و آزمایش‌های ژئوتکنیک و ژئوفیزیک و اخذ داده‌ها) به‌همراه ارزیابی آنها نیاز مهندسین را مرتغع می‌نماید.

با توجه به احساس نیاز به متخصصان این رشته بعد از انقلاب اسلامی در سال 1361این رشته برای اولین بار در دانشگاه تربیت مدرس در مقطع کارشناسی‌ارشد راه اندازی شد. بعد از موفق و مفید بودن فارغ التحصیلان این رشته در سیستم آموزش عالی و شرکت‌های مهندسی در سال 1372 اقدام به راه‌اندازی دوره دکتری در دانشگاه تربیت مدرس گردید. حاصل تلاش دانشگاه و گروه زمین‌شناسی تا کنون مشارکت در اجرای تعداد قابل ملاحظه‌ای از پروژه های تحقیقاتی و عمرانی و فارغ‌التحصیل نمودن بیش از 150 نفر در مقطع کارشناسی‌ارشد و بیست نفر در مقطع دکتری بوده است. این گروه از حضور چهار نفر هیأت علمی تمام وقت بهره می‌برد. گروه زمین‌شناسی مهندسی از امکانات آزمایشگاهی مناسبی شامل آزمایشگاه مکانیک خاک و مکانیک سنگ در قالب آزمایشگاه زمین‌شناسی مهندسی بهرمند می‌باشد.

زمین شناسی مهندسی یک فیلد مطالعاتی بین رشته های زمین شناسی و عمران(ژئوتکنیک)است  که به مطالعه  ساختار و جنس زمین در محل انجام  پروژه های مهندسی از جمله ساخت سازه های عظیم(پل های با دهانه زیاد/سازه های صنعتی/نیروگاهها/سد های مختلف/جاده ها/تونل های مختلف و سایر پروژه های عمرانی) می پردازد که این امر نیاز به آگاهی و درک کامل ساختارهای زمین شناسی از جنبه مهندسی موضوع می باشد برای دستیابی به اهداف فوق مهندس زمین شناس از علم زمین شناسی/  مکانیک خاک / هیدرولوژی / مکانیک سنگ  و ژئومکانیک و بهره گیری از آزمایشات ژئوتکنیک و ژئوفیزیک کار خود را انجام می دهد و نتایج کمی و کیفی و ارزیابی حاصل از این مطالعات برای استفاده به مهندسین ارایه می شوند

انجام مطالعات زمین شناسی در محل احداث پروژه مهندسی جهت جلوگیری از بروز خسارات احتمالی در قبل یا بعد از انجام پروژه می باشد به همین دلیل  همکاری کارشناسان زمین شناسی و مهندسین عمران حوزه ژئوتکنیک یک امر الزامی می باشد.نقش زمین شناسی خصوصا زمین شناسی مهندسی در پروژه های عمرانی نقشی کارساز و حیاتی می باشد که متاسفانه در کشور ما توجه چندانی به این مسئله نمی شود وهمینطور عدم آشنایی با علم زمین شناسی مهندسی و یا سهل انگاری در بهره گیری از این علم در اجرای پروژه های عمرانی می تواند به ایجاد خسارت های جانی و مالی منجر گردد و یا اینکه باعث گردد که اجرای پروژه با صرف هزینه های اضافی و سنگینی همراه گردد بنابراین با انجام بررسی های زمین شناسی و به خصوص زمین شناسی مهندسی که زیربنای کارهای مهندسی عمران به حساب می آید می توان از بروز مشکلات و صرف هزینه های اضافی و حادث شدن اتفاقات غیر منتظره جلوگیری به عمل آورد. لذا ضروری است که قبل از اجرای پروژه های عمرانی بزرگ به مطالعه زمین شناسی ناحیه در مقیاس وسیع اقدام گردد.