مقایسه پارامترهای مقاومتی و تغییر شکل پذیری حاصل از آزمایشهای پرسیومتری و تکمحوره در سنگهای نرم سازند آغاجاری در جزیره خارک

3 ، بدیل پهلوان 2، محمد رضا نیکودل 1 هادی گریوانی

چکیده

آزمونهای صحرایی به دلیل آنکه در شرایط واقعی و طبیعی زمین هم از نظر بزرگی، جهت و نحوه توزیع تنش های موجود وهم از نظر ناهمگنی های ساختی و بافتی خاکها و سنگها انجام می شوند، مورد توجه قرار می گیرند. پرسیومتری یکی از این آزمایشهای صحرایی است که علاوه بر مزایای فوق حجم بیشتری از زمین را مورد آزمایش قرار داده و از طرفی در انواع مختلفی از خاکها و سنگها قابل استفاده است. از طرف دیگر آزمونهای آزمایشگاهی نیز به دلیل صرفه اقتصادی وامکان کنترل شرایط آزمایش، مورد استفاده قرار می گیرند.در این تحقیق سعی شده است نتایج آزمایشای پرسیومتری به عنوان PL از 1 آزمون برجا و تک محوره به عنوان یک آزمون آزمایشگاهی با یکدیگر مقایسه شوند. بدین جهت پارامترهای و 4 Em پرسیومتری با E50 3 qu از تک محوره به عنوان پارامترهای مقاومتی با یکدیگر و نیز 2 پرسیومتری با 5 E100 تک محوره به عنوان پارامتر های تغییر شکل پذیری با یکدیگر مقایسه شده اند.

نتایج تحقیق نشان میدهد مقادیر PL با افزایش qu ،افزایش می یابد. فاکتور عمق در نتایج هر دو آزمایش تأثیر دارد چرا که پارامترهای PL وqu با افزایش عمق تقریبا روند افزایشی دارند.از طرف دیگر اعمال فاکتور تأثیر گذار عمق در نتایج، باعث افزایش ضریب همبستگی بین PL و qu خواهد شد. در مقایسه Em پرسیومتری با E50 و E100 تک محوره روابط تجربی ارائه شده است، ضریب همبستگی این روابط 81/0 است. واژگان کلیدی:آزمایش پرسیومتر، سازند آغاجاری، جزیره خارک

مقدمه

پیش از احداث پروژه های مهندسی، لازم است ساختگاه آن مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد. مطالعات ساختگاه، عمدتا شامل مطالعات سطح الارضی و تحت الارضی می باشد. بررسی های سطحی که با توجه به عوارض سطحی زمین انجام می شود، صرفا ارائه دهنده یک سری مشخصات کیفی محل مورد مطالعه است، بدین لحاظ این گونه مطالعات قادر به ارائه پارامترهای کمی مهندسی نمی باشند. در ارتباط با مطالعات زیرسطحی روشهای گوناگونی وجود دارد، یکی از این روشها آزمایش پرسیومتری است.آزمایش پرسیومتری اولین بار در سال 1957 توسط لوئیس منارد، دانشمند فرانسوی جهت مطالعات پی بکار برده شد. از آن پس آزمایش پرسیومتری توسعه پیدا کرده و انواع مختلفی از آن مناسب برای شرایط مختلف عرضه شده است(1978. al|et|Baguelin .( با مقایسه پرسیومتری با سایر آزمایش ها برجا وآزمایشگاهی مزایای زیر را برای پرسیومتری می توان ذکر کرد:

1 -پرسیومتری یک آزمایش برجا بوده و لذا در مکانیک خاک پیشرفته مورد توجه قرار می گیرد.

2 -در مقایسه با سایر آزمایش ها برجا مانند آزمایش برش پره ای و نفوذ مخروط، علاوه بر ویژگیهای مقاومتی نظیر PL و Po) فشار افقی برجا)، پارامترهای تغییر شکل پذیری خاک را نیز می توان بدست آورد.

3 -آزمایش پرسیومتری حجم بیشتری از خاک را مورد آزمایش قرار می دهد، چیزی که در مورد آزمایشهای دیگر مانند نفوذ مخروط نمی توان گفت.

4 -در بیشتر مواقع نتایج آزمایش پرسیومتری بدون نیاز به آزمایشهای آزمایشگاهی در طراحی پی قابل استفاده است.

5 -آزمایش پرسیومتری در بسیاری از خاکها قابل استفاده است، چیزی که در سایر آزمایشها شاید به راحتی نتوان گفت. مثلا آزمایش برش پره ای که در خاکهای ماسه ای و گراولی با زهکشی آزاد جواب نمی دهد. علاوه بر این انواعی از پرسیومتری فشار بالا وجود دارد که جهت استفاده در سنگ طراحی شده اند. (1978. al|et|Baguelin

به لحاظ این ویژگیها و مزایا ست که روز به روز بر استفاده از آزمایش پرسیومتری در مطالعات ساختگاهی افزوده شده و این آزمایش سهم بیشتری از سبد آزمایشهای توصیه شده برای مطالعه ساختگاههای مهندسی را به خود اختصاص می دهد. در طی این تحقیق سعی شده است، نتایج آزمایش پرسیومتری به عنوان آزمون برجا و تک محوره به عنوان یک آزمون آزمایشگاهی با یکدیگر مقایسه شوند. بدین جهت پارامترهای PL از پرسیومتری با qu از تک محوره با یکدیگر و نیز Em پرسیومتری با E50 و E100 تک محوره با یکدیگر مقایسه شده اند. مقایسه نتایح آزمایش های مختلف در حوزه ژئوتکنیک امری متداول می باشد. در ارتباط با مقایسه نتایج آزمایش های پرسیومتری با سایر آزمایش ها پیش از این تحقیقات متعددی توسط محققین مختلف انجام شده است، از آن جمله به روابط تجربی و نمودارهای ارائه شده توسط بگولین (1978. al|et|Baguelin (و بریود (1992. L.J | Briaud ( در کتابهای خویش به نقل از محققین مختلف اشاره کرد. پهلوان نیز در سال 1381 هجری شمسی نتایج آزمایشهای پرسیومتری را در آبرفت تهران با نتایج آزمایشهای بارگذاری صفحه ای و سرعت موج برشی (ژئوفیزیکی) مقایسه می کند.

آزمایش های پرسیومتری وتک محوره انجام شده

محل انجام آزمایش ها پرسیومتری در جزیره خارک و در محل احداث طرحی موسوم به طرح الفین خارک که به کارفرمائی مدیریت توسعه پتروشیمی احداث می شود، بوده است. در این تحقیق نتایج 163 آزمایش پرسیومتری که در 25 حلقه گمانه انجام شده، مورد استفاده قرار گرفته است. گمانه ها به روش کربارل گیری حفر شده و عمق آنها حداقل 15 متر و حداکثر 54 متر می باشد. ساختگاه مورد بررسی در مجاورت ساحل جزیره خارک قرار گرفته است. لیتولوژی عمده آن سنگهای نرم مانند مارن، رس سنگ، سیلتستون و کمتر ماسه سنگ های رسی و سیلتی می باشد که به صورت متناوب قرار گرفته اند. اگر ساختگاه مورد بررسی در جهت عمق در نظر گرفته شود، در سطح با رسوبات منفصل رسی، سیلتی، ماسه ای و غیره شروع شده و با افزایش عمق رسوبات سیمانته شده و در قسمتهای عمیق تر سنگهای مارنی و رس سنگ های سیلتی تشکیل دهنده ستون چینه شناسی هستند. ستون چینه شناسی ذکر شده متعلق به سازند آغاجاری می باشد. دستگاه پرسیومتر ی مورد استفاده در این تحقیق، پرسیومتر منارد نوع GC بوده است و حداکثر فشار اعمال شده 50 بار بوده است، لذا در برخی از آزمایش ها، فشار مذکور جهت ایجاد گسیختگی در سنگ کافی نبوده و در نتیجه پارامتر PL) فشار حدی ) نیز بدست نخواهد آمد

با توجه به اینکه سنگ در محدوده فشارهای اعمالی گسیخته خواهد شد یا نه؟ نمودارهای فشار- حجم پرسیومتری اشکال متفاوتی خواهند داشت. شکل (1 ( نمودار پرسیومتر را نشان می دهد که سنگ یا خاک مورد آزمایش دچار گسیختگی شده است. در این نوع از نمودارها علاوه بر Po ،Em و Gm ،PL را نیز می توان بدست آورد. شکل (2 (نمودار پرسیومتری را نشان می دهد که به دلیل سختی مصالح گسیختگی رخ نداده است. از این نوع نمودارها PL را نمی توان بدست آورد. آزمایش های تک محوره پس از اخذ نمونه ها در هنگام حفاری در اعماق مختلف و انتقال به آزمایشگاه انجام پذیرفته اند. در مجموع تعداد 81 آزمایش تک محوره انجام شده که از این تعداد در 28 آزمایش علاوه بر مقاوت نمونه (qu (پارامتر تغییر شکل (E (نیز اندازه گیری شده است و در مابقی آزمایش ها تنها مقاومت نمونه ها اندازه گیری شده است.

مقایسه پارامترهای Em و PL حاصل از پرسیومتری با E50 |E100 وqu تک محوره

جهت انجام مقایسه بین پارامترهای حاصل از آزمایش های پرسیومتری و تک محوره با یکدیگر، عمق آزمایش ها بررسی شده و با توجه به لاگ گمانه ها، آزمایش ها یی را که در عمق مشابه ویا در یک لایه با لیتولوژی تقریبا یکنواخت قرار داشته اند، دو به دو تفکیک شده و در مقابل هم قرار داده شدهاند.

استخراج PL بر اساس روش توصیه شده در دستورالعمل آزمایش پرسیومتری منتشر شده توسط سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور (1380( صورت پذیرفته است.

شکل شماره (3 (مقایسه بین PL و qu را نشان می دهد.نمودار مذکور نشان دهنده افزایش مقادیر PL همراه با افزایش qu می باشد. در این میان در نظر گرفتن چند نکته لازم به نظر می رسد: اولاً با انتقال نمونه ها در آزمایش تک محوره به آزمایشکاه دستخوردگی رخ می دهد و دوماً انتظار داریم که با افزایش عمق انجام آزمایش در پرسیومتری و عمق نمونه گیری در تک محوره، افزایش در مقاومت را داشته باشیم چرا که با افزایش عمق به علت افزایش فشار سنگها متراکم تر شده و در نتیجه طبیعی است که مقاومت نیز افزایش یابد. نمودار موجود در شکل (4 (این مطلب را تائید می کند. نکته قابل توجه دیگر در این نمودار افزایش بیشتر مقادیر PL در مقایسه با qu نسبت به عمق است که شاید بتوان آن را به وجود فشارهای همه جانبه در هنگام انجام آزمایش پرسیومتری و فقدان آن در آزمایش تک محوره نسبت داد.

با در نظر گرفتن نکات ذکر شده و اطمینان نسبی از تأثیرات مختلف عمق در نتایج هر دو آزمایش مورد بحث، جهت دخالت دادن فاکتور عمق مقایسه دیگری فیمابین D/PL) D عمق می باشد) و D/qu انجام شده است. شکل شماره (5 ( نمودار ماحصل این مقایسه را نشان می دهد. مشاهدات حاکی از کاهش پراکندگی ها و افزایش در ضریب همبستگی بین داده ها است

نمودار شکل (6 (مقایسه دیگری است بین لگاریتم qu و لگاریتم qu/PL) فشار حدی تقسیم بر مقاومت تک محوره). درصد رطوبت نمونه در نتایج آزمایش تک محوره تأثیر معکوس دارد بدین معنا که با افزایش درصد رطوبت مقاومت تک محوره کاهش می یابد. جهت بررسی این تأثیر ابتدا میانگین درصد رطوبتها به دست آمده که برابر %8/20 بوده است سپس این عدد تقسیم بر درصد رطوبت هر نمونه شده است. عدد حاصل به صورت ضریبی در مقاومت تک محوره ضرب شده است، quw نتیجه این عملیات میباشد نمودار شکل (6 (تغییرات لگاریتم qu در مقابل لگاریتم qu/PL و تغییرات لگاریتم quw در مقابل لگاریتم quw/PL را نمایش می دهد مقایسه این دو نشان می دهد که تأثیر درصد رطوبت قابل اغماض می باشد.لذا از تأثیر فاکتور درصد رطوبت نمونه در محاسبه پارامترهای تک محوره صرف نظر شده است

مقایسه دیگر بین پارامتر Em حاصل از پرسیومتری و E50 و E100 حاصل از تک محوره صورت پذیرفته است.Em شیب منحنی فشار- تغییر شکل پرسیومتری در محدوده رفتار الاستیک می باشد تشخیص و تمایز محدوده الاستیک بر اساس شکل منحنی خزش و با این استدلال که در محدوده الاستیک خزش حداقل می باشد انجام می گیرد. بر این اساس، فاصله بین اولین نقطه ای که منحنی خزش افت کرده و این افت استمرار پیدا می کند تا نقطه ای که مجددا منحنی خزش به سمت بالا خیز می گیرد، محدوده الاستیک تعبیر می شود(00-4719 D-ASTM .(

در آزمایش های تک محوره E100 و E50 مدول های وتری هستند که به ترتیب از %100 و %50 سطح نهایی تنش میگذرند.

رابطه (1 (

E50=730.33×{ E50 /Em } ?1|1643

 R 2 =0.8143

رابطه (2(

E100=709.8×{ E100/ Em } ?1|1189

 R 2 =0.8103

با توجه به اینکه در پروژه های عملی گاهی اوقات Em را به جای E تک محوره به کار می برند این روابط نشان دهنده اشتباه بودن این عمل می باشد. لذا در اینجا توصیه می شود در طراحی پی از روابط ارائه شده ویژه پرسیومتر استفاده شده و در غیر این صورت تصحیح نتایج بر اساس روابط ارائه شده(1 (و(2 ،(پیش از استفاده از آنها ضروری به نظر می رسد.

نتیجه گیری

1 -فاکتور عمق یکی از فاکتورهای تأثیرگذار در نتایج آزمونها پرسیومتری و تک محوره می باشد.به گونه ای که با افزایش عمق افزایش در PL و qu را خواهیم داشت. این تأثیر در نتایج پرسیومتری بیشتر مشهود است که این وضعیت را به وجود فشارهای همه جانبه در هنگام آزمایش پرسیومتری می توان نسبت داد.

2 -دخالت دادن فاکتور عمق در پارامترهای PL و qu باعث افزایش ضریب همبستگی بین مقادیر این دو پارامتر در مقایسه با یکدیگر می شود. چگونگی اعمال تأثیر عمق نیازمند مطالعه بیشتر و دقیقتر می باشد.

3 -اعمال اثرات درصد رطوبت در نتایج تک محوره تأثیر قابل توجهی در مقایسه بین qu و PL ندارد

4 -مقادیر qu همراه با افزایش PL ،افزایش نشان می دهد. با توجه به ضریب همبستگی پایین بین داده ها در مقایسه این دو پارامتر ارائه فرمول تجربی قابل قبول نخواهد بود ولی در صورت انجام آزمایشهای دقیقتر و به تعداد بیشتر ارائه فرمول تجربی دراین باره دور از ذهن نمی باشد.

5 -ارتباط E تک محوره با Em پرسیومتری توسط روابط زیر قابل بیان است. ضریب همبستگی در این روابط 81/0 است.

E50=730|33×{ E50/ Em } ?1|1643

 R 2 =0.8143

E100=709|8×{ E100/ Em } ?1|1189

 R 2 =0.8103