تأثير ناهمسانگردي در مقاومت تراكمي سنگهاي شيستي ناحيه همدان

 

خلاصه مطالب:
     ناهمسانگردي يكي از ويژگيهاي ذاتي توده سنگ مي باشد كه بطور مستقيم در خصوصيات مهندسي و رفتار مكانيكي آن تاثير مي گذارد. ناهمسانگردي هرگونه سطح ناپيوستگي را در بر مي گيرد كه از آن جمله سطوح تورق در سنگهاي دگرگوني و از مجموعه اينگونه سنگها شيستها داراي آشكارترين و بارزترين سطوح تورق مي باشد. سنگهاي دگرگوني بويژه شيستها بخش گسترده اي از پهنه ايران زمين را مي پوشانند كه بيشترين گسترش آن در پهنه زمين شناسي سنندج- سيرجان ديده مي شود. طرحهاي عمراني متعددي در اين پهنه احداث گرديده و يا درحال احداث مي باشد كه شناخت ويژگيهاي مهندسي شيستها با توجه به ناهمسانگردي است.
   هدف اصلي از ارائه اين مقاله ارزيابي مقاومت تراكمي سنگهاي شيستي با توجه به ناهمسانگردي آنها مي باشد.
   در اين راستا سه نوع سنگ شيستي اندلوزيت شيست، گروناشيست، و استريوليت شيست از منطقه همدان برداشت شد. اين نمونه ها بيشترين فراواني را در منطقه از بين ديگر سنگهاي شيستي دارا مي باشند و هر كدام معرف شرايط متفاوتي از نظر درجه و رخساره دگرگوني مي باشند.
   براي بررسي تاثير ناهمسانگردي در رفتار مكانيكي، آزمايشهاي تراكم تك محوري و تراكم سه محوري بر روي نمونه هاي سنگ در شرايط آزمايشگاه صورت پذيرفت. آماده سازي نمونه ها به نحوي انجام شد كه امتداد سطوح ناهمسانگردي (تورق) زاويه 0،30،60،و 90 نسبت به محور اعمال تنش محوري وجود آوردند. فشارهاي جانبي براي آزمايش تراكم سه محوري 5،10 و 20 مگا پاسكال انتخاب گرديد.
   نتايج حاصله از آزمايشهاي انجام گرفته بر روي نمونه ها نشان مي دهد كه مقاومت تراكمي بيشترين است زماني كه بارگذاري عمود بر سطوح تورق بوده و كمترين است زماني كه بارگذاري با سطوح تورق زاويه 30 درجه مي ساخته است. همچنين عواملي مانند تركي كاني شناسي و ميزان دگرگوني در مقاومت تراكمي تاثير مستقيم دارند به ترتيب با افزايش كاني كوارتز و با بالا رفتن درجه دگرگوني مقاومت سنگ نيز بيشتر مي شود.

پيش گفتار:
     همسانگردي و ناهمسانگردي واژه هايي هستند كه از آنها براي ارزيابي رفتار مكانيكي يك جسم در برابر نيروهاي وارده به آن استفاده مي شود. يك جسم همسانگرد رفتار مكانيكي يكساني را در همه جهت ها نسبت به نيروي وارده به خود را نشان مي دهد در صورتي كه چنين حالتي براي يك جسم ناهمسانگرد ديده نمي شود. بنابراين پيوستگي يك سنگ ناهمسانگرد در كليه جهتها يكنواخت نمي باشد. نا همسانگردي در برگيرنده هر سطح ناپيوستگي مي شود، به عنوان مثال مي توان سطوح تورق، سطوح لايه بندي، سطوح درزه، و سطوح شكستگي را در سنگها نام برد.
   سطوح تورق در نتيجه قرارگيري كانيهاي صفحه اي در روندي عمود بر جهت فشار حداكثر در سنگهاي دگرگوني بوجود مي آيند. پيوستگي سنگ در جهت عمود بر سطوح تورق حداقل مي باشد. بنابراين سنگهائي كه در برگيرنده اين سطوح مي باشند سنگهاي ناهمسانگرد معرفي مي شوند در نتيجه رفتار مكانيكي سنگ تابعي از جهت يا بي سطوح تورق نسبت به محور بارگذاري مي باشد. با افزايش درجه و شدت دگرگوني، در اثر رشد و تبلور مجدد كانيها پيوستگي اين سطوح بيشتر و بتبع آن ناهمسانگري سنگ كمتر مي شود.

ويژگي سنگهاي مورد مطالعه
سنگهاي مورد مطالعه از منطقه همدان برداشت شدند كه اين منطقه بخشي از نوار دگرگوني سنندج- سيرجان مي باشد و يكي از فعالترين پهنه هاي زمين ساختي ايران بشمار مي آيد كه فازهاي دگرگوني، ماگمائي و زمين ساختي مهمي را پشت سر گذرانده است.
سنگهاي شيستي در منطقه مورد نظر بيشترين گسترش سطحي را نسبت به ديگر سنگها دارند و بيشتر ساخت و سازهاي عمراني منطقه در آنها صورت مي گيرد. با توجه به اين موضوع و تنوع رفتار مكانيكي اينگونه سنگها، شيستهاي منطقه مورد مطالعه و بررسي قرار گرفتند. در اين رابطه سه نوع سنگ بنامهاي آندالوزيت شيست، استاروليت شيست و گارنت شيست كه معرف شرايط مختلف دگرگوني مي باشند مورد توجه قرار گرفتند. خصوصيات هر كدام از سنگهاي ذكر شده در جدول 1 معرفي شده است.


جدول 1-


هر چند بافت سنگها بطور كلي پورفيروبلاستيك معرفي شده است ولي تغييرات جزئي تري در بافت هر كدام از انواع نام برده شده وجود دارد. استاروليت شيست درجه دگرگوني بالاتري را نسبت به دو نوع ديگر متحمل شده بنابراين رشد بلورها و تداخل كانيها در آن بيشتر مي باشد. در مقابل بلورهاي گرونادر گارنت يست تداخل كمتري با كانيهاي اطراف خود دارد و بسادگي از متن توده سنگ آزاد ميشوند. آندالوزيت شيست، در مقايسه با نمونه هاي فوق، سنگي با درجه دگرگوني پائين مي باشد ودر نتيجه همبستگي كانيها در آن كمتر است.

تجزيه و تحليل نتايج آزمايشگاهي
به منظور ارزيابي مقاومت تراكمي سنگهاي منطقه با توجه به تاثير سطوح ناهمسانگري، نمونه هايي از آنها مورد آزمايشهاي تراكم سه محوري و تك محوري قرار گرفتند. آماده سازي نمونه ها و روش انجام آزمايشها مطابق استانداردهاي انجمن جهاني مكانيك سنگ (ISRM) بوده است. شرايط آزمايشهاي انجام شده در جدول 2 ارائه شده است. تعداد 36 نمونه از سنگها مورد آزمايش تراكم سه محوري و تعداد 12 نمونه مورد آزمايش تراكم تك محوري در شرايط مختلف بارگذاري قرار گرفتند. نمونه هاي مورد آزمايش استوانه اي شكل بوده و نسبت ارتفاع به قطر آنها 2 بوده است و به صورت مغزه از لاشه سنگ در شرايط آزمايشگاه تهيه شده اند.


جدول 2-


نتايج حاصله از آزمايشهاي تك محوري و تراكم سه محوري بترتيب در جدول 3و جدول 4 منعكس شده اند. با بررسي و تجزيه و تحليل اطلاعات منعكس شده مي توان موارد زير را بيان داشت:
1-بيشترين و كمترين مقاومت تراكي براي كليه نمونه ها در شرايطي بدست آمده است كه سطوح تورق (ناهمسانگردي) بترتيب زاويه 90و 30درجه با محور تنش حداكثر ساخته اند.
2-كاهش مقاومت تراكمي بترتيب در نمونه هاي استاروليت شيست، گارنت شيست، و آندالوزيت شيست ديده مي شود. اين ارتباط مستقيم درجه دگرگوني با استقامت سنگ مي باشد.
3-افزايش فشارهاي همه جانبه تاثير مستقيم در بالا بردن مقاومت تراكمي سنگها را نشان مي دهد. بدين ترتيب با دو برابر شدن فشار همه جانبه مقاومت تراكمي بين 70% تا 80% افزايش نشان مي دهد.
تجزيه و تحليلهاي ديگري از نتايج بدست آمده صورت پذيرفت كه بر اساس آنها ويژگيهاي مهندسي سنگهاي شيستي منطقه مورد بررسي و مطالعه قرار گرفتند. در اين رابطه نسبت ناهمسانگردي نمونه ها تعيين شد،1983 Ramamurthy 1993 و Hoek and Brown، معيارهاي مختلف گسيختگي براي برآورد مقاومت سنگها مورد بررسي قرار گرفتند، Behrestaghi et al 1996 و and Brown 1993 Brady و شاخصهاي مقاومت برشي نمونه سنگها با توجه به ميزان ناهمسانگردي آنها ارزيابي گرديدند، Hoek and Brown 1983 و Lashkarlpour 1998 .


جدول 3-



 


جدول 4-
 
 نتيجه گيري:
     با بررسي اطلاعات بدست آمده و تجزيه و تحليل آنها نتيجه گيري زير ارائه مي شود:
   1- مطالعه ميكروسكوپي مقاطع نازك نمونه هاي سنگهاي شيستي منطقه نشان مي دهد كه كانيهاي تشكيل دهنده جهت يابي ترجيحي شديدي داشته و اين با سطوح تورق توده سنگ مطابقت دارد. اين پديده ناهمسانگردي رفتار مكانيكي توده سنگ را بوجود مي آورد.
   2- سطوح تورق تاثير مستقيمي با مقاومت تراكمي نمونه ها داشته بدين ترتيب كه بيشترين و كمترين مقاومت در شرايطي بدست آمده اند كه سطوح تورق زاويه بترتيب 90و 30 درجه با محور بارگذاري ميسازند.
   3- افزايش فشارهاي جانبي باعث بالا رفتن مقاومت تراكمي نمونه ها مي گردد و همچنين اثر ناهمسانگردي را در آنها كاهش مي دهد.
   4- بالا رفتن درجه دگرگوني رشد و تبلور دوباره كانيها را بهمراه دارد و اثر ناهمسانگردي را در سنگ كاهش مي دهد و اين امر باعث بالا رفتن مقاومت تراكمي سنگها مي شود. در نتيجه استاروليت شيست در مقايسه با گارنت شيست و آندالوزيت شيست مقاومت تراكمي بيشتري را دارا مي باشد.
   5- نوع كانيهاي تشكيل دهنده سنگ از ديگر عوامل مؤثر در ناهمسانگردي ميباشد. هر چه كانيها ساختمان دانه اي تر داشته باشند ميزان ناهمسانگردي آنها بيشتر است. در اين تحقيق گارنت شيست ناهمسانگردي بيشتري را نسبت به آندالوزيت شيست و استاروليت شيست نشان داده است.
منابع:
     1- بهاري فر، علي اكبر، 1376، نگرشي نو بر پتروژنز سنگهاي دگرگوني ناحيه شرق باتوليت همدان، پايان نامة كارشناسي ارشد زمين شناسي، دانشكدة علوم پايه، دانشگاه تربيت معلم، تهران.
   2- درويش زاده، علي 1370، زمين شناسي ايران، چاپ اول، انتشارات امير كبير، ايران.

   3- Behrestaghi, M.Roa, K., & Ramamurthy T., Engineering geological and geotechnical rresponses of shistose rocks from dam project areas in India, Int, Nat. Jor. Of Engineering Geology, 44, 183-201, Elsevier, Amsterdam.
   4- Brady B. and Brown , E., 1993, Rock mechanics fro underground mining, Chapman & Gall, pp 571.
   5- Hoek, E., and Brown E., 1983, Underground excavation in rock, Instution of Mining and Metallurgy, UK.
   6- Lashkaripour G., 1998, The mechanical behaviour of anistropic fine – grained sedimentary rocks Proc. Of 8 th
   7- Ramamurthy/ T. 1993, Strength and modulas Respanses of anistropic Visk , in ComprebenSive roke enqineering Chap. 13, Hudsanj (editor), Pergoman, 315-330,uk.