ارزیابی پتانسیل روانگرایی در محدوده سازه های زیرزمینی با استفاده از زمین آمار مورد مطالعاتی، مسیر خط دو مترو تبریز

روانگرایی خاک­ها در اثر بارگذاری­های دینامیکی همواره نگرانی مهمی برای کارهای مهندسی ژئوتکنیک بوده است که در طی آن خاک بصورت آنی مقاومت برشی خود را از دست می­دهد. وضعیت لرزه­خیزی شهر تبریز و نیز نوع دانه­بندی خاک­های واقع در مسیر خط دو متروی تبریز و عمق آب زیرزمینی در نقاط مختلف آن، این نهشته­ها را مستعد روانگرایی ساخته است. عملکرد لرزه­ای سازه­های زیرزمینی حفر شده در خاک­های با استعداد روانگرایی در طی زمین­لرزه­های گذشته، ارزیابی پتانسیل روانگرایی نهشته­های مذکور را ضروری می­سازد. مدل­های تجربی موجود برای این امر، ارزیابی پتانسیل روانگرایی را منحصرا در نقاط نمونه­برداری شده امکان­پذیر می­سازند. در مطالعه حاضر، در ابتدا با توجه به در دسترس بودن داده­های حاصل از SPT، از معیار یود و همکاران برای تحلیل پتانسیل روانگرایی در اعماق حاوی اطلاعات مورد نیاز استفاده شد. با توجه به اینکه این معیار برای خاک­های حاوی محتوی ریزدانه بالا پیش­بینی محافظه­کارانه­ای ارائه می­دهد، برای محاسبه فاکتور ایمنی در برابر روانگرایی این نوع خاک­ها، از معیارهای بری و سانشیو؛ و اندروس و مارتین نیز استفاده شد. پس از آن، برای تخمین مقادیر این پارامتر در نقاط اندازه­گیری نشده، از روش زمین­آمار استفاده شد و در نهایت مقاطع دو بعدی در دو راستای XY و YZ ارائه گشت.

واژه­های کلیدی: روانگرایی، مقاومت برشی، سازه­های زیرزمینی، مدل یود و همکاران، معیار بری و سانشیو، معیار اندروس و مارتین، زمین­آمار.

  فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه و اهداف تحقیق. 1

فصل دوم: پدیده روانگرایی و روش­های مختلف بررسی آن. 5

2-1- پدیده روانگرایی. 6

2-2- مکانیزم روانگرایی. 6

2-3- آسیب­های ناشی از روانگرایی خاک­ها 7

2-3-1- آسیب­های سطحی. 8

2-3-2- آسیب­های ناشی از روانگرایی بر سازه­های زیرزمینی. 8

2-3-2-1- انواع خرابی­های سازه­های زیرزمینی در اثر وقوع روانگرایی. 9

2-3-2-2- راهکارهای مقابله با خرابی­ها 11

2-4- روش­های مختلف ارزیابی پتانسیل روانگرایی در یک عمق معین از نهشته­های خاکی. 13

2-4-1- روش­های آزمایشگاهی موجود برای ارزیابی پتانسیل روانگرایی. 14

2-4-2- روابط تجربی موجود برای ارزیابی پتانسیل روانگرایی. 17

2-4-2-1- روابط تجربی بر مبنای داده­های حاصل از آزمون نفوذ استاندارد 17

2-4-2-1-1- آزمون نفوذ استاندارد 18

2-4-2-1-2- روش سید و ادریس... 20

2-4-2-1-3- روش ایواساکی و همکاران (1978). 25

2-4-2-2- روابط تجربی بر مبنای داده­های حاصل از آزمون نفوذ مخروط. 27

2-4-2-2-1- آزمون نفوذ مخروط. 27

2-4-2-2-2- روش رابرتسون و وراید (1998) 28

2-4-2-3- روابط بر مبنای سرعت موج برشی. 28

2-4-2-4- مقایسه دقت پیش­بینی روابط تجربی . 29

2-5- بررسی تغییرات پتانسیل روانگرایی در دو بعد و نیز در فضا 29

2-6- معیارهای موجود برای بررسی استعداد روانگرایی خاک­های لای­دار و رس­دار 30

2-7- جمع­بندی. 31

فصل سوم: مبانی زمین­آمار 32

3-1- مقدمه 33

3-2- واریوگرام 33

3-2-1- کلیات.. 33

3-2-2- واریوگرام جهتی و غیر جهتی. 37

3-2-3- روند. 39

3-2-4- ناهمسانگردی. 39

3-2-5- مدلسازی واریوگرام 40

3-2-5-1- مدل کروی. 40

3-2-5-2- مدل گوسی. 41

3-2-5-3- مدل نمایی. 41

3-2-5-4- مدل خطی بدون سقف.. 42

3-2-5-5- مدل خطی سقف­دار 42

3-2-5-6- مدل سینوسی (اثر سوراخ) 43

3-3- واریانس تخمین. 44

3-4- کریجینگ... 45

3-4-1- مقدمه 45

3-4-2-انواع کریجینگ... 45

3-4-2-1- انواع کریجینگ بر حسب مشخصات ساختار فضایی. 45

3-4-2-2- انواع کریجینگ بر حسب حجم پایه 47

3-4-2-2-1- کریجینگ نقطه­ای. 47

3-4-2-2-2- کریجینگ بلوکی. 47

3-4-2-3- سایر انواع کریجینگ... 47

3-5- مراحل تخمین به روش زمین آماری 47

3-6- مطالعات پیشین صورت گرفته در خصوص استفاده از زمین­آمار در ارزیابی پتانسیل روانگرایی 49

3-6-1- ییگوسگیل و همکاران (2006) 49

3-6-2- داوسون و بایز (2005) 50

3-7- جمع­بندی 52

فصل چهارم: معرفی مسیر خط دو مترو تبریز. 53

4-1- مقدمه. 54

4-2- وضعیت لایه­های زیرسطحی مسیر خط دو مترو تبریز. 54

4-3- زمین شناسی عمومی منطقه. 57

4-4- تکتونیک و لرزه­خیزی منطقه. 58

4-5- وضعیت آب زیرزمینی در محدوده مورد مطالعه 59

4-6- آزمایش­های صحرایی صورت گرفته در ناحیه مورد مطالعه 59

4-7- آزمایش­های آزمایشگاهی صورت گرفته در ناحیه مورد مطالعه 59

4-8- جمع­بندی. 60

فصل پنجم: تعیین پتانسیل روانگرایی رسوبات مسیر خط دو مترو تبریز با استفاده از زمین­آمار 61

5-1- مقدمه 62

5-2- آماده­سازی و تحلیل آماری داده­ها 62

5-3-واریوگرافی. 66

5-3-1- محاسبات واریوگرام تجربی و برازش مدل. 66

5-3-2- اعتبارسنجی داده­ها 68

5-4- تخمین کریجینگ... 69

5-5- جمع­بندی. 75

فصل ششم: نتایج و پیشنهادها 76

6-1- نتایج. 77

6-2- پیشنهادها 78

منابع و مآخذ. 79

پیوست.. 83

فهرست اشکال 

شکل 2-1- شماتیک رفتار ذرات خاک الف) قبل، ب) بعد، ج) حین روانگرایی. 7

شکل 2-2- خرابی سطحی ناشی از حرکت رو به بالای یک سازه زیرزمینی. 8

شکل 2-3- وضعیت تونل الف) قبل، ب)پس از وقوع روانگرایی خاک­های اطراف آن. 10

شکل 2-4- نمایش نحوه نصب دیوارهای آب­بند به منظور کاهش اثرات روانگرایی خاک­های اطراف تونل.    12

شکل2-5- وضعیت برکنش سازه و آماس سطح ناشی از آن الف) قبل، ب) بعد از نصب دیوارهای آب­بند. 12

شکل 2-6- تاثیر نصب دیوار آب­بند بر جابجایی قائم سازه زیرزمینی. 13

شکل 2-7- وضعیت تنش در یک جزء کوچک خاک در صحرا الف) قبل از وقوع زلزله ب) پس از زلزله 14

شکل 2-8- حداکثر تنش برشی در یک عمق برای ستون خاک صلب.. 16

شکل 2-9- ناحیه روانگرایی در صحرا 16

شکل 2-10- نمونه­ای از روش­های انجام SPT و نیز تجهیزات مورد استفاده در آن. 19

شکل 2-11- فلوچارت تحلیل مربوط به روش یود و همکاران (2001) 21

شکل 2-12- رابطه بین بزرگای گشتاوری و سایر مقیاس­های بزرگا 22

شکل 2-13- محدوده خاک­های روانگرا 30

شکل 3-1- اصول محاسبه واریوگرام 34

شکل 3-2- نمونه­ای از یک واریوگرام 35

شکل 3-3- رابطه بین واریوگرام و کوواریوگرام 37

شکل 3-4- محدوده مجاز انتخاب نمونه­ها برای رسم واریوگرام جهتی. 38

شکل 3-5- مدل واریوگرام ناهمسانگردی هندسی. 39

شکل 3-6- مدل واریوگرام ناهمسانگردی منطقه­ای. 40

شکل 3-7- نمونه­ای از یک واریوگرام مدل کروی. 41

شکل 3-8- نمونه­ای از یک واریوگرام مدل گوسی. 41

شکل3-9- نمونه­ای از یک واریوگرام مدل نمایی. 42

شکل 3-10- مدل خطی بدون سقف.. 42

شکل 3-11- مدل خطی سقف­دار 43

شکل 3-12- نمونه­ای از یک مدل واریوگرام مدل سینوسی. 43

شکل 3-13- نمونه­ای از نقشه­های استعداد روانگرایی ترسیم شده با استفاده از ترکیب کریجینگ معمولی و GIS. 51

شکل 3-14- احتمال وقوع روانگرایی برآورد شده در بال­بوئا 52

شکل 4-1- مسیر خط دو بر روی نقشه تبریز. 55

شکل 4-2- بخشی از مقطع زمین­شناسی خط دوی متروی تبریز 57

شکل 4-3- نمونه­ای از داده­های حاصل از آزمون­های نفوذ استاندارد انجام گرفته در منطقه 59

شکل 5-1- الف) هیستوگرام؛ ب) نمودا احتمال نرمال مقادیر فاکتور ایمنی در برابر روانگرایی. 64

شکل 5-2- الف) هیستوگرام؛ ب) نمودا احتمال نرمال مقادیر تبدیل یافته فاکتور ایمنی در برابر روانگرایی 65

شکل 5-3- نمودار جعبه­ای مقادیر تبدیل­یافته الف) قبل از حذف؛ ب) بعد از حذف مقادیر خارج از ردیف 65

شکل5-4- واریوگرام تجربی در راستای XY و مدل نمایی برازش شده به آن 67

شکل 5-5- واریوگرام تجربی در راستای محور Z به همراه مدل برازش شده به آن 68

شکل 5-6- نمودار همبستگی مقایر اصلی و تخمینی فاکتور ایمنی در برابر روانگرایی 69

شکل 5-7-مقطع توپوگرافی مربوط به مسیر خط دو مترو تبریز 70

شکل 5-8- نقشه دو بعدی مقادیر تخمینی پارامتر فاکتور ایمنی در راستای  XYو در ارتفاع؛ الف) 1329، ب) 1341، ج) 1365، د)1377 متری 72

شکل 5-9- نقشه دو بعدی واریانس خطای تخمین مقادیر فاکتور ایمنی؛ در ارتفاع الف) 1329پ، ب) 1341، ج) 1365، د)1377 متری 73

شکل 5-10- نقشه دو بعدی واریانس خطای تخمین مقادیر فاکتور ایمنی در طول؛­الف) 611361، ب) 612061، ج) 613261 متری 74

شکل 5-11- نقشه دو بعدی واریانس خطای تخمین مقادیر فاکتور ایمنی؛ در طول­الف) 611361، ب) 612061، ج) 613261 متری 75

فهرست جداول 

جدول 2-1- تعداد نوسانات تنش­های مهم مربوط به .... 16

جدول 2-2- ضرایب اصلاح عدد SPT برای روش­ها و دستگاه­های مختلف صحرایی. 24

جدول 2-3- معیار اندروس و مارتین. 31

جدول 2-4- معیار بری و سانشیو. 32

جدول 4-1- زلزله های روی داده در اثر فعالیت گسل شمال تبریز. 58

جدول 5-1- خلاصه پارامترهای آماری مقادیر فاکتور ایمنی در برابر روانگرایی. 66

جدول 5-2- مختصات مربوط به دو نقطه ابتدا و انتهای مسیر مورد مطالعه 70