ارزیابی خواص مهندسی سنگ های سازند شمشک (مطالعه موردی: منطقه سیاه بیشه)

این تحقیق با هدف بررسی رفتار مهندسی سازند شمشک به عنوان یک توده ی سنگ مرکب از تناوبی از لایه های سست و سخت تعریف و انجام پذیرفته است. سازه های مهندسی که با میزبانی این سازند اجرا می شوند همواره با مشکلات اجرایی قابل توجهی مواجه می باشند که بخش عمده ای از این مشکلات به ویژگی خاص این سازند یعنی وجود توده های سنگی متشکل از تناوبی از لایه های سست و سخت با خواص مکانیکی و مهندسی کاملاً متفاوت مرتبط می شود. شناخت رفتار این سازند نیاز به بررسی رفتار آن در میزبانی سازه های مختلف و شناخت ویژگی های فیزیکی و مکانیکی لایه های سست و سخت تشکیل دهنده ی آن دارد. مجموعه فعالیت های انجام شده در این تحقیق را می توان به دو دسته ی کلی تقسیم کرد: الف) آزمون های آزمایشگاهی و ب) بررسی های صحرایی و برداشت های برجا.در بخش آزمون های آزمایشگاهی ضمن تعیین ویژگی های مکانیکی و فیزیکی نمونه های سنگی اخذ شده از گمانه های اکتشافی و بلوک های سنگی در هر آزمایش، بررسی برخی از عوامل موثر بر نتایج آزمایش ها در دستور کار قرار گرفته است. در آزمایش های تراکمی تک محوره ضمن تعیین مقاومت تراکمی تک محوره و مدول های الاستیسیته ی نمونه های سنگی با لیتولوژی ماسه سنگ (انواع مختلف لیت آرنایت، فلدسپاتیک لیت آرنایت، سد آرنایت، چرت آرنایت و ساب لیت آرنایت) و اجزای دارای رس (شیل، مادستون و سیلتستون)، تأثیر شکل شکست بر مقاومت تراکمی تک محوره و نیز تأثیر میان لایه های سست بر مقاومت تراکمی تک محوره ی نمونه های مرکب نیز بررسی شده است. در ضمن در این بخش با مشخص بودن لیتولوژی و پتروگرافی نمونه های سنگی (با مطالعه ی مقاطع نازک میکروسکوپی تهیه شده) به بررسی ارتباط بین ویژگی پتروگرافی سنگ ها و نتایج آزمایش های تراکمی تک محوره (مقاومت تراکمی تک محوره و مدول های الاستیسیته) اقدام شده است. در آزمایش های تعیین سرعت های موج طولی و عرضی نیز ضمن اندازه گیری سرعت امواج طولی و عرضی نمونه های سنگی مورد استفاده در آزمایش های مختلف، مقادیر مدول های دینامیک سنگ ها (که هدف انجام این آزمایشات می باشد) با استفاده از روابط موجود تعیین شده است. در این قسمت، رابطه ی بین سرعت موج طولی و موج عرضی، رابطه ی بین سرعت های موج و مقاومت تراکمی تک محوره و مدول های الاستیسیته و رابطه ی بین مدول های دینامیکی و استاتیکی از جمله مواردی است که بررسی شده است. در آزمایش های بار نقطه ای مهمترین بخش رابطه ی بین مقاومت تراکمی تک محوره و شاخص بار نقطه ای می باشد، بررسی شکل شکست نمونه و عمق نفوذ مخروط از دیگر مباحث مهم مطرح شده در این بخش می باشد. مقاومت کششی از پارامتر های مقاومتی مهم سنگ ها می باشد که به دلیل پایین بودن آن عامل بسیاری از گسیختگی های پی سازه ها و فضاهای زیر زمینی می باشد. از میان روش های مختلف تعیین مقاومت کششی استفاده از آزمایش برزیلین که یک روش غیر مستقیم تعیین مقاومت کششی می باشد در این تحقیق مد نظر قرار گرفته و ارتباط بین مقاومت کششی، مقاومت تراکمی تک محوره، مدول های الاستیسیته و ویژگی های پتروگرافی از جمله مباحثی است که در بخش مقاومت کششی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. اهمیت دوام پذیری سنگ ها (به ویژه سنگ های دارای رس) در برابر هوازدگی و قرار گرفتن در معرض سیکل های خشک و تر شدن بر کسی پوشیده نیست. دوام پذیری سنگ ها با آزمایش های دوام تعیین می گردد. در این بخش علاوه بر تعیین دوام پذیری و شاخص دوام نمونه های سنگی مورد مطالعه، تأثیر تعداد سیکل خشک و تر شدن و مدت زمان هر سیکل نیز مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی تأثیر میزان گوشه داری قطعات سنگی بر شاخص دوام و رابطه ی بین مقاومت تراکمی تک محوره و شاخص دوام، پتروگرافی نمونه ها و شاخص دوام، خواص فیزیکی نمونه ها و شاخص دوام از دیگر مباحث مورد بررسی در این بخش می باشد. در نهایت به دلیل وجود شباهت های مکانیزمی دوام و تورم نمونه های دارای رس بررسی تورم این نمونه ها نیز در این بخش صورت گرفته است. در نهایت آزمایش های تراکمی سه محوره که به تعیین مقادیر مقاومت چسبندگی و زاویه ی اصطکاک داخلی سنگ های مورد بررسی می انجامد آخرین دسته آزمون های آزمایشگاهی می باشد که نتایج در فصل هشتم به طور کامل ارائه شده است. علاوه بر آزمایش های فوق الذکر، آزمایش های تعیین خواص فیزیکی سنگ ها (دانسیته ی خشک و اشباع، تخلخل و درصد جذب آب) و نیز تهیه ی مقاطع نازک میکروسکوپی و توصیف پتروگرافی آنها و آزمایش های xrd روی نمونه های دارای رس از دیگر فعالیت های آزمایشگاهی می باشد که در قالب این تحقیق و بر روی تمام نمونه های مورد بررسی انجام شده است. در بخش فعالیت های صحرایی، برداشت های زمین شناسی لازم از تونل ها و ترانشه ها (شامل برداشت سیستم های درزو شکاف و لایه بندی، لیتولوژی و تهیه ی نقشه های زمین شناسی عین ساخت)، بررسی مغزه های سنگی مربوط به گمانه های اکتشافی و رده بندی مهندسی توده های سنگی میزبان فضاهای زیر زمینی و ترانشه ها از جمله فعالیت های انجام شده می باشد.در نهایت نتایج مطالعات آزمایشگاهی (فصول دو تا هشت) و بررسی های صحرایی و برجا (فصول اول و نهم) به ارائه ی جدول تعدیل تأثیر ضخامت و شیب لایه های سست در طبقه بندی rmr برای تحلیل رفتار توده سنگ مرکب سازند شمشک و ارائه ی سیستم های نگهدارنده ی مناسب برای این سازند منجر شده است.