بررسی رفتار ژئومکانیکی سنگ های رسوبی آواری و ارائه معیار شکست مناسب

سنگ ها از جمله مصالح ژئوتکنیکی هستند که به دلیل تشکیل در خلال فرآیندهای پیچیدة زمین شناسی، پیش بینی رفتار ژئومکانیکی آنها بسیار مشکل است. این پیچیدگی به دلیل تنوع جنس و اجزای تشکیل دهندة آنها و همچنین تغییر رفتار مکانیکی نسبت به تغییر سطوح تنش می باشد. سنگ های رسوبی آواری از لحاظ مقاومتی شامل طیف وسیعی از سنگ های سست تا سخت می باشند که به دلیل پراکندگی بسیار زیاد در سطح زمین، پروژه های عمرانی بسیاری بر روی آنها احداث شده است. به همین جهت شناخت دقیق ویژگی های فیزیکی و مکانیکی و تعیین رفتار آنها تحت بارهای وارده اهمیت زیادی دارد. علی رغم آنکه در خلال سه دهة اخیر توجه بسیاری از محققین به انواع سست این دسته از سنگ ها معطوف شده است، اما به دلیل مشکلاتی که در رابطه با نمونه برداری های صحرایی، تهیة نمونه های مناسب و انجام آزمون های آزمایشگاهی صحیح و دقیق بر روی آنها وجود دارد، خصوصیات آنها تا کنون به درستی شناخته نشده است. هدف اصلی از تحقیق حاضر تعیین ویژگی های ژئوتکنیکی سنگ های رسوبی آواری، ارائه روابط همبستگی بین این ویژگی ها و در نهایت توسعة یک معیار شکست مناسب جهت پیش بینی رفتار ژئومکانیکی آنها می باشد. در مرحلة اول با اجرای عملیات نمونه برداری وسیع از سطح کشور، بلوک های سنگی سالم و هوانزده جمع آوری و از آنها نمونه های مناسب آزمایشگاهی تهیه گردید. پس از تعیین ویژگی های مهندسی، روابط همبستگی خطی و غیرخطی بین خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و پتروگرافی آنها ایجاد و با استفاده از تحلیل های آماری نظیر آزمون های f و t استیودنت، میزان مقبولیت هر یک از آنها مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج این بررسی ها مشخص می سازد کلیة سنگ های رسوبی آواری متعلق به دورة پلیستوسن و پلیوسن و برخی از واحدهای متعلق به دورة میوسن در ردة سنگ های سست قرار می گیرند. تحلیل نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد از بین پارامترهای ژئوتکنیکی، شاخص بارنقطه ای و سرعت موج تراکمی بالاترین همبستگی را به ترتیب با مقاومت فشاری تک محوری و مدول الاستیسیته سنگ های مورد بررسی دارا می باشند. بر اساس نتایج آزمون های سه محوری که بر روی 90 نمونه از سنگ های رسوبی آواری انجام شد، پارامترهای مقاومت برشی آنها تعیین و شرط انتقال از رفتار شکننده به شکل پذیر در آنها بررسی شده است. سپس یک معیار شکست جدید جهت تحلیل رفتار ژئومکانیکی آنها ارائه گردیده و میزان کارایی و دقت آن با نتایج حاصل از برازش 5 معیارهای شکست متداول در مکانیک سنگ یعنی معیارهای موهر- کولمب، هوک- براون، رامامورتی، بینیاوسکی و جانستون، به داده های حاصل از این تحقیق و همچنین داده های جمع آوری شده از سایر منابع داخلی و خارجی، مورد مقایسه و تصدیق قرار گرفته است. این ارزیابی نشان می دهد که معیار پیشنهاد شده در هر دو ناحیة تراکم و کشش اعتبار داشته و نه تنها قادر است پیش بینی های دقیقی از مقادیر مقاومتی سنگ های آواری سست بلکه از سنگ های رسوبی سخت و نیمه سخت نیز به عمل آورد.