چندیست نتـایج مطالعـات زمـین شناسـی مهندسـی بـه عنـوان یکـی از ارکـان اصـلی محاسـبات در طراحـی و اجراي سازههاي عمرانـی کشـور نقـش ایفـا میکنـد. بـراي بنـاي سـد مـرزي و مخزنـی تنـگ حمـام در غـرب کشـور بـا حجـم مخـزن بـیش از ۵۰ میلیـون متـر مکعـب و ارتفـاع ۵۷ متـر نیـز بـه انجـام چنـین بررسـیهایی پرداخته شـد. ایـن سـد از خـروج آب از مـرز عـراق جلـوگیري مـیکنـد وذخیـره آب جهـت آبیـاري اراضـی دشـت قصـر شـیرین را بـه عهـده دارد. پـی سـنگ کنگلـومرایی سـاختگاه در امتـداد محـور سـد بطـور کامـل ســازند بختیــاري اســت کــه در جنــاح چــپ و بســتر رود از لحــاظ پارامترهــاي مقــاومتی و طبقــه بنــدي مهندسـی سـنگ پـی بـه روشـهاي GSI ,RMR در حـد متوسـط و جنـاح راسـت ضـعیف اسـت. امـا بـدلیل وجـود زمینـه ریزدانـه، تقریبـا در تکیـهگـاه چـپ و بسـتر رود و در جنـاح راسـت بجـز در متراژهـاي خـاص نفـوذ ناپـذیر اسـت. از آنجـا کـه کنگلـومرا بنـدرت شکسـتگیها را نمایـان میسـازد، شـکل مسـتقیم رودخانـه و چشمه هاي متعـدد در مسـیر آن و تغییـرات تـراز آب زیـر زمینـی در دو یـال مخـالف، احتمـال گسـله بـودن رودخانه وجود دارد. باتوجـه بـه وجـود قسـمتهاي معـدود نفـوذ پـذیر پارامترهـاي ژئومکـانیکی بدسـت آمـده حاکی از قابل اجرا بودن پـروژه در گزینـه انتخـاب شـدهانـد و در طراحـی سـازه مـورد اسـتفاده قـرار خواهنـد گرفت. نیاز به اجراي عملیـات تزریـق سـیمان در تکیـهگـاه راسـت و متراژهـاي خـاص در تکیـهگـاه چـپ و بستر رود احساس میشود و در طراحـی پـرده آب بنـد بـه مقـاطع محاسـبه شـده توجـه خاصـی خواهـد شـد.

ایــن تحقیــق بــه عنــوان مرجــع علمــی مــورد نیــاز طراحــان ســد و ســازههــاي همــراه آن در منطقــه و ســایر پژوهشگران میتواند مورد استفاده قرار گیرد.

کلمات کلیدي: پارامترهاي ژئومکانیکی، RMR، GSI، کنگلومرا

مقدمه:

ســد مخزنــی تنــگ حمــام در ۲۰ کیلــومتري شــهر ســرپلذهاب بــین ۴۶:۰۰′ – ۴۵:۴۰′ طــول شــرقی و ۳۴:۴۰′ – ۳۴:۲۰′ عــرض شــمالی در نقطــه صــفر مــرزي کشــورهاي ایــران و عــراق قرار گرفتـه اسـت (شـکل-۱ ج). هـدف از احـداث سـد، مهـار سـیلابهاي رودخانـه قـورهتـو کـه از مــرز ایــران خــارج و بــه خــاك عــراق وارد مــیشــود و ذخیــره آب در پشــت ســد بمنظــور تــامین نیازهاي آبیاري مزارع دشـت قصرشـیرین مـیباشـد. نـوع سـد، سـنگریزهاي بـا هسـته رسـی، ارتفـاع از بستر رود ۵۴ متر و از پی ۵۷ متـر مـیباشـد کـه تـراز بسـتر رود ۴۴۳ متـر از سـطح دریـا و حجـم مخزن ۵۰ میلیون متر مکعب است. روند ارتفاعـات تشـکیل دهنـده محـل پـروژه هـمرونـد بـا رشـته کوههاي زاگـرس SW-NE اسـت. تکیـهگاههـا و درهاي کـه سـد و سـازههـاي وابسـته بـه آن بـر روي آنها بنا خواهد شد کلاً متشکل از کنگلـومراي بختیـاري اسـت و شـیب لایـههـا بـه سـمت سـرآب بـا زاویه ۳۰ درجـه بـوده اسـت (شـکل-۱ ب). در ایـن تحقیـق سـعی مـیشـود خـواص زمـینشناسـی مهندســی پــیســنگ ســد مخزنــی تنــگ حمــام جهــت بــرآورد پارامترهــاي ژئودینــامیکی و هیـدروژئولوژیکی مـورد نیـاز طراحـی سـد و سـازههـاي هیـدرولیکی، همچنـین آببنـدي پـی آن، مطالعه و بررسـی شـوند. تحقیقـات انجـام شـده شـامل کاوشـهاي سـطحی و زیـر سـطحی فـاز اول، آزمایشهاي درون گمانهاي و آزمونهاي آزمایشگاهی بروي مغزههاي بازیافتی است.

شرح:

مطاعات ژئوتکنیکی:

از دیدگاه زمینشناسی، محـل احـداث سـد، قسـمتی از زون چـین خـورده زاگـرس اسـت. از اواخـر دوران ترشــیري تــا عهــد حاضــر رســوبگذاري در زاگــرس و ایــران مرکــزي جــاي خــود را بــه رسـوبگذاري قـارهاي داده اسـت (آغانبـاتی(۱۳۸۳ کـه حاصـل ایجـاد رخسـارههـاي خشـکی چـون کنگلـومراي آغـاجري، بختیـاري و … بـوده اسـت. از گسـلهاي محـدوده طـرح مـیتـوان بـه گسـل تیله با ساز و کـار معکـوس اشـاره نمـود کـه بخـش جنـوبی آن بـه طـول ۳۵ کیلـومتر، ۱/۵ کیلـومتر وبخـش شــمالی آن بــاطول ۲۸ کیلـومتر، ۳/۵ کیلــومتر بــا سـاختگاه فاصــله دارد. از دیگــر گســلهاي منطقــه گســل دنــه خشــک اســت کــه بــا درازاي ۲۴ کیلــومتر و راســتاي NW-SE، در ۱۴ کیلــومتري سـاختگاه قـرار گرفتـه اسـت (مهـاجر، اشـجعی و خـوري .(۱۳۵۵ رودخانـه در محـل آغـار پایـاب ســد داراي یــک شکســتگی جنــاغی اســت. مســیر رود بجــز ایــن شکســتگی مســتقیم اســت و بــا چشــمههــاي متعــددي در مســیر خــود همــراه اســت کــه احتمــال گســله بــودنش وجــود دارد و در مراحل بعدي کـار بایـد بیشـتر بـدان پرداختـه شـود. بـا وجـود اینکـه کـه درز و شـکاف موجـود در تــوده ســنگ کنگلــومرایی بــه نــدرت ظــاهر مــیشــود و تشــخیص آن بســیار مشــکل مــینمایــد و عملیات برداشت درزه را مختـل مـیکنـد، میتـوان بـا دقـت بیشـتر بـر اطلاعـات و نتـایج آزمایشـات درون گمانهاي و آزمایشـگاهی، ایـن مشـکل را تـا حـد قابـل قبـولی مرتفـع کـرد و محاسـبات را بـه نتیجـه رسـاند .(Hoek 2002) مـا نیـز در عمـل سـعی نمـودیم داده هـارا تـا حـد امکـان از هـر گونـه تردید مبرا سـازیم. بـراي بررسـی خـواص مکـانیکی سـنگ بسـتر تعـداد ۷ گمانـه مطـابق شـکل -۱

ج زده شد. تمـامی گمانـههـاي حفـر شـده قـائم بودنـد و عمیقتـرین گمانـه TA6 بـا ۷۰ متـر عمـق

۵۹

بررسی ویژگیهاي ژئوتکنیکی و ژئودینامیکی پی سنگ

میباشد. با توجه به مقطـع زمـینشناسـی در امتـداد محـور سـد دادههـاي ژئـوتکنیکی منطقـه مـذکور به قرار زیر حاصل گشت (شکل-۱ الف):

الف: نهشته هاي کواترنر:

کـه شـامل آبرفتهـاي پادگانـهاي و مـواد واریـزهاي اسـت، متشـکل از لاي و رس و ماسـه همـراه بـا کمی شن، ماسه لاي دار همـراه شـن و قلـوه، ماسـه مـارن و لاي دار همـراه بـا شـن درشـت و قلـوه سنگ میباشد. در مورد ایـن مصـالح میتـوان گفـت مجموعـهاي از نهشـتههـاي دانـه درشـت انـد کـه نفوذپذیري آنهـا بـر اسـاس نتـایج آزمـایش لفـران انجـام شـده (ASTM D4630) بـین زیـاد تـا متوسـط

(شکل-۲ الـف) و بـر اسـاس آزمـایشهـاي ضـربه و نفـوذ اسـتاندارد انجـام شـده از نسـبتاً متـراکم تا متراکم اند (شکل-۲ ب).

ب: گلسنگها:

کیفیـت تـوده سـنگ گلسـنگها بـه طـور کلـی در جنـاح چـپ وضـعیت بهتـري نسـبت بـه جنـاح مقابـل دارد، بخـش میـانی دره نیـز مشـابه جنـاح چـپ اسـت. میـانگین RQD گلسـنگها %۷۶ اسـت که بیانگر کیفیت خوب توده سـنگ مـیباشـد (شـکل.(۳ بـدلیل اینکـه گلسـنگهـا لایـههـاي نـازکی را در محــل شــکل مــیدادنــد امکــان انجــام آزمــایش فشــار آب در آنهــا نبــود امــا بــا وضــعیت لیتولوژیکی و مکانیکی که از خود نشـان دادنـد مـیتـوان گفـت کـه طبقـات نـازك نفـوذ ناپـذیري را تشکیل میدهند.

ج: کنگلومرا:

بــا اســتفاده از شــاخص کیفــی محاســبه شــده RQD از مغــزههــاي بازیــافتی کیفیــت تــوده ســنگ کنگلــومرایی در جنــاحین در رده ضــعیف تــا متوســط مــیباشــد امــا ایــن شــاخص در بســتر رود از کمیت بالایی برخوردار اسـت. لازم بـه ذکـر اسـت کـه کیفیـت تـوده سـنگ در تکیـهگـاه چـپ بهتـر از طرف مقابـل اسـت (شـکل.(۴ از لحـاظ نفوذپـذیري بـا توجـه بـه مقـادیر لـوژن بدسـت آمـده در جنــاح چــپ عمــدتا (%۹۰) زیــر ۵ واحــد لــوژن داشــتند کــه نشــاندهنده آبخــوري کــم آنهاســت، بعـلاوه %۸۹ از آزمایشـات حـاکی از رفتـار آب بنـد در ایـن جنـاح بودنـد. ایـن احتمـال وجـود دارد کـه ایـن نفوذناپـذیري در برابـر کیفیـت نسـبتا ضـعیف مغـزههـا کـه پیشـتر بحـث شـد نشـاندهنده ماتریس پر کننده خلـل و فـرجهـا باشـد. در بخـش میـانی دره تمـامی مقـادیر لـوژن زیـر ۵ واحـد و تــوده ســنگ آب بنــد بــود. حــدود ۷۷ درصــد از آزمایشــات در تکیــه گــاه راســت آب بنــد بــود و۲۳درصد داراي نفوذپذیري متوسـط تـا زیـاد اسـت و ایـن نشـان دهنـده کیفیـت نـامطلوبتـر ایـن جنـاح نسـبت بـه تکیـهگـاه چـپ و بسـتر رود اسـت (شـکل.(۴ از لحـاظ نفوذپـذیري بـا توجـه بـه مقادیر لوژن بدست آمـده در جنـاح چـپ عمـدتا (%۹۰) زیـر ۵ واحـد لـوژن داشـتند کـه نشـاندهنده آبخـوري کـم آنهاسـت، بعـلاوه %۸۹ از آزمایشـات حـاکی از رفتـار آب بنـد در ایـن جنـاح بودنـد.

این احتمال وجود دارد کـه ایـن نفـوذ ناپـذیري در برابـر کیفیـت نسـبتا ضـعیف مغـزههـا کـه پیشـتر بحث شد نشاندهنده ماتریس پـر کننـده خلـل و فـرجهـا باشـد. در بخـش میـانی دره تمـامی مقـادیر لــوژن زیــر ۵ واحــد و تــوده ســنگ آب بنــد بــود. حــدود ۷۷ درصــد از آزمایشــات در تکیــه گــاه راســت آب بنــد بــود و ۲۳ درصــد داراي نفــوذ پــذیري متوســط تــا زیــاد اســت و ایــن نشــاندهنده کیفیت نامطلوبتر این جناح نسبت به تکیهگاه چپ و بستر رود است.

۶۰

مجموعه مقالات نهمین همایش انجمن زمین شناسی ایران، دانشگاه تربیت معلم تهران، ۱۳۸۴

شکل- ۱ الف و ب: نیمرخهاي در امتداد و عمود بر محور سد، ج: نقشه توپوگرافی منطقه

۶۱

بررسی ویژگیهاي ژئوتکنیکی و ژئودینامیکی پی سنگ

شکل-۲ الف: نتایج آزمایشهاي لفران در مصالح کواترنري، ب: نتایج آزمایشهاي ضربه و نفوذ استاندارد

شکل-۳ شاخص کیفیRQD توده سنگ گلسنگها در جناحین و بستر رود

۶۲

مجموعه مقالات نهمین همایش انجمن زمین شناسی ایران، دانشگاه تربیت معلم تهران، ۱۳۸۴

شکل-۴ شاخص کیفی RQD توده سنگ کنگلومرا

پارامترهاي ژئومکانیکی:

به منظور دسـتیابی بـه ویژگیهـاي ژئومکـانیکی تـوده سـنگ تعـدادي از مغـزههـاي بازیافـت شـده از گمانـههـاي اکتشـافی انتخـاب و آزمونهـاي آزمایشــگاهی بـه روي آنهـا انجـام گرفـت. نتیجـه ایــن آزمونها پارامتهاي ژئومکـانیکی مـورد نیـاز در طراحـی سـد را ارائـه مـیکنـد کـه در جـدول۱ نشـان داده شـدهانـد. از آزمایشـاتی کـه بـه محاسـبه چنـین پارامترهـایی مـیانجامنـد و مـورد اسـتفاده ایـن تحقیـق در مـورد گلسـنگهـا قـرار گرفـت مـیتـوان بـه تعیـین دانسـیته خشـک و اشـباع، درصـد جــذب، مقاومــت فشــاري نامحصــور و مــدول الاستیســیته در حالــت خشــک و اشــباع، ضــریب پواسـن اسـتاتیک و دینامیـک (خشـک و اشـباع)، سـرعت گـذر امـواج الاسـتیک و آزمـایش دوام بـه وارفتگی در برابر آب، فشـار سـه محـوري، بـرش مسـتقیم، دانـهبنـدي هیـدرومتري، حـدود اتربـرگ و فشـار و کـرنش تـورمی اشـاره کـرد. در مـورد کنگلـومرا نیـز همـین آزمایشـها بجـز مـواردي کـه صــرفا مخصــوص خاکهاســت انجــام گرفــت و عــلاوه بــر ایــن از آزمایشــهاي محاســبه میــزان تخلخل، مقاومت برشـی در طـول سـطوح ضـعیف نیـز اسـتفاده شـد. بـا توجـه بـه رده بنـدي IAEG

(Anon1979) گلسـنگهاي تنـگ حمـام داراي دانسـیته خشـک کـم، تخلخـل و جـذب آب بالاسـت. از دیدگاه مقـاومتی، در رده سـنگهاي نسـبتا مقـاوم قـرار مـیگیرنـد و داراي افـت مقـاومتی معـادل %۳۰

در اثــر اشــباع مــیباشــند. تغییرشــکل پــذیري بســیار بــالا، φ متوســط و ذرات رس کــوچکتر از ۲

میکرونش حدود ۲۵ درصـد بـوده کـه در حـد مـرز تعریـف شـده توسـط اسـکمپتون در مـورد تـاثیر دانههاي رس در مقاومت برشی بعد از مقاومـت حـداکثر قـرار دارد. بـا توجـه بـه درصـد ریـز تـر از الــک ۲۰۰ ایــن گلســنگها، لاي ســنگ رســی ماســهدار میباشــند. بــر اســاس نتــایج آزمایشــات

۶۳

بررسی ویژگیهاي ژئوتکنیکی و ژئودینامیکی پی سنگ

دیفرکتومتري کـانی اصـلی عمـدتا کلسـیت و از کانیهـاي رسـی کلریـت و ایلیـت اسـت. اکتیویتـه آن بین ۰/۵ تا ۰/۸۸ متغیر مـیباشـد. بـر اسـاس ازمـایش دوام بـه وارفتگـی در اثـر تـر و خشـک شـدن دوام گلسنگها بسیار کـم تـا کـم اسـت. نتـایج ازمایشـهاي فشـار و کـرنش تـورمی گلسـنگهاي تنـگ حمام گویاي وضعیت مساعد تا نامساعد میباشد .(Farmer & Attwel 1976)