طبقه بندي ساختاري خاكهاي رسي و كاربرد آن براي طبقه بندي

طبقه بندي ساختاري خاكهاي رسي و كاربرد آن براي طبقه بندي
در تمامي طبقه بنديهاي ژئوتكنيكي، ويژگيهاي نمونه هاي دست خورده (disturbed samples) ملاك دسته بندي خاكها بوده است.دست خوردگي نمونه ها، باعث تغيير ساختار خاك (Soil structure) مي گردد، لذا طبقه بنديهاي موجود بيانگر رفتار واقعي خاكها، در شرايط طبيعي نمي باشند. هدف اصلي مباحث زمين شناسي مهندسي و ژئوتكنيك ، شنخت رفتار واقعي خاكهاست. رفتار مكانيكي خاكهاي ريزدانه، تابع تاريخچه زمين شناسي آنها بوده و تشكيل ساختار اوليه خاكها و تغييرات آن

در طي زمان زمين شناسي، نقش تعيين كننده اي بر ويژگيهاي رفتاري خاك دارد (Chandler, 2000)، خاكهاي رسي سست (Soft clay) ، رس سخت (hard clay) ، خاكدانه اي (granular soil) و همچنين خاكهاي برجا ، بر حسب وضعيت ساختاري مي توانند مشابه سنگهاي هوازده و ضعيف عمل كنند (Leroueil & Vaughan, 1900). در اين پژوهش سعي شده است، طبقه بندي جديدي بر مبناي ويژگيهاي ساختاري خاكها ارائه گردد به گونه اي كه قدرت ارتباط بين رفتار مكانيكي ، تاريخچه زمين شناسي و ساختار ميكروسكوپي خاك ها را داشته باشد.

متن اصلي :
۱) مفاهيم پايه :
براي بيان اين طبقه بندي ، ابتدا مفاهيم اساسي كه مورد استفاده قرار گرفته است،
شرح داده مي شود تا زبان مشتركي براي فهم طبقه بندي پيشنهادي باشد.

۱-۱- ساختار خاک :
ساختار خاک (Soil structure) به تلفيقي از پيوند بين ذرات (bonding) و
نحوه آرايش ذرات خاك (Fabric) گفته مي شود (Mitchell, 1967) . اين واژه
بيانگر تفاوت بين خواص خاك در حالات طبيعي و بازسازي شده
(reconstituted) در نسبت پوكــــي (void ratio) يكسان مي باشد فابريك
خاكها تابع عوامل گوناگوني است. از جمله اين عوامل مي توان به شرايط و

سرعت رسوبگذاري ، وجود آب در محيط رسوب گذاري، اندازهذرات خاك، نوع
كاني رسي،‌درصد املاح موجود در آب، نسبت كاتيونهاي تك ظرفيتي به
كاتيونهاي دو ظرفيتي ، وجود مواد آلي، ‌ميزان تحكيم يافتگي رس ها و …..
اشاره نمود.
بررسي هاي كاملي توسط ( ۱۹۸۵ ) Leroueil et al ، ( ۱۹۵۱ ) Lambe ،
( ۱۹۷۰ ) Sides & Barden ، ( ۱۹۷۶ ) Mitchell در مورد فابريك خاكهاي
ريزدانه انجام گرفته است.‌پيوند بين ذرات خاك هاي ريزدانه مي تواند تحت اثر
عوامل مختلفي ايجاد گردد. نيروهاي الكتروستاتيك ، واندروالس، اسمزيك، كشش
سطحي ، همچنين سيمان شدگي و اتصال جامد بين ذرات خاك از جمله عوامل
پيوند يافتگي بين ذرات خاك هستند. امروزه مقاومت خاكها را نمي توان به تنهاي
با ميزان تخلخل و تاريخچه تنش خاكها برآورد نمود، بلكه عوامل گوناگوني مانند

نهشته شدن سيمان در محل تماس ذرات ماسه اي ( ۱۹۸۴ ، Mitchell & Solimar) ، جوش خوردگي بين ذرات تحت فشار بالا، رسوب املاج كربناته، هيدروكسيدها و مواد آلي ناشي از انحلال ، در بين ذرات خاك (Leroueil & Vaughan, 1990) بر مقاومت خاك ها موثر هستند.

۲-۱- فرآيندهاي زمين شناسي موثر بر ساختار خاكها :
مراحل مختلف و طولاني مدت تشكيل خاك از سنگ منشاء رسوبگذاري، تحكيم ،
تراكم ، دياژنز، رخدادهاي تكتونيكي ، هوازدگي ، فرسايش و …. ساختار نهايي
خاك را شكل مي دهند . برخي ازاين فرآيندها همزمان و به موازات هم عمق مي
كنند به طور كلي اين فرآيندها مي توان به دو دسته فرآيندهاي حين روسوبگذاري
و تراكم بكر خاك ( گروه ۱) و فرآيندهاي بعد از رسوب گذاري و تراكم بكر خاك
(گروه ۲) تقسيم نمود. انواع فرآيندهاي گروه ۱ و ۲ در جدول (۱) نشان داده شده
اند. فرآيندهاي گروه ۱ در حين نهشته شدن رسوبات عمل مي كنند. ساختار خاك
تحت اثر اين فرآيندها، ساختار رسوبي ناميده مي شود (جدول ۱). فرآيندهاي
گروه ۲ بعداز رسوبگذاري و تراكم بكر اوليه خاك بر ساختار آن اثر مي گذارند.
ساختار خاك، در اين حالت اصطلاحا ساختار بعد از رسوبگذاري ناميده مي شود
كه در اثر عملكرد فرآيندهاي گروه ۱ و ۲ شكل مي گيرد.

۳-۱- تراكم پذيري و حساسيت خاكها:
ويژگيهاي تراكم پذيري و مقاومتي خاكهاي ريزدانه بازسازي شده مرجع معتبري
براي فهم و تفسير رفتار خاكها در حالت دست نخورده (Undisturbed)
محسوب مي گردد‌ (Burland, 1990). از ديدگاه نامبرده خاك بازسازي شده
دوغاب حاصل از مخلوط كردن ذرات خاك با رطوبتي معادل ۱ تا ۵/۱ برابر حد

رواني است كه تحت تنش هاي تك بعدي متراكم شده باشد. ويژگيهاي مكانيكي
خاكهاي بازسازي شده به عنوان خواص ذاتي (Intrinsic properties) شناخته
مي شوند، زيرا مستقل از شرايط طبيعي خاك مي باشند. اين ويژگيها قادرند
چارچوب مناسبي براي ارزيابي اثر ساختار خاك بر رفتار آنها در حالت طبيعي
فراهم آورند.
منحني تحكيم تك بعدي خاكهاي بازسازي شده به صورت نمادين در شكل (۱)
نمايش داده شده است. اين منحني معمولا داراي مقعري به سمت بالاست كه مي
توان در محدوده تنش هاي موثر قائم Kpa100 تا kpa 1000 آنرا خطي درنظر
گرفت. لذا شاخص تراكم پذيري ذاتي خاك (Cc*) به صورت زير تعریف مي گردد:
۱) در رابطه (۱) e * 100 و ۰e* 100 به ترتيب نشان دهنده نسبت پوكي خاك
بر روي خط تراكم ذاتي متناظر با تنش هاي موثر قائم kpa 100 و kpa 1000
مي باشند. براي خاكهاي كه مشخصات آنها در نمودار خميري خاك در بخش
فوقاني خط A قرار مي گيرند، مي توان مقادير e * 100 و Cc* آنها را بر حسب نسبت پوكي خاكها در حد رواني (el) Burland, (1990) تعريف نمود.
(۲) e*100= 0.190 + 0.679eL-0.089e2L + 0.016e3L
Cc*=0.256eL–۰٫۰۴ (۳)
براي يافتن مقادير Cc* و e*100 توصيه مي گردد آزمايش تحكيم تك بعدي بر
روي نمونه هاي بازسازي شده انجام گرد. مقادير بدست آمده از اين طريق در
مقايسه با مقادير بدست آمده از روابط (۲) و (۳) دقيق تر خواهند بود.
Burland (1990) منحني ديگري به نام خط تراكم رسوبي تعريف نمود كه اين
منحني ، در حالت طبيعي (SCL) همواره در سمت راست منحني تراكم ذاتي
(ICL) مي افتد (شكل ۱). با مقايسه منحني هاي ياد شده، همانطور كه مشاهده مي
گردد، خاكها در حالت طبيعي و در نسبت پوكي يكسان با شرايط بازسازي شده،
مي توانند تنش قائم موثر بيشتري را تحمل نمايند، زيرا در اين حالت ساختار
طبيعي خاك در مقياس ميكروسكوپي ، مانع از تراكم پذيري بيشتر آن مي گردد.
با مراجعه به شكل (۱) مي توان بر روي منحني تراكم طبيعي خاكها مقدار تنش
مشخصي را تعريف نمود كه ساختار خاك،‌تحت تنشي بيشتر از آن تنش، تخريب
مي گردد .‌اين تنش را در اصطلاح تنش تسليم (Yield stress) گويند. موقعيت
تنش تسليم نسبت به خط تراكم ذاتي را ميتوان با استفاده از نسبت [ lvy / *ve]
بدست آورد.
*ve تنش معادل بر روي منحني تراكم ذاتي است كه با نسبت پوكي طبيعي خاك

در تنش تسليم مطابقت دارد‌(شكل ۲). اين نسبت كه بيانگر مقاومت خاك در مقابل
عمل تراكم و تخريب ساختار خاك است ،‌در اين مبحث نشان دهنده حساسيت خاك
در تراكم تك بعدي است. هر چه مقدار اين نسبت بزرگتر باش،‌خاك حساس تر
است. حساسيت خاك در اثر فرايندهاي گروه ۱ به عنوان حساسيت رسوبي و
حساسيت خاك در اثر فرايندهاي گروه ۲ به عنوان حساسيت رسوبي و حساسيت
خاك در اثر فرايندهاي گروه ۲ به عنوان حساسيت بعد از رسوب گذاري تعريف

شده است (جدول ۱). با در نظر گرفتن اينكه وضعيت كاني شناسي ذرات خاك در
اعماق مختلف از سطح زمين متفاوت است، لذا تعريف منحني تراكم رسوبي واحد
براي خاكها در ژرفاهاي گوناگون ميسر نمي باشد زيرا نسبت پوكي آنها متفاوت
است. نسبت پوكي خاكها بر حسب مقدار حد رواني و تاريخچه زمين شناسي آنها
متغير است. براي مقايسه رفتار خاكهايي كه داراي نسبت پوكي متفاوتي هستند،
پيشنهاد شده است از يك پارامتر نرماليزه كننده يعني شاخص پوكي (void Index) استفاده گردد. (Burland, 1990). طبق تعريف شاخص پوكي عبارتست از: IV = ( e – e* 100 ) / ( e* 100 – e* 1000 ) (4)هنگاميكه e برابر e*100 باشد، شاخص پوكي صفر، در حالتي كه e برابر e* 1000 باشد، IV=-1 خواهد شد. براي خاكهايي كه داراي ويژگيهاي خميري متفاوتي هستند،
خط تراكم ذاتي در محدوده تنش هاي موثر kpa 10 تا kpa5000 را مي توان با
تقريب قابل قبول به صورت خط واحدي در نظر گرفت. اين خط در شكل (۲)
نشان داده شده است. ترسيم خط تراكم رسوبي (SCL) در صفحه lv- I v و مقايسه
موقعيت اين خط با خط تراكم ذاتي مي تواند بيانگر فرايندهاي زمين شناسي باشد
كه حين رسوبگذاري اوليه و يا بعد از آن، ساختار طبيعي خاك را شكل داده اند.
براي خاكهاي تحكيم يافته با حساسيت كم تا متوسط،‌خط تراكم رسوبي در
مجاورت خط تراكم ذاتي قرار مي گيرد (شكل ۲). موقعيت خط تراكم رسوبي
براي خاكهاي مختلف متغير است،‌اما مي توان در محدوده تنش هاي kpa 10 تا kpa 1000 خط واحدي را به عنوان خط تراكم رسوبي (SCL)، به موازات خط

تراكم ذاتي تعريف نمود (Burland, 1990).
موقعيت بر جاي خاكهاي سست (Soft soils) ، بسيار حساس (high sensitivity) و رسهاي سيماني شده (cemented clay soils) در سمت راست
خط SCL مي افتند. در خاكهاي به نسبت متراكم كه سرعت رسوبگذاري بالا باشد،
منحني تحكيم آنها بين خط SCL و ICL (Chandler, 2000) مي افتد. خاكها در
اين حالت عادي تحكيم يافته مي باشند، هر چند در سمت راست خط ICL منطقه
اي وجود دارد كه خاك مي تواند به صورت عادي يا پيش تحكيم يافته باشد.‌در

صورتيكه موقعيت بر جاي خاك در سمت چپ خط ICL قرار گيرد،‌خاك فوق
تحكيم يافته مي باشد. (Chandler, 2000). شكل (۶) محدوده هاي فوق الذكر را
بر حسب مقادير شاخص پوكي خاكها نشان داده است.

۲- وضعيت تحكيم يافتگي خاكها :
خاكهاي ريزدانه رسي را بر پايه تاريخچه زمين شناسي آنها به دو گروه عادي
تحكيم يافته (normally consolidated) يا خاك NC و فوق تحكيم يافته (over consolidatd) يا خاك OC تقسيم مي كند. از ديدگاه Burland (1990) تنها
حذف سربار رويي خاك در اثر فرآيندهاي زمين شناسي يعني فرسايش و
باربرداري، باعث فوق تحكيم يافتگي خاك مي گردد. اگر نسبت پيش تحكيم
يافتگي (OCR) خاكي بيش از يك باشد خاك را فوق تحكيم يافته و اگر (OCR)
خاكي بيش از يك باشد خاك را فوق تحكيم يافته و اگر OCR برابر يك
باشد،‌خاك عادي تحكيم يافته است. OCR نسبت حداكثر تنش موثر وارده به خاك
در طول تاريخچه زمين شناسي آن به تنش موثر فعلي است. براي تعيين OCR
خاكها بايد با استفاده از يافته هاي رسوب شناسي،‌حداكثر تنش وارده به خاكها در
طول عمر زمين شناسي آنها را بر آورد نمود.

۳- نسبت تنش تسليم (YSR) :
طبق تعريف Burland (1990) نسبت تنش تسليم (YSR) ،‌نسبت تنش تسليم خاك
به تنش موثر فعلي وارده به خاك است.‌حداقل مقدار اين نسبت معادل OCR خاك
است، ولي تحت اثر فرآيندهاي گوناگون زمين شناسي ، مقدار YSR خاك مي تواند
از OCR آن بيشتر باشد.

 

۳- طبقه بندي ساختاري خاكهاي ريز دانه رسي :
در اين طبقه بندي خاكها به دو دسته كلي خاكهاي داراي ساختار رسوبي و ساختار
بعد از رسوبگذاري تقسيم شده اند. خاكهاي داراي ساختار رسوبي خود به سه
دسته نوع ۱، ۳ ، ۵ تقسيم مي گردند. مشخصه اين خاكها آن است كه OCR آنها
معادل واحد است. خاكهاي داراي ساختار بعد از رسوبگذاري خود به دو دسته
تقسيم مي گردند.‌خاكهاي نوع ۲ و ۴ كه باربرداري زمين شناسي، تنها رخداد بعد
از رسوب گذاري اوليه خاك است كه ساختار خاك را متاثر كرده است. براي اين

خاكها YSR با OCR برابر است.
دسته دوم خاكهاي داراي ساختار بعد از رسوبگذاري ،‌خاكهاي نوع ۶ و ۷ هستند
كه فرآيندهاي ثانويه بر روي آنها عمل كرده اند. خاكهاي نوع ۸ نيز داراي
ساختار بعد از رسوب گذاري هستند. ويژگيهاي ۸ دسته خاك پيشنهادي به شرح
ذيل مي باشد‌(جدول ۲).
خاك نوع ۱ :
اين خاكها، سست بوده و ساختار آنها تحت اثر فرآيندهاي زمين شناسي گروه ۱
شكل گرفته اند. خاكها به صورت تحكيم عادي (NC) بوده و يا به ندرت به
صورت كمي فوق تحكيم يافته مشاهده مي گردند. ساختار خاك ضعيف بوده و در
مراحل رسوبگذاري و بعد از آن فاقد سيمان شدگي است. تنش تسليم (YSR) معادل
با OCR است. حساسيت خاك، بيانگر تكوين ساختار خاك در اثر فرآيندهاي اوليه
بوده و منحني تحكيم خاك، در بين خطوط ICL و SCL قرار مي گيرد.
خاك نوع ۲ :
اين خاك نيز سست بوده و نسبت پوكي آن بالاست. خاك در اثر فرآيندهاي زمين
شناسي، باربرداري شده و فوق تحكيم يافته (OCR > 1) مي باشد . تنش تسليم
خاك با تنش پيش تحكيم يافته برابر است و ساختار خاك بعد از رسوب گذاري
اوليه تكوين يافته است.

خاك نوع ۳ :

اين خاك عادي تحكيم يافته بوده و به صورت رس سفت مشاهده مي شود . خاك
سربار قابل ملاحظه اي را تحمل كرده و تحت اثر پديده دياژنز قرار گرفتهاست.
منحني تحكيم طبيعي خاك به خط تراكم رسوبي نزديكتر است. مقادير تنش فوق
تحكيم يافته، تنش تسليم و تنش موثر بر جا با هم برابر هستند.

خاك نوع ۴ :
اين خاك مشابه خاك نوع (۳) است. با اين تفاوت كه خاك، فوق تحكيم يافته بوده

و
باربرداري زمين شناسي باعث تغيير ناچيز در ساختار اوليه آن مي گردد.
حساسيت خاك به صورت حساسيت رسوبي است.

خاك نوع ۵ :
خاك ، عادي تحكيم يافته بوده و در حين رسوبگذاري اوليه بين ذرات خاك توسط
توسط سيمان پر شده است. به علت سيمان شدگي ، نسبت تنش تسليم خاك، بيشتر
از يك است و حساسيت خاك به صورت حساسيت رسوبي است. رفتار خاك،
مشابه رفتار مارن و گل سنگ(Mudstone)بوده ومنحني تحكيم خاك،خط SCL
را قطع مي كند.

خاك نوع ۶ :
خاك عادي تحكيم يافته بوده و ساختار آن تحت اثر فرآيندهاي گروه (۲) شكل گفته
است. لذا ysr خاك بزرگتر از ocr آن است. در اين حالت پديده هاي بندش
(Thixotropy)، دياژنز و سيمان شدگي اتوژنيك، مقدار تنش تسليم خاك را
افزايش مي دهند. منحني تحكيم خاك بين ICLو SCL مي افتد و خط SCL نزديكتر
است. تفاوت YSR با OCR بيانگر مقاومت اكتسابي خاك در اثر تغييرات
ساختاري است.
خاك نوع ۷ :
اين خاك فوق تحكيم يافته بوده (OSR>1) و YSR آن بزرگتر از يك است. ساختار
خاك و حساسيت آن بعد از عمل رسوبگذاري ، شكل گرفته است.

خاك نوع ۸ :
خاك تحكيم عادي بوده و YSR آن معادل واحد است. در اثر شستشو، بسياي از
املاح خاك از محيط خارج مي گردد. خاك در اين وضعيت به صورت خاك
سست ،عمل مي كند.

۵- طبقه بندي خاكهاي ريزدانه رسي – سيلتي جنوب تهران :

۵-۱- روش ها و دستگاه هاي آزمايش :
براي طبقه بندي خاكهاي ريز دانه جنوب تهران، آزمايش هاي آزمايشگاهي جهت
شناسايي خواص شاخص، ويژگي هاي ذاتي، مشخصات فيزيكي – شيميايي و
مكانيكي انجام شده است.
براي تهيه نمونه هاي دست نخورده آزمايشگاهي، بيش از ۱۵ گمانه در بخش
جنوبي تهران به روش حفاري دوراني حفر گرديده است. مجموع طول حفاري
بيش از ۴۰۰ متر مي باشد.‌نمونه هاي دست نخورده خاك از ژرفاهاي مختلف و با
استفاده از نمونه گيري هاي شلبي و PVC تهيه شده است. اين حفاريها در
چهارچوب پروژه ريز پهنه بندي لرزه اي جنوب تهران انجام و محل تقريبي
گمانه ها در شكل (۴) آورده شده است.
مطالعه تراكم پذيري خاكهاي ريزدانه جنوب تهران با استفاده از دستگاه تحكيم
استاندارد اصلاح شده ، انجام گرديده است. اين دستگاه قادر است تا kpa 16000
تنش اعمال كند. با ترسيم منحني هاي تحكيم، مي توان تنش تسليم خاكها را بدست
آورد. براي تعيين وضعيت تحكيم يافتگي خاكها از مطالعات رسوب شناسي
موجود در مورد تاريخچه حوضه رسوبي جنوب تهران استفاده شده است. براي

مطالعه ميزان سفتي خاكها نتايج آزمايشهاي نفوذ استاندارد (SPT) در محل حفر
گمانه ها مد نظر قرار گرفته است.‌همچنين براي بررسي ساختار خاك جنوب
تهران، تعدادي آزمايش شيميايي ، XRF و مطالعه مقاطع نازك خاك با استفاده از
ميكروسكوب الكتروني (SEM) مطالعه شده اند. براي ممانعت از دست خوردگي
ساختار خاك، ابتدا خاك توسط پمپ خلاء خشك گرديده است. سپس قطعه اي از
خاك توسط طلا پوشش (Coating) داده شده است و توسط دستگاه (SEM)
مطالعه گرديده است.
۲-۵- خواص شاخص خاكها :
گستره جنوب تهران شامل رسوبهاي ريزدانه رسي – سيلتي است كه در اثر
فعاليت رودخانه ها و سيلابهاي فصلي از زمان پليوسن پسين از بخش ارتفاعات
شمالي حمل شده و در بخش جنوبي نهشته شده اند‌(جعفري و اصغري، ۱۳۷۶).
اين رسوبها به رنگ كرم و قهوه اي بوده ودر برخي از افق ها داراي گرهك هاي
آهكي هستند. در شكل (۵) مقطع قائم لايه هاي خاك در گمانه شماره ۱۲ نشان

داده شده است. اين خاكها بر اسا طبقه بندي يونيفايد از نوع CL بوده و به ندرت
خاك Ml, CH و CL-ML نيز يافت مي گردد. برخي از ويژگيهاي شاخص
خاكهاي جنوب تهران در جدول (۳) نمايش داده شده است.

۵-۳- سفتي خاك جنوب تهران :
با مراجعه به شكل (۵) مشاهده مي گردد كه خاكهاي جنوب تهران از نوع
خاكهاي بسيار سفت تا سخت مي باشد.‌در برخي از افق ها ، در محل ساير گمانه
ها خاكهاي سفت نيز به ندرت مشاهده مي گردند. چگالي اين خاكها تا ۲۲ كيلو
نيوتن بر متر مكعب مي رسد و سرعت حفاري به علت سفتي خاك كند است.

۴-۵- وضعيت تحكيم يافتگي خاك جنوب تهران :
اطلاعات روسب شناسي موجود در خصوص وضعيت تحكيم يافتگي خاكهاي
جنوب تهران چندان كافي و روشن نمي باشد. برخي از شواهد، فوق تحكيم يافتگي
(OCR>1) خاك جنوب تهران را اثبات مي كنند با توجه به سيلابي و فصلي بودن
رسوب گذاري، احتمال وجود فرسايش در نهشته هاي جنوب تهران وجود دارد.
وجود دوره هاي فرسايشي در رسوبهاي آبرفتي جنوب تهران گزارش شده
است.‌به عنوان مثال رسوبات ريزدانه C بعد از يك دوره فرسايشي بر روي
رسوبات B قرار گرفته اند. (جعفري و اصغري، ۱۳۷۶).
عملكرد گسله هاي كواترنر در جنوب تهران نيز باعث جابجايي رسوبها گرديده
است. به عنوان مثال گسله هاي كهريزك ، جنوب ري و شمال ري باعث بالا
آمدگي (uplifting) خاكها گرديده است. گسله كهريزك با درازاي ۴۰ كيلومتر و
راستاي خاوري – باختري باعث راندگي خاك رسي و سيلتي كهريزك بر روي

آبرفتهاي D شده است. (بربريان و همكاران ۱۳۶۴).
۵-۵- وضعيت نسبت تنش تسليم :
براي يافتن تنش تسليم خاكها، آزمايش هاي تحكيم تا فشار kpa 16000 انجام شده
است مقادير تنش موثرخاكهاي جنوب تهران با داشتن ژرفاي سطح آب زيرزميني
و مقادير چگالي دانسيته مرطوب خاكها بدست آمده است. تغييرات تنش تسليم در
برخي از گمانه ها در ژرفاي مختلف نشان داده شده است‌(جدول شماره ۴).
فرآيندهايي از قبيل دياژنز دراز مدت، خشك شدگي ، تحكيم ثانويه و سيمان شدگي
مي تواند مقدار نسبت تنش تسليم خاك را افزايش دهد و بر عكس پديده هايي چون
هوازدگي ، اكسيداسيون خاك، نابرچايي (reworking) از جمله عواملي هستند
كه نسبت تنش تسليم خاك را كاهش مي دهند.‌هر دو دسته فرآيند ياد شده در
خاكهاي ريزدانه تهران مشاهده مي گردد. پديده خشك شدگي (Desiccation) و
تغييرات رطوبت در بخش سطحي خاكهاي ريزدانه تهران، نوسانات سطح آب
زيرزميني، اكسيداسيون خاك (رنگ قهوه اي و آجري خاكهاي ريزدانه) از جمله
شواهدي هستند كه بر مقدار YSR اثر مي گذارند. همچنين نمونه هاي دستي خاكها
در بخش سطحي داراي تركهاي ريز (Fissure) مي باشد. مطالعات انجام شده
توسط جعفري و اصغري (۱۳۷۶) نشان دهنده وجود يك لايه كم سرعت در بخش
فوقاني خاكهاي جنوب تهران است. ستبراي اين بخش متغير و در برخي از نقاط
تا ۲۰ متر هم مي رسد. سرعت سير امواج برشي در اين بخش حداكثر ۱۸۰ متر
بر ثانيه مي باشد در حاليكه در افق هاي غير هوازده سرعت تا ۸۰۰ متر بر ثانيه
نيز مي رسد‌(شكل ۶). خاكهاي ريزدانه جنوب تهران توسط كربنات كلسيم سيماني
شده اند كه در بخش ۶-۶ شرح داده مي شود. سيماني شدن باعث افزايش YSR
خاك گرديده است.

۶-۵- ساختار خاك جنوب تهران :
تعدادي آزمايش شيميايي جهت تعيين درصد كربنات كلسيم موجود در خاك با
استفاده از محلول يك نرمال اسيد كلريدريك و با روش تيتراسيون بر موتيمول
انجام شد كه نتايج آزمايش نشان دهنده حداقل ۱/۱۷ درصد كربنات كلسيم در گمان

ه
شماره ۱۰ و در ژرفاي ۴۵/۲۷ متري مي باشد حداكثر مقدار كربنات كلسيم به
اين روش در گمانه شماره ۱۰ و در ژرفاي ۵۳ متري به مقدار تقريبي ۵۲/۳۷
درصد مشاهده شده است. از سوي ديگر تعدادي آزمايش XRF انجام شده است كه
به عنوان شاهد،‌نتيجه آزمايش بر روي نمونه خاك در گمانه شماره ۶ و ژرفاي ۸

متري در جدول (۵) نشان داده شده است. همانطور كه مشاهده مي گردد درصد
اكسيد كلسيم و اكسيدهاي فلزي مانند اكسيد آهن بالا بوده و مويد نتايج آزمايشهاي
شيميايي است. با توجه به اين نكته كه در نمونه هاي دستي در برخي از اماق
گرهك هاي آهكي مشاهده شده بود، لذا براي بررسي نحوه توزيع كربنات كلسيم

در خاك، مقاطع نازكي از خاك تهيه و توسط ميكروسكوپ پلاريزان مطالعه شد.
براي تشخيص كربنات كلسيم و نحوه توزيع آن از محلول آليزارين براي رنگ
آميزي خاك استفاده شدهاست. شكل هاي (۷) نشان دهنده توزيع سيمان كلسيتي در
بين ذرات خاك هستند. همچنين اكسيدهاي آهن نيز به مقدار قابل ملاحظه اي در
آناليز شيميايي خاك به روش XRF و SEM مشاهده شده است. براي مطالعه
فابريك خاك مطالعاتي بر روي مقاطع قائم و افقي لايه هاي خاك انجام شده است.

۷-۵- رده بندي خاك جنوب تهران :
با توجه به يافته هاي ياد شده در بالا و با مراجعه به جدول (۲) خاكهاي تهران
مي تواند به صورت خاكهاي نوع ۴، ۷ ديده مي شود. موقعيت بر جاي اكثر
خاكها در سمت چپ خط ICL مي افتد، لذا خاك فوق تحكيم يافته است. منحني
برخي از خاكها در بين خط SCL و ICL مي افتد.‌اين خاكها ممكن است به صورت
تحكيم عادي يا فوق تحكيم يافته باشند. همچنين در برخي از افق ها كه درصد

كربنات كلسيم بالاست. براي مثال در ژرفاي ۵۳ متري در گمانه شماره ۱۰،
منحني تحكيم خاك خط SCL را قطع مي كند‌(شكل ۱۰).

۴- نتيجه گيري :
طبقه بندي ساختاري خاكهاي ريزدانه رسي قادر است ارتباط بين ساختار خاك
،‌فرآيند هاي زمين شناسي و تراكم پذيري خاك را نشان دهد. – خاكهاي ريزدانه
رسي بر اساس نسبت پيش تحكيم يافتگي،‌نسبت تنش تسليم و سستي و سفتي آنها به ۸ دسته تقسيم شده اند كه هر دسته داراي رفتار تراكم پذيري مشابهي هستند.
– با توجه به پيش تحكيم يافتگي خاك جنوب تهران و معادل بودن YSR يا OCR،
اين خاكها از نوع خاك ۴ مي باشند،‌كه در برخي از افق ها به علت سيمان شدگي
بين ذرات خاك و پديده خشك شدگي،‌مقادير YSR>1 مي باشند. لذا در اين افق
خاكها از نوع خاك ۷ هستند.
– ساختار خاك ريزدانه جنوب تهران از پديده هوازدگي به شدت متاثر مي باشد،
به نحوي كه در اثر پديده اكسيداسيون، خاكهاي بخش سطحي به رنگ قهوه اي و
كرم مشاهده مي شود و سرعت سير امواج برشي بسيار كمتر از اعماق است.
– مطالعه مقاطع قائم و افقي خاك ريزدانه جنوب تهران، نشان دهنده فابريك

تصادقي و فلوكوله خاك مي باشد.
– با توجه به تاريخچه زمين شناسي و ساختار خاك جنوب تهران ،‌معيارهاي ارائه
شده توسط Chandler (2000), Burland (1990) براي ارزيابي ساختار
خاكها،‌در مورد خاك جنوب تهران ، با واقعيات سازگار است.

منابع :
جعفري ، محمد كاظم و اصغري ، ابراهيم ۱۳۷۶، ريز پهنه بندي ژئوتكنيك لرزه اي جنوب غربي تهران از ديدگاه تاثيرات ساختگاهي،‌جلد ۱، موُسسه بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله .
بربريان ، م ؛ ‌قريشي، م؛ ارژنگ روش، ب ؛ مهاجر اشجعي، ا؛ ۱۳۶۴٫ پژوهش و بررسي ژرف نو زمين ساخت، خطر زمين لرزه ؛ گسلش در گستره تهران و پيرامون ، سازمان زمين شناسي كشور،‌گزارش شماره ۵۶٫
: References
Burland, J.B. (1990)- On the compressibility and shear strength of natural calys. Geotechnique. 40, 329-378.

Chandler, R.J. (2000)- Clay sediments in depositional basins: the geotechnical cycle. Quarterly journal of engineering geolgoy and hydro geology, 33,,7-39.
Lambe, T.W. (1951)- Soil testing for engineers, New York, John Wiley and Sons.
Leroueil, s. et al (1985)- Strees- Strain – Strain rate relation for the compressibility of sensitve natural clays. Geotecnique 35, N. 2, 159-180.
Leroueil, S. & Vaughan, P.R. (1990)- The general and congruent effects of structure in natural soils and weak rocks. Geotehcnique 40, No,3, 467-488.

Mitchell, J.K. (1976) – Fundamentals of soil behaviour. New York, John Wiley and Sons.
Mitchell, J.K. & Solymar, Z.V. (1984). Time – dependent strength gain in freshly deposited or densified sand. J. Geotech. Div., Am. Soc. Civ . Engre iio – Gtii, 1559-1576.
Sides, G. & Barden, L. (1970). The micro structure of kaolinite, illite and montmorillonite. Can. Geotech.
*پژوهشكده مهندسي ژئوتكنيك‚ پژوهشگاه بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله
**مهندسين مشاور پي كاو‚ تهران‚ ايران
***گروه زمين شناسي ‚ دانشكده علوم پايه‚ دانشگاه تربيت مدرس

*Dept. of Geotechnic, International Institue of Earthquake Engineering and Seismology
**Paycav Consulting Engineers Company
***Dept. of Geolgoy, Faculty of Science, University of Tarbiat Modarres.

 

شكل ۱- موقعيت خطوط تراكم رسوبي و ذاتي بر حسب شاخص پوكي

شكل ۲- موقعيت خطوط تراكم رسوبي و ذاتي و منحني تحكيم طبيعي خاكها

شكل ۳- حالات تنش بر حسب شاخص پوكي براي انواع مختلف رس ها

 

شكل ۴- نقشه موقعيت گمانه ها

شكل ۵- مقطع قائم لايه هاي خاك در گمانه ۱۲

شكل ۶- تغييرات سرعت سير امواج برشي در خاكهاي ريزدانه جنوب تهران

شكل ۷- مقاطع نازك خاك رنگ آميزي شده با محلول آليزارين (بخش سرخ رنگ نشان دهنده سيمان كلسيتي است) شكل ۷- مقاطع نازك خاك رنگ آميزي شده با محلول آليزارين (بخش سرخ رنگنشان دهنده سيمان كلسيتي است)الف – سيمان كلسيتي به رنگ لكه هاي قرمز (نور پلاريزه – بزرگنمايي ۴۰۰) كمانه ۱۰ – عمق ۷۵/۷ متري
شكل ۷- مقاطع نازك خاك رنگ آميزي شده با محلول آليزارين ب – همان تصوير در نور عادي