بررس��ی خصوص��یات ف��یزیکی و مک��انیکی شیس��ت ،2 ، غالمرضا لشکری پ��ور1احمد برهانی تخته جان های جنوب شهر مشهد

3محمد غفوری

دانشجوی کارشناسی ارشد زمین شناسی مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد ،1Borhani.takhtejan@gmail.com

lashkaripour@um.ac.ir استاد گروه زمین شناسی دانشگاه فردوسی مشهد ، 2

ghafoori@um.ac.ir استاد گروه زمین شناسی دانشگاه فردوسی مشهد ، 3

چکيده

Sutureمنطقه مورد مطالعه در ارتفاعات جنوب شهر مشهد و از لحاظ زمین شناسی در زون مفضلی)zoneبین ارتفاعات بینالود و کپه داغ قرار دارد. سنگ های شیستی بخش��ی از واح��د دگرگ��ونی فیلیت )

مشهد را در این زون تشکیل می دهند. گسترش شهر مشهد بر روی ارتفاعات جنوبی شهر و اف��زایش ساخت و ساز ها و ایجاد کمربندی جنوبی در این محدوده سبب شده تا بررسی ویژگی های ژئوتک��نیکی سنگ های محدوده برای اجرای پروژه های مهندسی از اهمیت بسزایی برخوردار گردد. در این پژوهش جهت شناخت خصوصیات مهندسی شیست های منطقه به دلیل آنیزوتروپ ب��ودن نمون��ه ه��ای اس��توانه

درجه نس��بت ب��ه شیس��توزیته و عم��ود ب��ر شیس��توزیته تهی��ه45ای در سه جهت موازی با شیستوزیته، گردید و در آزمایش��گاه آزمایش��ات مرب��وط ب��ه تع��یین خصوص��یات مک��انیکی و ف��یزیکی آن ه��ا از قبی��ل آزمایش تک محوری، بار نقطه ای و برزیلی و ن�یز وزن مخص��وص خش��ک و اش��باع و درص��د رط�وبت و

با بررسی نتایج آزمایش تعین مقاومت فش��اری ت��ک مح��وری مش��اهده سرعت موج فشاری انجام شد. می شود زمانیکه بارگذاری در جهت عمود بر شیستوزیته انجام می گیرد، بیشترین مقاومت و در جهت

درP همچ��نین س��رعت م��وج درجه نسبت به شیستوزیته، کمترین مقاومت سنگ به دست می آی��د.45 جهت موازی سطوح تورق بیشتر از سرعت در جهت عمود بر این سطوح است و این نش��ان دهن��ده ی

خاصیت آنیزوتروپی شیست هاست.

واژه هاي كليديخواص فیزیکی و مکانیکی سنگ، آنیزوتروپی، شیست

مقدمه-1 تعیین خصوصیات ف�یزیکی و مک�انیکی س�نگ بک�ر در پ��روژه ه��ای عم��رانی ک��ه ب��ا س��نگ س��رو ک��ار دارنداز اهمیت چشم گیری برخ��وردار اس��ت و در مراحل اولیه اجرای سازه های مهندسی مد نظ��ر ق��رار می گیرن���د. ان���دازه گ���یری این پارامتره���ا معم�وال ب��ا اس�تفاده از آزمایش�ات مکانی��ک س��نگ صورت می گیرد. با توجه به اینکه اکثر پ��روژه ه��ا بر روی توده های سنگی و یا درون آنها اج��را می گردد لذا برای تحلیل پای��داری، ط��راحی و اج��رای پروژه ها، آگاهی از خواص مهندسی سنگ ه��ا ب��ه

آزم��ایش].�� 1[ویژه مق��اومت آنه��ا ض��روری است ه�����ای آزمایش�����گاهی متع�����ددی جهت تع�����یین خصوصیات مهندسی سنگ ها انجام می ش��ود، ب��ا

توجه به پر هزینه بودن این آزمایش ها، می ت��وان با بررسی دقیق خصوصیات زمین شناس��ی س��نگ ها، تخمینی از خصوصیات ف��یزیکی ومک��انیکی آن ه��ا داش��ت و ب��ا توج��ه ب��ه اهمیت پ��روژه، تع��داد آزمایش های الزم جهت شناسایی سنگ را کاهش

]. ب��رای ش��ناخت وی��ژگی ه��ای ف��یزیکی و2داد[ مک��انیکی س��نگ بک���ر از ش���اخص ه��ایی نظ���یر دانسیته، سرعت سیر امواج التراسونیک، تخلخل،دوام سنگ و مقاومت سنگ اس��تفاده می ش��ود [

] ک���ه در این پ���ژوهش آزم���ایش ه���ای تع���یین3 دانسیته خشک و اشباع ، تخلخل ، درصد رطوبت، س��رعت م��وج فش��اری، مق��اومت فش��اری ت��ک محوری، مقاومت کششی برزیلی و بار نقطه ای

انجام شده است.

با توجه به خاصیت آنیزوتروپی شیست ها و تغی��یر پارامتر های مقاومتی در جهات مختلف مطالع��ات زیادی درباره خصوصیات مهندسی آن ه��ا ص��ورت

Nasseriگرفته است که می توان به ک��ار ه��ای et al, 2003( و ) )Akintayo, 2012 & (Adebisiاشاره

] .7] [6کرد[

زمین شناس�������ی و م�������وقعیت-2جغرافیایی

بررس��ی عوام��ل مختل��ف زمین شناس��ی و زمین ساختی هر منطقه به منظور آگاهی از وض��عیت و پایداری آن منطقه در برنامه ریزی های گون��اگون نقش اساس����ی و مهمی دارد. جهت شناس����ایی وضعیت زمین شناسی هر منطق��ه بای��د چگ��ونگی وض���عیت آن منطق���ه را ب���ا م���وقعیت کلی زمین شناس��ی ناحی��ه در نظ��ر گ��رفت. منطق��ه م��ورد مطالعه در جن��وب ش��هر مش��هد و از لح��اظ زمین

Sutureشناسی در مح��دوده زون مفض��لی) zone) بین ارتفاعات بینالود و کپه داغ

قرار دارد. شیست های مورد مطالع��ه بخش��ی از مجموعه دگرگ��ونی جن��وب مش��هد را تش��کیل می دهند. مجموعه دگرگونی جنوب مش��هد در ش��مال

س��نگ بس��ت و جن��وب و–شرقی گس��ل ش��اندیز جن���وب غ���ربی مش���هد رخنم���ون دارد و ش���امل شیست، مرم��ر، آمفیب��ول و ک��وارتزیت می باش��د ک��ه طی روی��داد س��یمرین پیش��ین ت��ا رخس��اره آمفیبولیت دگرگون شده و دگر شکلی شدیدی را

].4متحمل شده است[روش تحقیق-3

در راستای این پژوهش، پس از نمونه برداری از منطقه ، آزمایش های مختلف فیزیکی ومک��انیکی در آزمایش���گاه ه���ای زمین شناس���ی مهندس���ی دانش��گاه فردوس��ی مش��هد و ش��رکت منهدس��ین

مشاور دوام سازان انجام شد. از جمله آزم��ایش ه��ای ف��یزیکی انج��ام ش��ده می توان به تعیین دانسیته خشک و اشباع ، تخلخ��ل و درصد رطوبت و سرعت موج فشاری اشاره کرد و آزم��ایش ه��ای مک��انیکی انج��ام ش��ده ش��امل آزم���ایش ه���ای ت���ک مح���وری، ب���ار نقط���ه ای و مقاومت کششی برزیلی می باشد که تمامی این

[(ISRM،1977آزمایش ها بر اساس استاندارد ) صورت گرفته است.]8بحث و بررسی-4

ویژگی های فیزیکی- 4-1 ه��ر ن��وع خ��اص از س��نگ دارای وی��ژگی ه��ای خاص فیزیکی مربوط به خود اس��ت ک��ه مت��أثر از نوع منش��أ و فراین��د ه��ای مت��داول زمین شناس��ی است که در طول زمان بر آن حادث شده اس��ت.

خ��واص ف��یزیکی س��نگ ه��ا ش��امل وی��ژگی ه��ای مربوط به دانسیته خشک و اش��باع، درص��د ج��ذب آب و تخلخل سنگ ها می باشد. خ��واص ف��یزیکی سنگ بکر به ریز ساختارهای آن بستگی دارد، این زیر ساختارها شامل کانی ها، رخ، مرز ه��ای دان��ه ای و ریز شکست ها می باشد. ری��ز شکس��ت ه��ا بر روی مقاومت سنگ و جهت شکست ت��اثیر می

گذارد. جهت اندازه گیری خواص ف��یزیکی شیس��ت ه��ای

نمونه مورد آزمایش قرار30مورد مطالعه تعداد 1گرفت که می��انگین ان��دازه گ��یری ه��ا در ج��دول

نشان داده شده است. ب��ر اس��اس طبق��ه بن��دی )Anon,1979] ] ب�رای چگ�الی و تخلخ��ل، نمون��ه9(�

55/2های مطالعه شده در رده با چگالی باال )بین گرم بر سانتیمتر مکعب( و تخلخ��ل پ��ایین75/2تا

درصد( قرار گرفته اند.5تا1)بین

. خالصه نتایج حاصل از آزمایش های1 جدولخواص فیزیکی

نوع سنگ دانسیتهخشک

( gr/cm3)

دانسیتهاشباع

( gr/cm3)

تخلخل)%(

جذبآب)%(

آندالوزیت84/286/237/148/0شیست

بیوتیت76/278/203/137/0شیست

مسکویت71/273/231/149/0شیست

با توجه ب��ه وج��ود شیس��توزیته در نمون��ه ه��ا و خاصیت آنیزوتروپی آن ها، با انحراف از راس��تای موازی محور بارگذاری و نزدیک ش��دن ب��ه امت��داد

درج��ه( از س��رعت90عمود بر محور بارگ��ذاری ) موج فشاری کاسته شده به ط��وری ک��ه در زاوی��ه

درجه کمترین مق�دار س�رعت م�وج دی�ده می90 شود. نتایج آزمایش تعیین س��رعت م��وج فش��اری

آمده است. ب��ه زاوی��ه بین الی��ه بن��دی2در جدول سنگ های آنیزوتروپ با مح��ور ب��ار گ��ذاری نمون��ه

نم��ایش دادهβزاویه آنیزوتروپی می گویند ک��ه ب��ا زاوی��ه آن��یزوتروپی ب��ه1]. در ش��کل 5می ش��ود[

صورت شماتیک نمایش داده شده است.

. زاویه آنیزوتروپی1شکل

میانگین سرعت موج فشاری نسبت. 2جدولبه زاویه آنیزوتروپی

نوع سنگ

سرعت موج

°فشاری0=β

(m/s(

سرعت موج

°فشاری45=β

(m/s(

سرعت موج

°فشاری90=β

(m/s( آندالوزیت606025792252شیست

بیوتیت589935632521شیست

مسکویت547330502452شیست

ویژگی های مکانیکی- 4-2

برای تعیین ویژگی های مکانیکی شامل مق��اومت فشاری تک مح��وری، مق��اومت کشش��ی ب��رزیلی،ش���اخص ب���ار نقط���ه ای از روش اس���تاندارد )

ISRM,1977استفاده شده است. نت��ایج آزم��ایش )

ب��ه علت. آم��ده است3ه��ای ف��وق در ج��دول آنیزوتروپ بودن شیست ها آزمایش های وی��ژگی های مکانیکی در سه جهت موازی با شیس��توزیته،

درج��ه نس��بت ب��ه45عم��ود ب��ر شیس��توزیته و شیستوزیته انجام گرفته است.

. نتایج آزمایشات ویژگی های مکانیکی3 جدول

نوع سنگ زاویه

آنیزوتروپ)β°)ی

مقاومت فشاری تک

)محوری MPa(

مدول االستیسیته)مماسی

GPa(

نسبتمدولی

مقاومت کششی)برزیلی MPa(

شاخص مقاومت بار

)نقطه ایMPa(

رده سنگDeere),Miller,

(1967

آندالوزیتشیست

017/2460/1193/47942/238/2EM

4510/1940/914/49285/138/1EM

9010/4324/938/21422/472/4DM

بیوتیتشیست

062/3796/1033/29176/391/3DM

4500/351020085/342/3DM

9032/6718/936/13618/748/7CL

مسکویتشیست

040/6227/1263/19624/650/6CL

4568/3457/1162/33347/361/3DM

9061/8442/1197/13420/854/8CL

با بررسی اطالعات به دست آمده می توان نت��ایجنتیجه گیری-5زیر را ارائه کرد:

نت��ایج ب��ه دس��ت آم��ده از آزمایش��ات تع��یین-1 خواص مکانیکی نمونه ها نش��ان می ده�د ک��ه

می باش��د و86/2 ت��ا 71/2مقدارچگالی بین ب��رای(Anon,1979)ب��ر اس��اس طبق��ه بن��دی

چگالی و تخلخل، نمونه های مطالعه ش�ده در رده با چگالی باال و تخلخل پایین قرار گرفت��ه

اند. ب��رای نمون��هPآزمایش تعیین س��رعت م��وج -2

های مورد مطالعه نشان می دهد که س��رعت در جهت م���وازی س���طوح ت���ورق بیش���تر از سرعت در جهت عمود بر این سطوح است و این نش���ان دهن���ده ی خاص���یت آن���یزوتروپی

شیست هاست. ب��ا بررس��ی نت��ایج آزم��ایش تعین مق��اومت-3

فش���اری ت���ک مح���وری مش���اهده می ش���ود زمانیک����ه بارگ����ذاری در جهت عم����ود ب����ر شیستوزیته انجام می گیرد بیشترین مقاومت

درجه نس��بت ب��ه شیس��توزیته،45و در جهت کمترین مقاومت سنگ به دست می آید.

مقاومت کششی نیز مانند مق��اومت فش��اری-4 β=�� 45° بیش��ترین مق��دار و در β=�� 90°در

کمترین مقدار را نشان می دهد. و ب�ریمق�اومت ت�ک مح��ور باتوجه به مقادير-5

بندی طبقه (Deere and Miller,1967) اساس سنگ های مورد مطالع��ه در مح��دوده ی رده

ق�رار دارن��د ک��ه نش��انCL و EM، DMه��ای مق��اومت و نس���بت م���دولي کم ت���ادهن���ده

متوسط آن ها می باشد.

سپاسگزاری-6 نویسندگان این پژوهش برخ��ود الزم می دانن��د ت��ا از شرکت مهندس��ین مش�اور دوام س�ازان دش��ت آب ت��وس ب��ه جهت در اختی��ار گذاش��تن امکان��ات

آزمایشگاهی کمال قدردانی را داشته باشند.

مراجع نوربخش رزمی، ز. لشکری پ��ور، غ. غف��وری،[1]

تعیین خصوصیات فیزیکی و مک��انیکی"م، ،"س��نگ ه��اي اولترابازی��ک جن��وب مش��هد

هشتمین همایش انجمن زمین شناسی مهندس��ی و محیط زیست ایران، دانشگاه فردوسی مشهد،

.1392آبان 16و 15 بررس���ي"محم���دی، م. اج���ل لوئی���ان، ر، [2]

خصوصيات مهندسي سنگهاي تخريبي ب��ا

،"تاكي����د ب����ر ويژگيه����اي زمين شناسي شش���مين كن����گره ملي مهن����دسي عم����ران،

.1390 ارديبهشت7 و 6 دانشگاه سمنان، زمینخانلری، غ. مومنی، ع.ا. عبدی ل��ر، ی، [3]

، هم���دان،شناس��ی مهندس��ی و ژئوتکنیک.1389 انتشارات دانشگاه بو علی سینا،

اثره���ای روی���داد"ش���یخ االس���المی، م، [4] ،"سيمرین مي�اني در ش��مال خ�اور ای�ران

مجله علوم زمین ، سال بیست و چهارم، شماره94 ،307-314، 1393.

بررس��ی"ح��اجی حی��دری، ف. رحم��انی، م، [5] ت���اثیر آن���یزوتروپی در تحلی���ل پای���داری

گ��ل1دیواره های نه��ایی مع��دن ش��ماره فصلنامه پژوهشی ،"Slideگهر با نرم افزار

.1393، 11-8، 13 ، شماره پژوهشگر[6] N.O, Adebisi, F.O Akintayo,"Geotechnical Properties

of Natural Composite Rock in Ibadan, Nigeria", Journal of Science and Technology, 13, 448-453, 2012.

[7] M.H.B,Nasseri, K.S, Rao, T, Ramamurthy,"Anisotropic strength and deformational behavior of Himalayan schists", International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences , 40, 3-23, 2003.

[8] I.S.R.M.. "Rock characterization, Testing and monitoring",In: Brown ET, editor., ISRM suggested methods. Oxford: Pergamon Press, 81-121, 1977.

[9] Anon,"Classification of rocks and soils for engineering geological mapping. part 1: Rock and soil materials", Bulletin International Assocciation Engineering Geology, 19, 355–371, 1979.