پایان نامه  کارشناسی ارشد M.Sc. 

گرایش: زمین شناسی مهندسی

ارزیابی اثرات زلزله های آینده درساختگاه سد زرج آباد خلخال ازدیدگاه زمین شناسی مهندسی و ژئوتکنیک

چکیده:

این پژوهش برای ارزیا بی اثرات زلزله های محتمل آینده در ساختگاه سد زرج آباد، در استان اردبیل، درفاصله 60 کیلومتری غرب شهرستان خلخال، صورت گرفته است. نتایج بررسی ها معلوم نمودندکه ساختگاه سد عمدتا از سنگهای آذرین نئوژن و نهشته های متعلق به الیگوسن ورسوبات کواترنری تشکیل شده است.

گسلهای بزرگ مقیاس در فواصل دور و پنج گسل متوسط مقیاس در فواصل نزدیک به ساختگاه ومخزن سد (گسلهایF1  تا F2) وجود دارند. همچنین در سنگهای تکیه گاه راست وچپ به طور کلی چهار دسته درز با مشخصات هندسی متفاوت وجود دارد. شاخص های نشا نگر کیفیت مهندسی سنگهای موجود در ساختگاه سد زرج آباد، از جمله شاخص (RQD ) و (RMR) و میزان زاویه اصطکاک و ضریب چسبندگی آنها نشانگر کیفیت ضعیف سنگهای مقاوم  وکیفیت خیلی ضعیف سنگهای نا مقاوم ورسوبات آبرفتی می باشند. وهمچنین نفوذپدیری واحد های سنگی با عدد لوژان بیشتر از 70، نشانگر  نفوذپذیری زیاد و مقاومت کم آنها، و نفوذپدیری واحد های آبرفتی با عدد لفران، بسیار کمتر، نشانگر نفوذپذیری کم و مقاومت زیاد آنها، می باشد.

در مدت 84 سال گذشته زلزله های متعددی در مناطق پیرامون ساختگاه سد رخداده و قویترین آنها دارای بزرگای 6/6 درجه ریشتر بوده است. بیشینه شتاب افقی زمین ناشی از زلزله های آینده در ساختگاه سد زرج آباد، برابر با (26/0) گال (یا سانتیمتر بر مجذور ثانیه) خواهد بود و این مقدار شتاب زمین، از زلزله ناشی از تجدید فعالیت گسل قالین قیه درفاصله 31/8 کیلومتری ساختگاه قابل انتظار خواهد بود و در صورتیکه در طراحی سد زرج آباد این مقدار شتاب زمین لحاظ شده باشد، و ساخت سد نیز با رعایت کلیه ضوابط مهندسی و با استفاده از مصالح با کیفیت و مناسب انجام شود، چندان خطرناک نخواهد بود.

کلید واژه :

زرج آباد

سد

پی

گسل

کیفیت سنگ

زلزله

شتاب زمین

فهرست مطالب

عنوان                   صفحه

فصل اول

کلیات پژوهش

1-1 بیان مسأله ---------------------------------------------------------------------   2

1-2-  ضرورتهای انجام پژوهش ---------------------------------------------------------   3

1-3-   اهداف پژوهش ----------------------------------------------------------------   3

1-3-1-   اهداف علمی  ---------------------------------------------------------------   3

1-3-2-  اهداف کاربردی --------------------------------------------------------------   4

1-4-  فرضیه¬های پژوهش -------------------------------------------------------------   4

1-5- متغیرهای پژوهش  --------------------------------------------------------------   4

1-6- پیش فرضهای پژوهش------------------------------------------------------------   5

1-7- اصطلاحات علمی پژوهش---------------------------------------------------------   5

فصل دوم

مبانی نظری  و  پیشینه  پژوهش

2-1-  مبانی نظری -------------------------------------------------------------------   8

2-1-1- تعریف سد-------------------------------------------------------------------   8

2-1-2-  معرفی انواع مختلف سدها -----------------------------------------------------    8

2-1-2-1- سدهای بتنی---------------------------------------------------------------   9

2-1-2-2- سدهای سنگی ------------------------------------------------------------   11

2-1-2-3- سدهای خاکی ------------------------------------------------------------   11

2-1-3- معرفی مطالعات متداول برای سد سازی  ------------------------------------------   13

2-1-4- تعریف زلزله ----------------------------------------------------------------   15

2-1-5- تعریف اصطلاحات زلزله -------------------------------------------------------   15

2-1-6- تعریف گسل ---------------------------------------------------------------    20

2-1-6-1- گسل های فشاری یا معکوس-------------------------------------------------   20

2-1-6 -2- گسل های کششی یا عادی   ------------------------------------------------   20

2-1-6-3- گسل های امتداد لغز یا امتدادی ---------------------------------------------    21

2-1-7-  رابطه بین گسل و زلزله ------------------------------------------------------    21

2-1-8- معرفی مطالعات متداول برای ارزیابی خطرات زلزله¬های محتمل  بر ساختگاه سدها --------   22

2-1-8-1-  بررسی سوابق زلزله خیزیی منطقه -------------------------------------------    23

2-1-8-2-  بررسی گسلهای بزرگ موجود در منطقه --------------------------------------    23

2-1-8-3-  محاسبه بزرگای زلزله¬های محتمل از تجدید فعالیت گسل¬ها  -----------------------   23

2-1-8-4- محاسبه بیشینه شدت زلزله های محتمل از تجدید فعالیت گسل¬های موجود ----------    23

2-1-8-5- محاسبه بیشینه شتاب افقی زمین ناشی از زلزله های محتمل در رومرکز زلزله ها  ------    23

2-1-8-6- محاسبه بیشینه شتاب افقی زمین ناشی از زلزله¬های محتمل در ساختگاه سد-----------   24 

2-1-9- ضرورت ارزیابی خطرات زلزله های محتمل  ----------------------------------------   24

2-1-10- اثرات زلزله در رخداد پدیده روانگرایی  ------------------------------------------   25

2-1-11- پایداری سدهای خاکی در برابر زلزله -------------------------------------------    25

2-1-12- ویژگی های دینامیکی سدهای خاکی -------------------------------------------   26

2-1-12- بررسی اثر برخی از زلزله های وقوع یافته بر سد های خاکی اطراف آن ها ---------------   27

2-2- پیشینه پژوهش ---------------------------------------------------------------    28

2-2-1- پیشینه پژوهش های سد سازی ------------------------------------------------    28

2-2-2- پیشینه پژوهش های سد زرج آباد خلخال  ----------------------------------------   29

فصل سوم

مواد وروش ها

3-1 مواد پژوهش -------------------------------------------------------------------   32

3-1-1-  نقشه های زمین شناسی ------------------------------------------------------   32

3-1-2- گزارشهای زمین شناسی و زمین شناسی مهندسی ----------------------------------   33

3-1-3-  داده های زلزله ها -----------------------------------------------------------   33

3-1-4-  داده های گسل ها  ----------------------------------------------------------   33

3-1-5-  نرم افزارهای تخصصی  -------------------------------------------------------   33

3-2 روشهای پژوهش ----------------------------------------------------------------   34

3-2-1-  روش بررسی ویژگیهای جغرافیایی ----------------------------------------------   34

3-2-2- روش بررسی ویژگیهای زمین شناسی --------------------------------------------   34

3-2-3 - روش بررسی ویژگیهای زمین شناسی مهندسی  -----------------------------------   34

3-2-4- روش طبقه بندی مهندسی سنگ ها ---------------------------------------------   35

3-2-4- 1 شاخص کیفیت سنگ RQD -------------------------------------------------   35

3-2-4-2 رده بندی ژئومکانیکی سنگRMR ---------------------------------------------   35

3-2-5-  روش بررسی داده های زلزله --------------------------------------------------   36

3-2-6-  روش بررسی گسل ها -------------------------------------------------------    36

3-2-7 روش محاسبه بیشینه بزرگای زلزله های محتمل ------------------------------------   36

3-2-8- روش محاسبه بیشینه شدت زلزله های محتمل ------------------------------------   37

. 3-2-9-  روش محاسبه بیشینه شتاب افقی زمین محتمل در ساختگاه سد  -------------------   37

فصل چهارم

نتایج

4-1- نتایج بررسی ویژگیهای جغرافیایی منطقه سدزرج آباد خلخال ---------------------------   39

4-1-1- موقعیت جغرافیایی  ----------------------------------------------------------   38

4-1-2- راههای دسترسی به محل سد --------------------------------------------------   41

4-1-3- مورفولوژی -----------------------------------------------------------------   41

4-1-4- بررسی آبادیها ومردم منطقه سد زرج آباد -----------------------------------------   43 

4-2-  نتایج بررسی ویژگی های زمین شناسی منطقه سد زرج آباد خلخال  ----------------------   44

4-2-1- زمین شناسی عمومی منطقه سد زرج آباد خلخال  ----------------------------------   44

4-2-1- 1- زمین شناسی عمومی محدوده ساختگاه  ---------------------------------------   45

4-2-2- سنگ چینه شناسی منطقه سد زرج آباد خلخال  -----------------------------------   46

4-2-2-1- سنگ چینه شناسی ساختگاه سد زرج آباد خلخال --------------------------------   46

4-2-3- گسل های مهم منطقه سدزرج آباد خلخال ----------------------------------------   50

4-3- نتایج بررسیهای زمین شناسی مهندسی و ژئوتکنیکی ساختگاه سدزرج آباد خلخال  ----------   52

4-3-1- ریخت شناسی --------------------------------------------------------------   52

4-3-2- بررسی درزه های سنگ ها -----------------------------------------------------   55

4-3-3- نتایج  شاخص كیفی توده سنگ (R.Q.D) ----------------------------------------   58

4-3-4- نتایج تعیین کیفیت توده سنگ بر اساس (RMR)  ------------------------------   59

4-3-5- نتایج آزمایش لوژان و نفوذپذیری در واحدهای سنگی--------------------------------   61

4-3-6- نتایج آزمایش لفران و نفوذپذیری درواحدهای آبرفت  --------------------------------   62

4-4- نتایج بررسی ویژگیهای زلزله های رخداده در منطقه سدزرج آباد  ------------------------   62

4-4-1- معرفی کاتالوک و داده های زلزله های رخداده -------------------------------------   62

4-4-2- بررسی چگونگی توزیع زمانی زلزله های رخداده ------------------------------------   68

4-4-3- بررسی چگونگی توزیع بزرگای زلزله های رخداده -----------------------------------   71

4-4-4- بررسی چگونگی توزیع عمقی کانون زلزله های رخداده  ------------------------------   72

4-4-5- بررسی چگونگی توزیع سطحی رومرکز زلزله های رخداده ----------------------------   72

4-5-  نتایج ارزیابی خطر زلزله های آینده در منطقه سد زرج آباد خلخال ----------------------   74

4-5-1- ارزیابی بزرگای زلزله های محتمل در آینده در منطقه سد زرج آباد خلخال ---------------   74

4-5-1-1- اندازگیری طول رخنمون گسلهای بزرگ مقیاس در طبیعت------------------------   74

4-5-1-2- محاسبه بزرگای زلزله های محتمل از فعالیت گسلهای بزرگ مقیاس------------------   76

4-5-2- محاسبه شدت زلزله های محتمل از فعالیت گسلهای بزرگ مقیاس --------------------    78

4-6- نتایج ارزیابی شتاب افقی زمین ناشی از زلزله های آینده در ساختگاه سد زرج آباد خلخال -----   79

4-6-1- محاسبه شتاب افقی زمین ناشی از زلزله های محتمل در رومرکز زلزله ها ----------------   80

4-6-2- محاسبه شتاب افقی زمین ناشی از زلزله های محتمل در ساختگاه سد زرج آباد خلخال -----   81

فصل پنجم

بحث و نتیجه گیری پژوهش

5-1- بحث ------------------------------------------------------------------------   85      

5-2- نتیجه گیری ------------------------------------------------------------------   88

5-3- پیشنهادات -------------------------------------------------------------------   89

 منابع    ---------------------------------------------------------------------------   91

فهرست جداول

عنوان                        صفحه

جدول (2-1)  سرعت امواج زلزله در محیطهای مختلف -------------------------------------   27

جدول (4-1)  مشخصات هندسی دسته درزه‌های اصلی توده سنگ ساختگاه   -------------------   56

جدول (4-2)  تعیین كیفیت توده سنگ (واحد تراكی آندزیت نسبتاً سالم) براساس رده‌بندی RMR --   60

جدول (4-3)  تعیین كیفیت توده سنگ (واحد خرد شده و سست) براساس  رده ‌بندی  RMR ------   61

جدول (4-4) داده های زلزله های رخداده درایران درکاتالوگ پژوهشگاه بین المللی مهندسی زلزله وزلزله شناسی 63

جدول (4-5)  داده های زلزله رخداده در منطقه سد تاشعاع 100 کیلومتری شهر خلخال ----------   63

جدول (4-6) نتایج اندازگیری طول رخنمون گسلهای بزرگ مقیاس مناطق سد زرج آباد ،تا شعاع 100 کیلومتری شهر خلخال -    75

جدول (4-7) نتایج اندازگیری بزرگای گسلهای بزرگ مقیاس مناطق سد زرج آباد ،تا شعاع 100 کیلومتری شهر خلخال 76

جدول (4-8) نتایج اندازگیری بزرگای گسلهای بزرگ مقیاس مناطق سد زرج آباد ،تا شعاع 100 کیلومتری شهر خلخال    78

جدول (4-9) نتایج محاسبه شتاب افقی زمین دررومرکز زلزله های محتمل در مناطق سد زرج آباد ، تا شعاع 100 کیلومتری شهر خلخال    80

جدول (4-10) نتایج محاسبه شتاب افقی زمین در ساختگاه سد زرج آباد ، از زلزله های پیرامون سد تا شعاع 100 کیلومتری شهر خلخال    82

فهرست نمودار

عنوان                                              صفحه

نمودار (4-1)   نمودار توزیع زمانی زلزله های رخداده ، تا شعاع 100 کیلومتری شهرخلخال، در سالهای مختلف    69

 نمودار (4-2)  نمودار چگونگی توزیع زمانی زلزله¬های رخداده ، تا شعاع100 كیلومتری شهرخلخال، درماه های مختلف   69

نمودار (4-3)  نمودار چگونگی توزیع زمانی رخداده ، تا شعاع100 كیلومتری شهرخلخال، در روزهای مختلف    70

نمودار (4-4)  نمودار چگونگی توزیع زمانی زلزله¬های رخداده ، تا شعاع100 كیلومتری شهرخلخال، در ساعت-های مختلف    70

نمودار (4-5)  نمودار چگونگی توزیع بزرگای زلزله های رخداده، تا شعاع 100 كیلومتری شهر خلخال   71

نمودار (4-6)  نمودار چگونگی توزیع عمقی کانون زلزله های رخداد، تا شعاع 100 کیلومتری شهر خلخال     72

فهرست اشکال

عنوان                                                     صفحه

شکل (2- 1)  نما ، پلان و مقطع عرضی سدهای بتنی وزنی ---------------------------------    10

شکل (2- 2)  نما ، پلان و مقطع عرضی سدهای بتنی پشت بنددار ----------------------------   10

شکل (2- 3)  نما ، پلان و مقطع عرضی سدهای بتنی قوسی ---------------------------------   10

شکل (2- 4)  مقطع عرضی ونمایی از یک سد خاکی ---------------------------------------   11

شکل (2- 5)  سد سنگریزه ای --------------------------------------------------------   12

شکل (2-6 A  ( گسل معکوس B. گسل عادی C. گسل امتدادلغز ---------------------------   21

شکل (4- 1)  نقشه موقعیت جغرافیایی سد زرج¬ آباد خلخال ---------------------------------   39

شکل (4- 2)  نقشه ماهواره های سه بعدی از موقعیت سد زرج آباد خلخال ---------------------    40

شکل (4- 3)  راههای دسترسی به محل سد  ---------------------------------------------   41

شکل (4- 4)   نمایی از مورفولوژی و مخزن سد -------------------------------------------   43 

شکل (4- 5)  نمایی از روستای زرج آباد ------------------------------------------------    41

شکل (4- 6)  واحدهای ساختمانی - رسوبی ایران  -----------------------------------------   44  

شکل (4- 7)  نقشه زمین شناسی منطقه کوثر ومحل قرار گیری سد --------------------------    48

شکل (4- 8)  برشی از نهشته‌های واریزه‌ای در تكیه‌گاه چپ ---------------------------------   49

شکل (4- 9)  نقشه بخشی از گسلهای شمال غرب ایران  ------------------------------------   52

شکل (4- 10)  گسلهای F1 و F3 در جناح چپ مخزن نزدیك به ساختگاه (نگاه به جنوب باختر)  --   53

شکل (4- 11)  گسل F2 در جناح چپ مخزن نزدیك به ساختگاه (نگاه به جنوب خاور) -----------   53

شکل (4- 12)  نمایی از ساختگاه سد   --------------------------------------------------   54

شکل (4- 13)  نقشه توپوگرافی زرج آباد و محل قرار گیری سد ------------------------------   55

شکل (4- 14)  تصویر استریوگرافیك برداشت‌ها در تكیه‌گاه راست  ----------------------------   56

شکل (4-15)  تصویر استریوگرافیك برداشت‌ها در تكیه‌گاه چپ ------------------------------   57

شکل (4-16)  وضعیت درزه‌ها در بخشی از ترانشه حفر شده ---------------------------------   58

 شکل (4-17)  محل قرار گیری گمانه za1-za2-za3   --------------------------------------   59

شکل (4-18) نمایی از گمانه زنی در محل ساختگاه سد زرج آباد  -----------------------------   59

شکل (4-19) نمودارتوزیع سطحی رومرکز زلزله های رخداده در منطقه سد زرج آباد، تا شعاع 100 کیلومتری شهرخلخال  73