پايان نامه  كارشناسي ارشد M.Sc. 

گرايش: زمين شناسي مهندسي

ارزيابي اثرات زلزله هاي آينده درساختگاه سد زرج آباد خلخال ازديدگاه زمين شناسي مهندسي و ژئوتكنيك

چكيده:

اين پژوهش براي ارزيا بي اثرات زلزله هاي محتمل آينده در ساختگاه سد زرج آباد، در استان اردبيل، درفاصله 60 كيلومتري غرب شهرستان خلخال، صورت گرفته است. نتايج بررسي ها معلوم نمودندكه ساختگاه سد عمدتا از سنگهاي آذرين نئوژن و نهشته هاي متعلق به اليگوسن ورسوبات كواترنري تشكيل شده است.

گسلهاي بزرگ مقياس در فواصل دور و پنج گسل متوسط مقياس در فواصل نزديك به ساختگاه ومخزن سد (گسلهايF1  تا F2) وجود دارند. همچنين در سنگهاي تكيه گاه راست وچپ به طور كلي چهار دسته درز با مشخصات هندسي متفاوت وجود دارد. شاخص هاي نشا نگر كيفيت مهندسي سنگهاي موجود در ساختگاه سد زرج آباد، از جمله شاخص (RQD ) و (RMR) و ميزان زاويه اصطكاك و ضريب چسبندگي آنها نشانگر كيفيت ضعيف سنگهاي مقاوم  وكيفيت خيلي ضعيف سنگهاي نا مقاوم ورسوبات آبرفتي مي باشند. وهمچنين نفوذپديري واحد هاي سنگي با عدد لوژان بيشتر از 70، نشانگر  نفوذپذيري زياد و مقاومت كم آنها، و نفوذپديري واحد هاي آبرفتي با عدد لفران، بسيار كمتر، نشانگر نفوذپذيري كم و مقاومت زياد آنها، مي باشد.

در مدت 84 سال گذشته زلزله هاي متعددي در مناطق پيرامون ساختگاه سد رخداده و قويترين آنها داراي بزرگاي 6/6 درجه ريشتر بوده است. بيشينه شتاب افقي زمين ناشي از زلزله هاي آينده در ساختگاه سد زرج آباد، برابر با (26/0) گال (يا سانتيمتر بر مجذور ثانيه) خواهد بود و اين مقدار شتاب زمين، از زلزله ناشي از تجديد فعاليت گسل قالين قيه درفاصله 31/8 كيلومتري ساختگاه قابل انتظار خواهد بود و در صورتيكه در طراحي سد زرج آباد اين مقدار شتاب زمين لحاظ شده باشد، و ساخت سد نيز با رعايت كليه ضوابط مهندسي و با استفاده از مصالح با كيفيت و مناسب انجام شود، چندان خطرناك نخواهد بود.

كليد واژه :

زرج آباد

سد

پي

گسل

كيفيت سنگ

زلزله

شتاب زمين

فهرست مطالب

عنوان                   صفحه

فصل اول

كليات پژوهش

1-1 بيان مسأله ---------------------------------------------------------------------   2

1-2-  ضرورتهاي انجام پژوهش ---------------------------------------------------------   3

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

1-3-1-   اهداف علمي  ---------------------------------------------------------------   3

1-3-2-  اهداف كاربردي --------------------------------------------------------------   4

1-4-  فرضيه¬هاي پژوهش -------------------------------------------------------------   4

1-5- متغيرهاي پژوهش  --------------------------------------------------------------   4

1-6- پيش فرضهاي پژوهش------------------------------------------------------------   5

1-7- اصطلاحات علمي پژوهش---------------------------------------------------------   5

فصل دوم

مباني نظري  و  پيشينه  پژوهش

2-1-  مباني نظري -------------------------------------------------------------------   8

2-1-1- تعريف سد-------------------------------------------------------------------   8

2-1-2-  معرفي انواع مختلف سدها -----------------------------------------------------    8

2-1-2-1- سدهاي بتني---------------------------------------------------------------   9

2-1-2-2- سدهاي سنگي ------------------------------------------------------------   11

2-1-2-3- سدهاي خاكي ------------------------------------------------------------   11

2-1-3- معرفي مطالعات متداول براي سد سازي  ------------------------------------------   13

2-1-4- تعريف زلزله ----------------------------------------------------------------   15

2-1-5- تعريف اصطلاحات زلزله -------------------------------------------------------   15

2-1-6- تعريف گسل ---------------------------------------------------------------    20

2-1-6-1- گسل هاي فشاري يا معكوس-------------------------------------------------   20

2-1-6 -2- گسل هاي كششي يا عادي   ------------------------------------------------   20

2-1-6-3- گسل هاي امتداد لغز يا امتدادي ---------------------------------------------    21

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

2-1-8- معرفي مطالعات متداول براي ارزيابي خطرات زلزله¬هاي محتمل  بر ساختگاه سدها --------   22

2-1-8-1-  بررسي سوابق زلزله خيزيي منطقه -------------------------------------------    23

2-1-8-2-  بررسي گسلهاي بزرگ موجود در منطقه --------------------------------------    23

2-1-8-3-  محاسبه بزرگاي زلزله¬هاي محتمل از تجديد فعاليت گسل¬ها  -----------------------   23

2-1-8-4- محاسبه بيشينه شدت زلزله هاي محتمل از تجديد فعاليت گسل¬هاي موجود ----------    23

2-1-8-5- محاسبه بيشينه شتاب افقي زمين ناشي از زلزله هاي محتمل در رومركز زلزله ها  ------    23

2-1-8-6- محاسبه بيشينه شتاب افقي زمين ناشي از زلزله¬هاي محتمل در ساختگاه سد-----------   24 

2-1-9- ضرورت ارزيابي خطرات زلزله هاي محتمل  ----------------------------------------   24

2-1-10- اثرات زلزله در رخداد پديده روانگرايي  ------------------------------------------   25

2-1-11- پايداري سدهاي خاكي در برابر زلزله -------------------------------------------    25

2-1-12- ويژگي هاي ديناميكي سدهاي خاكي -------------------------------------------   26

2-1-12- بررسي اثر برخي از زلزله هاي وقوع يافته بر سد هاي خاكي اطراف آن ها ---------------   27

2-2- پيشينه پژوهش ---------------------------------------------------------------    28

2-2-1- پيشينه پژوهش هاي سد سازي ------------------------------------------------    28

2-2-2- پيشينه پژوهش هاي سد زرج آباد خلخال  ----------------------------------------   29

فصل سوم

مواد وروش ها

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

3-1-1-  نقشه هاي زمين شناسي ------------------------------------------------------   32

3-1-2- گزارشهاي زمين شناسي و زمين شناسي مهندسي ----------------------------------   33

3-1-3-  داده هاي زلزله ها -----------------------------------------------------------   33

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

3-1-5-  نرم افزارهاي تخصصي  -------------------------------------------------------   33

3-2 روشهاي پژوهش ----------------------------------------------------------------   34

3-2-1-  روش بررسي ويژگيهاي جغرافيايي ----------------------------------------------   34

3-2-2- روش بررسي ويژگيهاي زمين شناسي --------------------------------------------   34

3-2-3 - روش بررسي ويژگيهاي زمين شناسي مهندسي  -----------------------------------   34

3-2-4- روش طبقه بندي مهندسي سنگ ها ---------------------------------------------   35

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

3-2-4-2 رده بندي ژئومكانيكي سنگRMR ---------------------------------------------   35

3-2-5-  روش بررسي داده هاي زلزله --------------------------------------------------   36

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

3-2-7 روش محاسبه بيشينه بزرگاي زلزله هاي محتمل ------------------------------------   36

3-2-8- روش محاسبه بيشينه شدت زلزله هاي محتمل ------------------------------------   37

. 3-2-9-  روش محاسبه بيشينه شتاب افقي زمين محتمل در ساختگاه سد  -------------------   37

فصل چهارم

نتايج

4-1- نتايج بررسي ويژگيهاي جغرافيايي منطقه سدزرج آباد خلخال ---------------------------   39

4-1-1- موقعيت جغرافيايي  ----------------------------------------------------------   38

4-1-2- راههاي دسترسي به محل سد --------------------------------------------------   41

4-1-3- مورفولوژي -----------------------------------------------------------------   41

4-1-4- بررسي آباديها ومردم منطقه سد زرج آباد -----------------------------------------   43 

4-2-  نتايج بررسي ويژگي هاي زمين شناسي منطقه سد زرج آباد خلخال  ----------------------   44

4-2-1- زمين شناسي عمومي منطقه سد زرج آباد خلخال  ----------------------------------   44

4-2-1- 1- زمين شناسي عمومي محدوده ساختگاه  ---------------------------------------   45

4-2-2- سنگ چينه شناسي منطقه سد زرج آباد خلخال  -----------------------------------   46

4-2-2-1- سنگ چينه شناسي ساختگاه سد زرج آباد خلخال --------------------------------   46

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

4-3- نتايج بررسيهاي زمين شناسي مهندسي و ژئوتكنيكي ساختگاه سدزرج آباد خلخال  ----------   52

4-3-1- ريخت شناسي --------------------------------------------------------------   52

4-3-2- بررسي درزه هاي سنگ ها -----------------------------------------------------   55

4-3-3- نتايج  شاخص كيفي توده سنگ (R.Q.D) ----------------------------------------   58

4-3-4- نتايج تعيين كيفيت توده سنگ بر اساس (RMR)  ------------------------------   59

4-3-5- نتايج آزمايش لوژان و نفوذپذيري در واحدهاي سنگي--------------------------------   61

4-3-6- نتايج آزمايش لفران و نفوذپذيري درواحدهاي آبرفت  --------------------------------   62

4-4- نتايج بررسي ويژگيهاي زلزله هاي رخداده در منطقه سدزرج آباد  ------------------------   62

4-4-1- معرفي كاتالوك و داده هاي زلزله هاي رخداده -------------------------------------   62

4-4-2- بررسي چگونگي توزيع زماني زلزله هاي رخداده ------------------------------------   68

4-4-3- بررسي چگونگي توزيع بزرگاي زلزله هاي رخداده -----------------------------------   71

4-4-4- بررسي چگونگي توزيع عمقي كانون زلزله هاي رخداده  ------------------------------   72

4-4-5- بررسي چگونگي توزيع سطحي رومركز زلزله هاي رخداده ----------------------------   72

4-5-  نتايج ارزيابي خطر زلزله هاي آينده در منطقه سد زرج آباد خلخال ----------------------   74

4-5-1- ارزيابي بزرگاي زلزله هاي محتمل در آينده در منطقه سد زرج آباد خلخال ---------------   74

4-5-1-1- اندازگيري طول رخنمون گسلهاي بزرگ مقياس در طبيعت------------------------   74

4-5-1-2- محاسبه بزرگاي زلزله هاي محتمل از فعاليت گسلهاي بزرگ مقياس------------------   76

4-5-2- محاسبه شدت زلزله هاي محتمل از فعاليت گسلهاي بزرگ مقياس --------------------    78

4-6- نتايج ارزيابي شتاب افقي زمين ناشي از زلزله هاي آينده در ساختگاه سد زرج آباد خلخال -----   79

4-6-1- محاسبه شتاب افقي زمين ناشي از زلزله هاي محتمل در رومركز زلزله ها ----------------   80

4-6-2- محاسبه شتاب افقي زمين ناشي از زلزله هاي محتمل در ساختگاه سد زرج آباد خلخال -----   81

فصل پنجم

بحث و نتيجه گيري پژوهش

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

5-2- نتيجه گيري ------------------------------------------------------------------   88

5-3- پيشنهادات -------------------------------------------------------------------   89

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

فهرست جداول

عنوان                        صفحه

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

جدول (4-1)  مشخصات هندسي دسته درزه‌هاي اصلي توده سنگ ساختگاه   -------------------   56

جدول (4-2)  تعيين كيفيت توده سنگ (واحد تراكي آندزيت نسبتاً سالم) براساس رده‌بندي RMR --   60

جدول (4-3)  تعيين كيفيت توده سنگ (واحد خرد شده و سست) براساس  رده ‌بندي  RMR ------   61

جدول (4-4) داده هاي زلزله هاي رخداده درايران دركاتالوگ پژوهشگاه بين المللي مهندسي زلزله وزلزله شناسي 63

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

جدول (4-6) نتايج اندازگيري طول رخنمون گسلهاي بزرگ مقياس مناطق سد زرج آباد ،تا شعاع 100 كيلومتري شهر خلخال -    75

جدول (4-7) نتايج اندازگيري بزرگاي گسلهاي بزرگ مقياس مناطق سد زرج آباد ،تا شعاع 100 كيلومتري شهر خلخال 76

جدول (4-8) نتايج اندازگيري بزرگاي گسلهاي بزرگ مقياس مناطق سد زرج آباد ،تا شعاع 100 كيلومتري شهر خلخال    78

جدول (4-9) نتايج محاسبه شتاب افقي زمين دررومركز زلزله هاي محتمل در مناطق سد زرج آباد ، تا شعاع 100 كيلومتري شهر خلخال    80

جدول (4-10) نتايج محاسبه شتاب افقي زمين در ساختگاه سد زرج آباد ، از زلزله هاي پيرامون سد تا شعاع 100 كيلومتري شهر خلخال    82

فهرست نمودار

عنوان                                              صفحه

نمودار (4-1)   نمودار توزيع زماني زلزله هاي رخداده ، تا شعاع 100 كيلومتري شهرخلخال، در سالهاي مختلف    69

 نمودار (4-2)  نمودار چگونگي توزيع زماني زلزله¬هاي رخداده ، تا شعاع100 كيلومتري شهرخلخال، درماه هاي مختلف   69

نمودار (4-3)  نمودار چگونگي توزيع زماني رخداده ، تا شعاع100 كيلومتري شهرخلخال، در روزهاي مختلف    70

نمودار (4-4)  نمودار چگونگي توزيع زماني زلزله¬هاي رخداده ، تا شعاع100 كيلومتري شهرخلخال، در ساعت-هاي مختلف    70

نمودار (4-5)  نمودار چگونگي توزيع بزرگاي زلزله هاي رخداده، تا شعاع 100 كيلومتري شهر خلخال   71

نمودار (4-6)  نمودار چگونگي توزيع عمقي كانون زلزله هاي رخداد، تا شعاع 100 كيلومتري شهر خلخال     72

فهرست اشكال

عنوان                                                     صفحه

شكل (2- 1)  نما ، پلان و مقطع عرضي سدهاي بتني وزني ---------------------------------    10

شكل (2- 2)  نما ، پلان و مقطع عرضي سدهاي بتني پشت بنددار ----------------------------   10

شكل (2- 3)  نما ، پلان و مقطع عرضي سدهاي بتني قوسي ---------------------------------   10

شكل (2- 4)  مقطع عرضي ونمايي از يك سد خاكي ---------------------------------------   11

شكل (2- 5)  سد سنگريزه اي --------------------------------------------------------   12

شكل (2-6 A  ( گسل معكوس B. گسل عادي C. گسل امتدادلغز ---------------------------   21

شكل (4- 1)  نقشه موقعيت جغرافيايي سد زرج¬ آباد خلخال ---------------------------------   39

شكل (4- 2)  نقشه ماهواره هاي سه بعدي از موقعيت سد زرج آباد خلخال ---------------------    40

شكل (4- 3)  راههاي دسترسي به محل سد  ---------------------------------------------   41

شكل (4- 4)   نمايي از مورفولوژي و مخزن سد -------------------------------------------   43 

شكل (4- 5)  نمايي از روستاي زرج آباد ------------------------------------------------    41

شكل (4- 6)  واحدهاي ساختماني - رسوبي ايران  -----------------------------------------   44  

شكل (4- 7)  نقشه زمين شناسي منطقه كوثر ومحل قرار گيري سد --------------------------    48

شكل (4- 8)  برشي از نهشته‌هاي واريزه‌اي در تكيه‌گاه چپ ---------------------------------   49

شكل (4- 9)  نقشه بخشي از گسلهاي شمال غرب ايران  ------------------------------------   52

شكل (4- 10)  گسلهاي F1 و F3 در جناح چپ مخزن نزديك به ساختگاه (نگاه به جنوب باختر)  --   53

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

شكل (4- 12)  نمايي از ساختگاه سد   --------------------------------------------------   54

شكل (4- 13)  نقشه توپوگرافي زرج آباد و محل قرار گيري سد ------------------------------   55

شكل (4- 14)  تصوير استريوگرافيك برداشت‌ها در تكيه‌گاه راست  ----------------------------   56

شكل (4-15)  تصوير استريوگرافيك برداشت‌ها در تكيه‌گاه چپ ------------------------------   57

شكل (4-16)  وضعيت درزه‌ها در بخشي از ترانشه حفر شده ---------------------------------   58

 شكل (4-17)  محل قرار گيري گمانه za1-za2-za3   --------------------------------------   59

شكل (4-18) نمايي از گمانه زني در محل ساختگاه سد زرج آباد  -----------------------------   59

شكل (4-19) نمودارتوزيع سطحي رومركز زلزله هاي رخداده در منطقه سد زرج آباد، تا شعاع 100 كيلومتري شهرخلخال  73