شماره ركورد
25492
شماره راهنما
GEOL3 96
عنوان
مطالعات زمين شناسي مهندسي مارن هاي منطقه تبريز با تاكيد بر رفتار خزشي آنها
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
علوم زمين- زمين شناسي مهندسي
دانشكده
علوم
تاريخ دفاع
1404/11/16
صفحه شمار
265 ص.
استاد راهنما
مرتضي هاشمي , اكبر قاضي فرد
استاد مشاور
دكتر ابراهيم اصغري كلجاهي
كليدواژه فارسي
مارن , سازندهاي آرژيليتي- مارني , تغيير شكل خزشي , سرعتسنجي تصوير ذرات (PIV) , ويژگي¬هاي ريزساختي , مدلسازي رئولوژيكي , طبقهبندي ژئوتكنيكي
چكيده فارسي
سنگهاي نرم آرژيليتي-مارني شمالغرب ايران (بهويژه واحدهاي متعلق به سازندهاي باغميشه و قرمز بالايي كه سنگبستر بخش عمدهاي از شهر تبريز را تشكيل ميدهند)، يكي از چالشبرانگيزترين مواد زمينشناسي مهندسي محسوب ميشوند. حساسيت بالاي اين مواد به هوازدگي، تغييرشكل خزشي و گسيختگي پيشرونده، پايداري بلندمدت پيها، حفاري¬هاي زيرزميني و شيبهاي طبيعي و مصنوعي را با مشكلات جدي مواجه ميسازد. با وجود گسترش وسيع اين رسوبات در حوضههاي نئوژن ايران، مكانيسمهاي حاكم بر تغييرشكل وابسته به زمان در اين مواد (خاك سخت/سنگ نرم)، بدليل كانيشناسي ناهمگن، مقادير متفاوت كربنات و ريزساخت پيچيده، هنوز بطور كافي شناخته نشدهاند. اين پژوهش، نخستين بررسي يكپارچه زمينشناسي، ويژگيهاي فيزيكوشيميايي، كانيشناسي و رفتار رئولوژيكي مارنهاي تبريز است كه با تمركز بر مكانيسمهاي ايجاد خزش و توسعه ابزارهاي پيشبيني دقيق براي كاربردهاي مهندسي، انجام شده است. 51 نمونه، پس از بررسيهاي صحرايي و نقشهبرداري گسترده از نواحي مختلف تبريز برداشت و تحت مجموعهاي كامل از آزمايشهاي آزمايشگاهي شامل: پراش پرتو ايكس (XRD)، كلسيمتري، تصويربرداري SEM، مطالعات پتروگرافي و آزمايشهاي استاندارد ژئوتكنيكي و مكانيكي قرار گرفتند. نتايج نشان ميدهد كه ميزان سيمانيشدن، محتواي كربنات كلسيم، نوع و مقدار كانيهاي رسي؛ بهويژه مونتموريلونيت، لايههاي مختلط ايليت–مونتموريلونيت و نيز ناهمگني ريزساختي، نقش اصلي را در مقاومت، دوام و حساسيت نمونهها به خزش، ايفا ميكنند.
آزمايشهاي خزش تكمحوري بلندمدت، در تنشهاي فراتر از تنش تسليم آشكار ساخت كه تمام نمونهها هر سه مرحله خزش را بروز ميدهند و زمان گسيختگي آنها بين 3 تا 12 روز متغير است. واحدهاي آرژيليتي – مارني سبز و زرد رفتار خزشي شتاب¬دارتر نشان دادند، در حاليكه نمونه¬هاي مارني خاكستري با وجود سرعت كمتر در تجمع كرنش، تحت كرنش كمتري به گسيختگي كامل رسيدند كه بازتابي از ناهمسانگردي و ساختار دروني آنهاست. براي تحليل دقيقتر مكانيسمهاي تغييرشكل در مقياس ريزساخت، سامانه سرعتسنجي تصويري ذرات (Geo-PIV) در آزمايشهاي خزش بهكار گرفته شد. تحليلهاي PIV، ميدانهاي جابجايي داخلي، الگوهاي آغاز ترك و نواحي تمركز تدريجي تنش را آشكار كرد كه در مشاهدات ماكروسكوپي قابل تشخيص نبودند و از اين طريق ارتباطي روشن ميان ويژگيهاي كانيشناسي– ريزساختي و رفتار مكانيكي وابسته به زمان برقرار شد. بر پايه اين دادهها، يك مدل رئولوژيكي اختصاصي براي سنگهاي نرم آرژيليتي- مارني، با عنوان مدل خزش آرژيليتي (ACM)، توسعه داده شد كه در آن محتواي رسهاي متورمشونده، چسبندگي و زاويه اصطكاك بصورت صريح در چارچوب مدلسازي وارد شده است. اين مدل اجزاي الاستيك، ويسكوالاستيك و ويسكوپلاستيك را با دقت مناسب بازتوليد كرده و توانايي ارائه پيشبينيهاي مبتني بر مكانيسم رفتار تغييرشكل بلندمدت را دارد.
در ادامه، ادغام دادههاي كانيشناسي، ريزساختي، مكانيكي و شاخصهاي دوام منجر به تدوين يك سامانه طبقهبندي نوين در زمينشناسي مهندسي براي توالي واحدهاي آرژيليتي- مارني تبريز شد. اين چارچوب با معرفي دو شاخص كمي "شاخص مقاومت (STI) و شاخص تخريب (DEI)" قادر است ميان رخسارههاي پايدار و بسيار ناپايدار تمايز مؤثر ايجاد كند. يافتهها نشان ميدهد كه اصطلاح رايج «مارن» بيانگر تنوع واقعي و رفتار مهندسي اين مواد نيست؛ بهگونهاي كه واحدهاي زرد و زيتوني از رده مارن خارج شده و مارنهاي خاكستري به زيرگروههاي مهندسي دقيقتر تقسيم شدند.
بطور كلي، اين پاياننامه با ارائه يك توصيف جامع و تحليلي از رفتار خزش و تغييرشكل مارنهاي تبريز، معرفي يك مدل رئولوژيكي پيشبينيكننده نوين و پيشنهاد يك سامانه طبقهبندي پيشرفته، گام مهمي در ارتقاي شناخت رفتار وابسته به زمان سازندهاي آرژيليتي- مارني برداشته و ابزارهاي قابل اتكايي را براي افزايش ايمني، كارايي و پايداري زيرساختها در محيطهاي زمينشناسي مشابه فراهم ميآورد
كليدواژه لاتين
Marl , Argillaceous- Marly formations , Creep deformation , Particle Image Velocimetry (PIV) , Microstructural characteristics , Rheological modelling , Geotechnical classification
عنوان لاتين
Engineering Geological Investigations of the Marls in the Tabriz Region with Emphasis on Their Creep Behaviour
گروه آموزشي
زمين شناسي
چكيده لاتين
The soft argillaceous-marly rocks of northwestern Iran—particularly the units belonging to the Baghmishe and Upper Red formations, which constitute the bedrock underlying much of Tabriz—are among the most challenging materials in engineering geology. Their high susceptibility to weathering, creep deformation, and progressive failure poses serious issues for the long-term stability of foundations, underground excavations, and both natural and man-made slopes. Despite their extensive occurrence within Neogene basins of Iran, the governing mechanisms of time-dependent deformation in these hard-soil/soft-rock materials remain inadequately understood due to heterogeneous mineralogy, variable carbonate content, and complex microstructures.
This research represents the first integrated geological, physicochemical, mineralogical, and rheological investigation of Tabriz marls, with a primary focus on creep-inducing mechanisms and the development of accurate predictive tools for engineering applications. Following comprehensive field investigations and mapping, 51 samples were collected from various parts of Tabriz and subjected to a full suite of laboratory analyses, including X-ray diffraction (XRD), calcimetry, SEM imaging, petrographic studies, and standard geotechnical and mechanical tests. The results indicate that the degree of cementation, calcium carbonate content, the type and amount of clay minerals—particularly montmorillonite and illite–montmorillonite mixed layers—as well as microstructural heterogeneity, play the central role in controlling strength, durability, and creep susceptibility.
Long-term uniaxial creep tests conducted at stresses exceeding the yield stress revealed that all specimens exhibit the three classical creep stages, with failure times ranging from 3 to 12 days. The green and yellow argillaceous–marly units demonstrated more accelerated creep behaviour, whereas the grey marls, despite lower strain accumulation rates, reached complete failure at smaller strains—reflecting their anisotropy and internal structure. To examine deformation mechanisms at the microstructural scale, a particle image velocimetry system (Geo-PIV) was employed during creep tests. The PIV analyses revealed internal displacement fields, crack initiation patterns, and zones of progressive stress concentration that were not detectable in macroscopic observations, thereby establishing a clear link between mineralogical–microstructural characteristics and time-dependent mechanical behaviour.
Based on these findings, a dedicated rheological model for soft argillceouse–marly rocks—termed the Argillaceous Creep Model (ACM)—was developed. The model explicitly incorporates swelling-clay content, cohesion, and friction angle within its framework, and accurately reproduces elastic, viscoelastic, and viscoplastic components of behaviour, enabling mechanism-based predictions of long-term deformation.
Furthermore, integration of mineralogical, microstructural, mechanical, and durability data led to the formulation of a new engineering-geological classification system for the argillaceous sequence of Tabriz. This framework introduces two quantitative indices—the Strength Index (STI) and the Degradation Index (DEI)—allowing effective differentiation between stable and highly unstable facies. The results show that the conventional term “marl” does not adequately reflect the true variability or engineering behaviour of these materials: the yellow and olive-coloured units fall outside the marl category, while the grey marls are subdivided into more precise engineering subgroups.
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
152020
نويسنده