• 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

    داداش زاده، نازيلا