فروچاله ها ( Sinkholes )


فرورفتگیهای قیفی شکل در زمینهای آهکی که در اثر حل شدن سنگهای مزبور و فروریختن سقف ایجاد می شوند. بدینصورت که سطح زمین حول یک نقطه زهکشی داخلی، فرسایش یافته است. ژئومورفولوژیستها این فرورفتگیها را "دولین" می نامند؛ اما مهندسین آنها را "فروچال یا سینک هول " می خوانند. قطر فروچالها از 1m تا 1km متغیر بوده و عمقشان ممکن است تا500m نیز برسد و به ۶ نوع مختلف طبقه بندی می شوند (شکل5) که هر کدام مکانیسم تشکیل مختص به خود را دارند. انواع فروچالها توسط Waltham et al (2005) توضیح داده شده است. مورفولوژیهای سنگی، در حالت طبیعی پایدار هستند، مگر اینکه دارای شکاف بوده یا بر روی حفرات قرار گرفته باشند. خطرات مهم و اصلی در زمینهای کارستی، توسط فروچاله ای تشکیل شده در پوششهای خاکی است.  


   انواع فروچالها:       
      +  
فروچالهای انحلالی: (Dissolution sinkholes)  انحلالهای آهسته درزیر رخنمونها یا توپوگرافی های آهکی به کمک فروریختگیهای کوچک مقیاس. این نوع از فروچاله ها از اشکال فراوان کارستیک بوده که تشکیل آنها در مقیاس های زمانی زمین شناسی صورت می گیرد. انواع قدیمی شان که 1000m طول و 10m عمق دارند، هنوز هم پتانسیل افزایش ابعاد را خواهند داشت. مورفولوژیهای انحلالی، قابل مقایسه با Pothole (دیگ غول یا گودالهای گرد) و Shaft (دودکشهای بزرگ ، چاههای عمودی) بوده با این تفاوت که این اشکال، در گودالهای کم عمق و دارای رژیم محدود جریانی تشکیل شده، در حالیکه فروچالهای مخروطی، توسط آبهای تراوشی پراکنده، بوجود می آیند.     


      +  
فروچالهای ریزشی یا سقوطی: (Collapse sinklohes) که توسط شکست آنی پیشرونده و سقوط سقفهای آهکی بر روی حفرات بزرگ یا مجموعه ای از حفرات کوچک تشکیل می شوند. سنگ آهکهای سالم، مقاوم بوده و ریزشهای حفره ای بزرگ مقیاس نادری دارند ( اغلب دره های عمیق آهکی، حفرات و غارهای ریزشی نیستند) هر چند که فروچالهای ریزشی بزرگ مقیاس، معمول نیستند؛ ولیکن ریزشهای کوچک مقیاس به فرسایش کارستها کمک کرده و یک پیوستگی ساختاری بین انواع فروچالهای ریزشی و انحلالی بوجود می آورند.            


      +  
فروچالهای دارای پوشش سنگی : (Caprock sinkholes)  که قابل مقایسه با فروچالهای ریزشی هستند، با این تفاوت که یک سقوط و حفره زایی تحتانی پوشش سنگی غیر قابل انحلال قرار گرفته روی حفرات کارستیک آهک زیرین نیز وجود دارد. این فروچالها، در کارستهای قدیمه ( پالئو کارست) یا کارستهای بین چینه ای همراه با حفرات بزرگ در سنگ آهکهای دفن شده تشکیل شده و بنابراین در رخنمونهای سنگی غیر قابل انحلال، قابل رویت هستند.         

      +  
فروچالهای سقوطی یا فرونشستی: ( Dropout sinkholes)  در خاکهای چسبنده ای که آب باران باعث شسته شدن خاک به داخل حفرات و شکافهای پایدار سنگ آهکهای زیرین می شود (شکل ۶ ). وقتی که به داخل درز و شکاف سنگ آهک زیرین شسته می شود، حفراتی که به آهستگی بطرف بالا عریض شده و سپس متوقف می شوند، توسط خاک پر شده وسطح زمین بسرعت تخریب می شود. به این نوع از فروچالها، فروچالهای فروریختگی سطحی نیز می گویند.        

      +  
فروچالهای پر شونده: (Suffosion sinkholes)  وقتیکه قسمتهای پائینی خاک به داخل درز وشکاف سنگ آهک زیرین شسته شود، قسمتهای فوقانی ریزش کرده وسطح زمین به آهستگی فرونشست میکند (فرایند پر کنندگی). در یک خاک ماسه ای دانه ای، سالها طول می کشد تا چنین فروچاله ای تشکیل شود. در خاکهای رس چسبنده تا خاکهای ماسه ای غیر چسبنده، یک پیوستگی مورفولوژیکی و ژنتیکی بین فروچالهای فرونشستی و پر شونده وجود دارد. هر دو نوع فروچاله ممکن است متوالیا در یک منطقه با تغییر در شرایط بارش و جریان بوجود آیند؛ بطوریکه فرایند فرونشستی را می توان همان فرایند پرشوندگی با سرعت بالا تصور کرد. این دو نوع از فروچاله ها، از معمولی ترین انواع کارست بوده که از هر دو نوع می توان بعنوان فروچالهای فرونشستی یاد کرد و از مهمترین خطرات مهندسی عمران بشمار می روند.

      +  
فروچالهای دفنی : (Buried sinkholes)  زمانیکه فروچالهای ریزشی یا انحلالی قدیمه توسط خاک، واریزه و یا رسوبات بخاطر تغییر محیط پر شده باشند، بوجود می آیند. فرونشست سطحی بخاطر تراکم خاک صورت گرفته و در صورت شسته شدن خاک به اعماق، شدیدتر می شود. این فروچاله ها، توپوگرافی مشخص و بارزی دارند که می توانند پایداری فونداسیونها را بخطر اندازند. آنها ممکن است اجزاء اشکال منفرد و جداافتاده ای از یک مورفولوژی کارستیک هرمی باشند و همچنین می توانند شامل فروچالهای پر شده، لوله های پر شده با خاک و لوله های برشی کوچک بدون هیچگونه آثار و علائم سطحی باشند. لوله های برشی بزرگ، برروی تبخیریهای دفنی عمیق تشکیل می شوند. نشست آهسته مواد پرکننده فروچاله های دفنی که شاید بدلیل انحراف سطح آب زیرزمینی باشد، فرونشستهای سطحی کم عمقی را ایجاد می کنند ؛ مثل فروچالهای تراکمی آفریقای جنوبی.

 


 

   فروچالهای خطر آفرین:      
مهمترین فروچالهایی که در فعالیتهای مهندسی عمران خطرناک هستند، انواعی هستند که تحت شکستگی و فروریختگی سریع خاک صورت گرفته و تشکیل فروچاله های پر شونده و فرونشستی را می دهند. کارستهای نوع فرونشستهای آنی و سریع، تنها کارستهای خطرناکی هستند که همیشه باعث مرگ انسانها می شوند و اغلب خاکها به اندازه کافی چسبنده هستند که این نوع کارستها بتوانند بطور ناگهانی در آنها تشکیل شوند. در پروفیلهای خاکی نازک، شکست فروچاله ها به مقدار فراوان و در ابعاد کوچک صورت می گیرد و اغلب مسائل مربوط به پی سازه ها، در خاکهای با ضخامت 2-10m قرار گرفته بر روی توپوگرافی درز و شکافدار است.

 


 

منبع:

مقاله تشکیل غار و بررسی آبخوانهای کارستی  ، نویسنده: مجتبی لشکری پور-امیر میرزائی-پوریا کابلی       از سایت فدک     

   + سید مجید میر کاظمیان - ۳:٠۸ ‎ب.ظ ; یکشنبه ۱٢ دی ۱۳۸٩

زمین لغزش (Landslide) - بخش اول

زمین لغزش و خطرات آن

پدیده ی زمین لغزش در کشور ما یکی از مخاطرات طبیعی است که همواره با میلیارد ها ریال خسارات مالی و جانی همراه است. شناخت عوامل ایجاد و گونه های مختلف آن برای زمین شناسان و مهندسین عمران از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. داشتن اطلاعات پایه ای در این زمینه برای طراحی های جاده ای و شهری سازه ها کمک شایانی به جلوگیری از وقوع زمین لغزش  و اعمال تمهیدات برای پایدارسازی دامنه ها و نتیجتا پیشگیری از خسارات مالی و جانی می کند .

اطلاعاتی که در زیر ارائه می شود مقدمه ای از اطلاعات پایه ای علمی در مورد شناخت و مطالعه ی زمین لغزه ها و انواع مختلف آنهاست. همچنین برخی اطلاعات ابتدایی در مورد چگونگی شکل گیری و آغاز این پدیده  به عنوان یک مخاطره ی طبیعی ارائه می شود.

 

واژه زمین لغزش به محدوده ی متنوعی از پدیده هایی اطلاق می گردد که  نتیجه ی آنها جابجایی به طرف پایین و به طرف خارج مواد سازنده شیب ها که شامل سنگ، خاک و خاکریز های مصنوعی یا ترکیبی از آنهاست می باشد.مواد می توانند بوسیله ی حالاتی چون سقوط، واژگون شدن، لغزیدن، پهن شدن و یا روان شدن جابجا گردند.

شکل 1: نمایی شماتیک از یک زمین لغزش که بخش های مختلف آن مشخص و نامگذاری شده است.

 

اگرچه زمین لغزش ها معمولا در ارتباط با مناطق کوهستانی شکل می گیرند، اما در مناطق کم ارتفاع نیز امکان رخداد آنها وجود دارد. در مناطق کم ارتفاع، زمین لغزش ها در اثر خطای خاکبرداری و خاکریزی (در حفاری های راه سازی و ساختمان سازی)، گسیختگی دیواره های رودخانه ها، گسترش جانبی زمین لغزش ها، فروپاشی توده های دپو شده ی باطه ی معادن (بخصوص ذغال)، و نمونه های متنوعی ازگسیختگی شیب ها در ارتباط با معادن سنگ لاشه و معادن روباز اتفاق می افتند.

رایج ترین گونه های زمین لغزش در زیر شرح داده شده اند.

انواع زمین لغزش ها

-         لغزش چرخشی (Rotational slide)

در این لغزش سطح گسیختگی به صورت یک منحنی با تقعر رو به بالاست و جابجایی لغزشی تقریبا چرخشی و حول محوری موازی سطح زمین در سراسر عرض لغزش اتفاق می افتد.


 

-         لغزش انتقالی (Translational slide)

در این نوع لغزش، توده ی لغزشی در راستای یک سطح تقریبا مسطح با چرخش یا واژگونی کم جابجا می شود.


 

-         لغزش بلوکی (Block slide)

یک لغزش انتقالی است که توده ی متحرک از یک جنس یا واحدهای بسیار نزدیک به هم تشکیل شده است و به صورت یک توده ی به هم چسبیده بر روی شیب به طرف پایین جابجا می شود.

 

-         فرو ریزش (Fall)

فرو ریزش، جابجایی ناگهانی توده هایی از مواد زمین، مانند سنگ ها و تخته سنگ هایی است که از شیب های تند و صخره ها جدا شده اند. این جدایش سنگ ها و تخته سنگ ها در راستای ناپیوستگی ها مانند شکستگی ها، درزه ها و سطوح لایه بندی رخ می دهد. حرکت آنها نیز به صورت افتادن آزادانه، پرش و یا غلطیدن خواهد بود. فروریزش ها قویا به گرانش، هوازدگی مکانیکی و حضور آب بین منفذی وابسته است.

 

-         واژگونی (Topple)

شکستگی واژگونی با چرخش به جلوی یک واحد (یا واحدها) حول تعدادی نقطه محوری در پایین آن، تحت اثر نیروی ثقل و نیروهایی که از واحدهای مجاور وارد می شود و یا فشار آب بین منفذی در شکاف های سنگ ها اتفاق می افتد.

 

 

-          جریان واریزه (Debris flow)

جریان واریزه نوعی از جابجایی سریع توده مواد است که شامل مجموعه ای از خاک سست و غیر چسبنده، سنگ، مواد آلی،  هوا و آب جاری به عنوان روانه گل می باشد و به صورت ناگهانی به طرف پایین شیب ها جریان می یابد. جریان های واریزه کمتر از 50 درصد خاک و مواد دانه ریز دارند. این جریان ها معمولا در اثر شدت جریان آب سطحی بوجود می آیند. بارش سنگین تگرگ و یا ذوب شدن سریع برف باعث فرسایش و جابجایی خاک غیر جسبنده یا سنگ های روی دامنه های پر شیب می شود. جریان های واریزه همچنین نسبت به دیگر انواع زمین لغزش هایی که بر روی دامنه های پرشیب اتفاق می افتند رایج تر هستند، تقریبا اشباع از آب هستند و بخش زیادی از مواد آنها در اندازه سیلت و ماسه می باشد. خاستگاه جریان های واریزه اغلب در ارتباط با آبگذرهای پرشیب توسعه می یابند. و نهشته های جریان واریزه معمولا در دهانه ی این آبگذر ها بادزنه های واریزه ای را تشکیل می دهند. آتش سوزی باعث برهنه شدن دامنه های پرشیب از گیاهان، و مستعد شدن این شیب ها برای جریان واریزه می شود.

 

-          بهمن واریزه ای (Debris avalanche)

شامل مجموعه ای متنوع از جریان واریزه ای خیلی سریع تا بشدت سریع می باشد.

 

-          جریان یافتن زمین (Earthflow)

این جریان ها شکلی شبیه به ساعت شنی دارند. مواد دامنه ای به حالت روانه در آمده و به راه می افتد و  یک محدوده کاسه مانند یا فرو رفتگی را در بالا به وجود می آورد. خود جریان کشیده و باریک است و معمولا در مواد ریز دانه یا سنگ های حاوی گل بر روی دامنه های با شیب متوسط و تحت شرایط اشباع به راه می افتد. هر چند که ایجاد جریان های خشک از مواد ریز دانه نیز محتمل می باشد.

 

 

 

-          روانه گل (Mudflow)

روانه گل یک حالت از جریان یافتن زمین (earthflow) است که در آن مواد برای جریان یافتن سریع  به اندازه کافی مرطوب هستند. این روانه حداقل از 50 درصد ماسه، سیلت و رس تشکیل شده است.

لازم به ذکر ایت که در گزارش های خبری به روانه گل و جریان واریزه ای معمولا لغزش گلی (mudslide) گفته می شود.

 

-          خزش (Creep)

خزش حرکت پیوسته و به صورت نامحسوس آهسته و رو به پایین خاک و سنگ بر روی سطح دامنه های شیب دار است. این جابجایی در اثر اعمال تنش برشی ای است که برای ایجاد یک تغییر شکل دائمی کافی است اما برای ایجاد یک گسیختگی برشی کم است. بصورت معمول سه نوع خزش وجود دارد:

1)      فصلی:  در این حالت جابجایی در درون  عمق خاکی اتفاق می افتد که رطوبت و دمای آن تحت تاثیر تغییرات فصلی قرار دارد.

2)      پیوسته: جایی که تنش برشی متناوبا بر مقاومت مواد غلبه می کند.

3)      پیشرونده: جایی که شیب ها به نقطه شکست می رسند به طوریکه انواع دیگر جابجایی توده رخ می دهد.

خزش به کمک آثاری چون تنه ی کج شده ی درختان، فنس ها یا دیوارهای نگهبان خمیده، پرچین ها و تیرهای کج شده، و یا با موج ها و برآمدگی های کوچک خاک شناسایی می شوند

 

 

-          گسترش جانبی (Lateral Spreads)

این حالت در شیب های بسیار ملایم یا زمین های مسطح اتفاق می افتد. شیوه بارز جابجایی بازشدن جانبی به موازات شکستگی های برشی یا کششی است. شکست به علت روانگرایی رخ می دهد. فرایندی که بوسیله ی آن رسوبات فاقد چسبندگی، سست و اشباع از آب (معمولا ماسه و سیلت) از وضعیت جامد به مایع تغییر شکل می یابند. این شکست معمولا بوسیله ی حرکت سریع زمین مانند آنچه که در زمان وقوع یک زمینلرزه تجربه می کنیم و یا به صورت القایی و مصنوعی ایجاد شود. زمانی که مواد چسبنده، سنگ بستر یا خاک، تکیه گاه موادی باشند که روان شده اند، واحد بالایی متحمل شکستگی و بازشدگی شود و ممکن است دچار فرونشست، برگشتن، چرخش، فروریختن، ویا روان شده و جریان یابند.

گسترش جانبی در مواد ریز دانه بر روی شیب های کم ژرفا معمولا پیشرونده است. شکستگی به طور ناگهانی در یک منطقه کوچک اتفاق می افتد و به سرعت گسترش می یابد. اغلب شکستگی اولیه یک فرو نشست است؛ اما در برخی مواد جابجایی بدون هیچ علت مشخصی رخ می دهد.

 

ترکیب دو یا بیشتر از انواع لغزش که در بالا توضیح داده شد به عنوان یک زمین لغزش مرکب (complex landslide) نامیده می شود.

ادامه دارد...

ترجمه: سید مجید میرکاظمیان

منبع: سایت ژئولوژی

تذکر:استفاده از مطالب فوق با ذکر منبع و نام مترجم بلامانع است. چنانچه تصاویر مشاهده نمی شود به اینجا مراجعه نمایید

   + سید مجید میر کاظمیان - ۳:۱٩ ‎ب.ظ ; چهارشنبه ۱ دی ۱۳۸٩