استفاده از GIS برای ارزیابی ظرفیت باربری مورد خاک منطقه برهوم، حوضه هدنه، (الجزایر شرقی)

چکیده

مفهوم ظرفیت باربری خاک را می توان با دو جزء اصلی ارزیابی کرد: تنش مجاز و عمق مجاز. و بنابراین، اجرای آن ارزیابی خود را آغاز می کند که یک طرح کلی از بهره برداری را امکان پذیر می کند. با این وجود، ارزیابی ظرفیت باربری موضوع چندین کار تحقیقاتی و مدل‌های زیادی بر اساس تحلیل چند معیاره ایجاد شده است. این کار به بررسی سهم رویکرد GIS در ارزیابی ظرفیت باربری خاک می‌پردازد. این یکی در دو تمرین به پایان رسید: 1) ارزیابی ظرفیت خاک با رویکرد چند معیاره، با استفاده از مدل جمع وزنی (WSM). 2) از رویکرد GIS برای ارزیابی و فضاسازی درجه تنش های تحمل خاک ناشی از ساختمان ها و همچنین توزیع بار استفاده کرد. این روش در منطقه برهوم در حوضه هدنه در شرق الجزایر به کار گرفته شده است، جایی که هر کدام با خواص طبیعی مختلف و تراکم تجهیزات مشخص می شوند. نتایج نهایی در طبقه بندی درجه ظرفیت باربری ممکن در هر سایت بهتر است. این به بهره برداران اجازه می دهد تا طرح های بهینه خود را برای مدیریت منطقی منطقه برنامه ریزی کنند.

1. مقدمه

برخی از مناطق میانی الجزایر شاهد مشکلاتی در ساخت و ساز ناشی از مشکلات مربوط به خاک، به ویژه ناپایداری پی ها هستند. این به دلیل ضعف دانش ویژگی های خاک مانند: توانایی آن در تحمل بار ساختمان ها و ترکیبات زمین شناسی است. برعکس، این مناطق با تراکم جمعیت و سرعت رشد شهری مشخص می شوند.

این خطر ناشی از این مشکلات است که باعث آزار و اذیت و اختلال در روند پیشرفت زندگی مردم می شود. اما منجر به اثرات منفی بر زندگی کاری در این مناطق و در نتیجه تخلیه آنها می شود. بنابراین، روش های پیشگیرانه بهترین راه برای غلبه بر این مشکلات یا کاهش آنها هستند.

یکی از ابزارهایی که امکان اتخاذ روش‌های پیشگیرانه مؤثر را فراهم می‌کند، درک پدیده و پیش‌بینی مکان‌های وقوع آن است. و این چیزی است که در تحقیق ما مهم است، که هدف آن ارزیابی ریاضی ظرفیت باربری خاک با استفاده از رویکرد تقاطع با تکیه بر تحلیل کالیبراسیون و کالیبره کردن آن بر اساس اندازه‌گیری‌های میدانی است.

2. منطقه مطالعه

منطقه ای که به عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب شده است، برهوم، (قبلاً Souk Ouled Nedjaa)، در حوضه الحدنا، شرق الجزایر است که با ویژگی های طبیعی مختلف و تراکم تجهیزات در آن مشخص می شود. این شهر در فاصله 300 کیلومتری جنوب الجزیره و 50 کیلومتری شرق شهر مصلا واقع شده است ( شکل 1 ).

3. روش شناسی

مشخص است که نقشه برداری ژئوتکنیکی، از جمله ارزیابی چندگانه ظرفیت باربری خاک، موضوع تحقیقات علمی بسیاری بوده است، از جمله: [1-7].

بسیاری از روابط و مدل های ریاضی که به صورت جزئی ایجاد شده اند. به یک یا چند معیار استاندارد بستگی دارد که عمدتاً «جغرافیایی» است و نه «ژئوتکنیکی».

از سوی دیگر، استقامت یا ظرفیت باربری خاک به عنوان حداکثر فشاری که می تواند توسط خاک قبل از وقوع ریزش در زمین ساختمانی تحمل شود، شناخته می شود [8،9].

بر اساس این تعریف، ظرفیت باربری خاک با دو جزء اساسی مرتبط است: فشار مجاز خاک و عمقی که فشار در آن اعمال می شود. و با شناسایی عوامل کنترل کننده ظرفیت باربری خاک ساختمانی، یک مدل ریاضی اتخاذ شده است. به شرح زیر آن را بررسی می کنیم.

3.1. فرضیه ها

ما در این مورد دو فرض اساسی را مطرح می کنیم:

ظرفیت باربری خاک پدیده ای است که با عوامل ژئوتکنیکی مرتبط با خاک قابل ارزیابی است.

احتمال وقوع پدیده با مجموع عوامل وزنی منجر به آن بیان می شود.

3.2. مدل سازی ظرفیت حمل بار

ظرفیت باربری خاک (P) مجموع عوامل تعیین کننده پدیده است، اما هر عامل وزن خود را دارد (WSM) و در رابطه زیر بیان می شود:

جایی که:

w _i : گرانش یا وزن مشخص شده برای هر کارگر.

ج _من : عوامل تعیین کننده.

برای ظرفیت باربری خاک؛ مرحله اول مدل‌سازی با انتخاب معیارهای ژئوتکنیکی آغاز می‌شود که در فرآیند وقوع، گسترش آن، شدت آن یا همه ترکیب‌ها دخالت یا کمک می‌کنند. این معیارها در واقع به هم مرتبط هستند و در نتیجه تلاقی آنها پدیده را انجام می دهد. در نتیجه، ظرفیت باربری خاک را می توان بسته به WSM برای هر دو تنش و عمق یافت. این توضیح علمی را می توان به صورت زیر بیان کرد:

(1)

جایی که:

P: ظرفیت باربری خاک.

σ _perm : تنش مجاز خاک.

H _perm : عمق مجاز خاک (عمقی که در آن تنش اعمال می شود).

در این روش مقادیر وزنی و طبقه بندی بر اساس نظر متخصص انجام می شود.

3.2.1. تنش مجاز خاک

تنش مجاز یکی از عوامل اصلی حاکم بر پایداری پی است و با در نظر گرفتن بیشترین تنش های ثبت شده (σ _{perm ) تهیه شده است.}

با در نظر گرفتن نقشه سنگ‌شناسی و بررسی‌های ژئوتکنیکی موجود، تنش‌های مجاز برای هر رخساره سنگ‌شناسی جمع‌آوری‌شده، سپس تنش مجاز کل منطقه تعیین می‌شود.

مقادیر تنش مجاز به چهار دسته اصلی تقسیم می شوند ( جدول 1 ).

3.2.2. عمق مجاز خاک

عمق مجاز (H _perm ) با احتساب بزرگترین اعماق ثبت شده تهیه شده است.

تنش های مجاز ثبت شده و بسته به نقشه سنگ شناسی و بررسی های ژئوتکنیکی موجود. اعماق مجاز برای هر وجه سنگ شناسی جمع آوری شده و سپس در کل منطقه توزیع شده است.

مقادیر عمق مجاز به چهار دسته اصلی تقسیم شده است ( جدول 2 ).

3.3. تقاطع بین استانداردها و تکمیل جداول

برای اینکه بتوانیم از مدل پیشنهادی برای ارزیابی ظرفیت باربری خاک استفاده کنیم، ابتدا عوامل کنترل کننده پدیده را شناسایی کرده و آنها را طبقه بندی کرده و سپس بر اساس میزان تأثیر هر عامل، آنها را دیجیتالی می کنیم. با تکیه بر داده های کمی، برای ارزیابی ظرفیت باربری خاک، از مدل وزنی سام (WSM) استفاده کردیم که در آن رتبه وزن ها و مقادیر در جدول 3 آمده است.

ماتریس تقاطع به صورت جدول 4 آورده شده است.

تقاطع بین تنش و عمق مجاز، پایه های خاک بدون تسمه را همانطور که در جدول 4 نشان داده شده است، می دهند.

4. فضاسازی با رویکرد GIS: کاربرد در منطقه مورد مطالعه

رویکردی که ما برای تهیه نقشه توزیع فضایی برای ارزیابی ظرفیت باربری خاک اتخاذ کرده‌ایم بر اساس سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی است که در آن از دو نوع داده استفاده کردیم:

اولی مربوط به نقشه سنگ شناسی منطقه (نقشه سنگ ها) و دومی مربوط به داده های بررسی میدانی و حفاری ژئوتکنیکی است.

این داده های به دست آمده از نقشه سنگ ها و یا از بررسی میدانی و حفاری ژئوتکنیکی، در برنامه GIS (MapInfo 8) برای ترسیم نقشه های اولیه پیاده سازی شده است.

پس از ساخت پایگاه داده مرجع جغرافیایی، سازماندهی و ساختاردهی آن با استفاده از برنامه ها، نقشه ای از ظرفیت باربری خاک که بهترین مناطق برای ساخت و ساز را نشان می دهد.

4.1. نقشه سنگ شناسی منطقه مورد مطالعه

نقشه صخره ای این منطقه از نقشه زمین شناسی “Souk Ouled Nedjaa” (نقشه شماره 169، مقیاس 1:50.000)، تهیه شده توسط R. Guiraud [ 10 ] مشتق شده است. تهیه شده است

رنگ ها میزان ظرفیت تحمل بار را نشان می دهند (P).

پس از شماره‌گذاری نقشه‌های زمین‌شناسی، سپس ساخت پایگاه‌داده وجوه سنگی. پس از تجزیه و تحلیل موضعی، واحدهای سنگ اصلی زیر شناسایی شدند ( شکل 2 ).

4.2. داده های بررسی میدانی و گمانه ژئوتکنیکی

برای تکمیل پایگاه داده، مقادیر مرکزی همه معیارهای انتخاب شده برای این مطالعه را اتخاذ کرده ایم. داده های مورد استفاده در این مطالعه از 49 بررسی ژئوتکنیکی مطالعه، بررسی میدانی چاه بر اساس مشاهدات مستقیم و همچنین ثبت و نمونه برداری میدانی (GPS، تصاویر و غیره) جمع آوری شد.

مطالعات ژئوتکنیکی آزمایشگاه های خاک را آماده کرد: LHCCM’sila، LCTP-M’sila، LIEG-M’sila، AICH.GEOSOL-Setif، EAST.LCTP-Setif، و LBEMA-Bordj Bou Arreridj.

این داده‌ها ادغام شدند و واحدهای رقومی بهره‌برداری تجزیه و تحلیل شده و این داده‌ها را برای تنش مجاز نقشه من (σ _perm ) و عمق مجاز (H _perm ) مورد تجزیه و تحلیل قرار داده‌اند (شکل‌های 3 و 4).

4.3. شناسایی و طبقه بندی ظرفیت حمل بار

بسته به رابطه (1) که در راهنمای برنامه GIS وارد شده است، بدون تسمه ظرفیت خاک (P) را طبق طبقه بندی پیشنهادی قبلی ارزیابی می کند، خروجی نقشه نشان داده شده در شکل 5 .

5. بحث

استفاده از سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS) با پذیرش مدل (WSM) امکان تهیه سریع نقشه‌های ژئوتکنیکی، به ویژه ظرفیت باربری نقشه خاک را فراهم می‌کند. که مستلزم ترکیب حجم زیادی از داده های مکانی با بسیاری از داده های جغرافیایی مختلف، داده های کارشناسان و جزئیات تصمیم گیرندگان است.

در ترسیم نقشه سنگی منطقه مورد مطالعه از فناوری دیجیتال استفاده شده است که مبنایی را تشکیل داده است که در تکمیل واحدهای سنگی اصلی آن منطقه اتخاذ کرده ایم.

داده‌های بررسی میدانی و حفاری ژئوتکنیکی به جمع‌آوری داده‌ها اجازه می‌دهد تا نقشه تنش مجاز (σ _perm ) و نقشه‌های عمق مجاز (H _perm ) را بدست آورند (شکل‌های 2 و 3). از این داده ها برای محاسبه ظرفیت باربری میدان خاک ( شکل 4 ) با رابطه (1) استفاده شده است.

بر اساس مفهوم تقاطع، مدل پیشنهادی ساده است و به راحتی توسط مهندس ژئوتکنیک یا موارد دیگر استفاده می شود. مدل رزوه بسیار جالب است زیرا بر اساس تشخیص کارشناسان بر روی تعداد کمی از ویژگی های ژئوتکنیکی ساخته می شود. به طور مشابه، این مدل را می توان به راحتی در سایر مناطق مشابه از نظر چشم انداز محیطی و آب و هوا اعمال کرد. این مدل ثابت نیست. با این حال، گاهی اوقات می توان آن را با توجه زیاد به یک عامل تغییر داد و آن را به عامل دیگر کاهش داد.

به دلیل مزایای آشکار این روش، ظرفیت باربری نقشه خاک منطقه مورد مطالعه ( شکل 4 ) به عنوان نقشه نهایی برای مطالعه انتخاب شده است.

6. نتیجه گیری

این مطالعه اهمیت تکنیک‌های سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS) را نشان می‌دهد که با استفاده از مدل وزنی سام (WSM) برای آماده‌سازی ظرفیت باربری خاک که در تعیین کارایی مناطق مسکونی برای تکمیل پروژه‌های ساختمانی مهم است، استفاده می‌کند.

مزایای قابل توجه استفاده از این تکنیک ها را می توان در موارد زیر خلاصه کرد: هزینه کم، استفاده آسان از داده ها، به روز رسانی سریع داده ها و توانایی تولید سناریوهای جدید.

در این مطالعه نقشه های عمق مجاز و تنش های مجاز برای منطقه انتخابی تهیه شده است. مقادیر وزن، تجزیه و تحلیل و طبقه بندی توسط مدل (WSM) اختصاص داده شده است. در نتیجه، منطقه مورد مطالعه با توجه به کارایی پی به چهار منطقه مختلف تقسیم شده است: 1) مناطق با ظرفیت تحمل بار ضعیف خاک. 2) مناطق با ظرفیت حمل بار متوسط ​​خاک؛ 3) مناطق با واگن بار قوی

ظرفیت آبکاری خاک؛ و 4) مناطق با ظرفیت باربری بسیار قوی خاک. بر اساس این نقشه، بیشتر محدوده مورد مطالعه برای ساخت و ساز مناسب تشخیص داده شد.

Amar Guettouche, Farid Kaoua روش مورد استفاده برای منطقه انتخاب شده در این مطالعه را می توان در مکان های دیگر و رویه های دیگر برای انتخاب سایت اعمال کرد و برای بازسازی استانداردهای لازم به طور مناسب مورد استفاده قرار داد.

منابع