بررسی ژئوتکنیکی در نواحی تپه‌ای برای پروژه‌های بلندمرتبه به دلیل مشکلات در بسیج و مونتاژ تجهیزات حفاری در زمین‌های کوهستانی به یک موضوع مشکل‌ساز و فرآیند پرهزینه تبدیل می‌شود. هدف از این مطالعه ترسیم ویژگی‌های خاک مناطق مورد مطالعه، به‌ویژه در مکان‌های غیرقابل دسترس برای شناسایی است. نقشه های دیجیتال خاک برای تحصیل موری، پاکستان، با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی در حال ظهور (GIS) توسعه یافته است. کار پژوهشی شامل ایجاد یک پایگاه داده جامع، با جمع‌آوری و تصحیح داده‌های ژئوتکنیکی، و سپس دیجیتالی کردن داده‌های به‌دست‌آمده از طریق یکپارچه‌سازی با GIS، در تلاش برای تجسم، تحلیل و تفسیر فضایی اطلاعات ژئوتکنیکی جمع‌آوری‌شده بود. داده های خاک 205 حفره توضیحی از گزارش های بررسی ژئوتکنیکی موجود (GI) جمع آوری شد. عمق جمع آوری نمونه های خاک، که در ابتدا برای طراحی پی های عمیق و کم عمق توسط مشاوران مختلف خاک در منطقه موری استفاده می شد، تقریباً 50 فوت زیر سطح زمین بود. روش‌های درون‌یابی فضایی مناسب (یعنی کریجینگ) برای تهیه نقشه‌های سطح صاف مقادیر عددی آزمایش‌کننده نفوذ استاندارد خاک، نوع خاک و شاخص پلاستیسیته استفاده شد. سپس دقت نقشه‌های SPT N و پلاستیسیته توسعه‌یافته با استفاده از روش رگرسیون خطی مورد ارزیابی قرار گرفت که در آن مقادیر پیش‌بینی‌شده ویژگی‌های خاک از نقشه‌های توسعه‌یافته و مقادیر واقعی مقایسه شدند. نقشه های مقدار SPT N تا عمق 9.14 متر زیر سطح زمین و در هر فاصله 1.52 متری توسعه داده شد. عمق امتناع در نقشه های توسعه یافته در نظر گرفته شد. نقشه های نوع خاک و پلاستیسیته تا عمق 15.24 متر، دوباره در هر فواصل 1.52 متری، با استفاده از خطوط رنگ، با در نظر گرفتن حداکثر عمق پی پیش بینی شده برای پروژه های بلند، ایجاد شد. این مطالعه پیامدهایی برای دانشگاهیان و متخصصان دارد تا ویژگی‌های خاک را برای مکان‌های غیرقابل دسترس با استفاده از GIS ترسیم کنند، زیرا نقشه‌های حاصل از دقت بالایی برخوردار هستند.

کلید واژه ها:

سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) ; درون یابی فضایی ; SPT N ; شاخص پلاستیسیته ; نقشه های خاک

1. مقدمه

توصیف شرایط و خصوصیات زیرسطحی یکی از ضروری ترین فعالیت های مورد نیاز برای برنامه ریزی، طراحی و ساخت موفق سازه های مهندسی است. خطرات مربوط به شرایط نامناسب زمین معمولاً بزرگترین نگرانی را در بسیاری از پروژه های زیربنایی نشان می دهد [ 1 ]. بیشتر این خطرات به طور مستقیم یا غیرمستقیم تحت تأثیر کمیت و کیفیت تحقیقات زیرسطحی قرار دارند [ 1 ، 2 ]]. بنابراین، به منظور حذف این خطرات، افزایش تراکم داده های بررسی زمین و بهبود خصوصیات زیرسطحی سایت برای کاهش احتمال مواجهه با شرایط غیرمنتظره خاک در مرحله ساخت و ساز و احتمال افزایش بیش از حد از اهمیت بالایی برخوردار است. – طراحی که اغلب منجر به افزایش هزینه ها و تاخیر می شود. بررسی‌های سایت کافی همچنین قابلیت اطمینان تخمین‌ها از ویژگی‌های خاک و سنگ و پارامترهای طراحی ژئوتکنیکی را افزایش می‌دهد که به نوبه خود می‌تواند احتمال شکست عملکرد را کاهش دهد و/یا به طراحان اجازه دهد تا با هزینه کمتر به قابلیت اطمینان هدف دست یابند [ 3 ].]. کاربرد داده های ژئوتکنیکی به سازه ها و پروژه های مهندسی عمران محدود نمی شود. این به طور گسترده در رشته های دیگر، از جمله زیرساخت، تجزیه و تحلیل محیطی و ریسک استفاده می شود [ 4 ].
در اغلب موارد، داده‌های ژئوتکنیکی برخلاف داده‌های جغرافیایی و ژئومورفولوژیکی که در زیرساخت‌های داده‌های مکانی (SDI) موجود است، با استفاده از روش‌های سنتی و غیرموثر نمایش و مدیریت می‌شوند. در نتیجه، داده‌های ژئوتکنیکی به راحتی در وضوح فضایی مناسب برای بسیاری از مناطق توسعه‌یافته در دسترس نیستند.
اکتشاف داده های خاک زیرسطحی را می توان با روش های ژئوفیزیکی مانند رادار نفوذی زمین (GPR) و SPT انجام داد. با این حال، بررسی ژئوتکنیکی، به ویژه در مناطق تپه‌ای برای پروژه‌های بلندمرتبه، به دلیل مشکلاتی که در بسیج و مونتاژ تجهیزات حفاری در مناطق کوهستانی وجود دارد، به یک موضوع مشکل‌ساز و فرآیند پرهزینه تبدیل می‌شود. برای این منظور، نقشه برداری خاک را می توان با داده های ژئوتکنیکی در دسترس با استفاده از GIS برای مکان های غیرقابل دسترس مانند بالای یک تپه یا پایین دره انجام داد. با این حال، داده‌هایی که توسط این تکنیک‌های مرسوم بررسی می‌شوند، اغلب سازمان‌یافته، ناهمگن هستند و به‌درستی بایگانی نمی‌شوند. فناوری سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) می تواند به عنوان ابزاری کارآمد برای ذخیره، سازماندهی، تجزیه و تحلیل و نمایش این نوع داده ها در قالب لایه ها و نقشه های دیجیتال مورد استفاده قرار گیرد.5 ]. در عمل ژئوتکنیکی، GIS را می توان حداقل به چهار روش استفاده کرد: یکپارچه سازی داده ها، تجسم و تجزیه و تحلیل داده ها، برنامه ریزی و خلاصه سازی فعالیت های سایت، و ارائه داده ها [ 5 ]. GIS ابزارهای امیدوارکننده‌ای را برای یکپارچه‌سازی انواع داده‌های متعدد، مانند داده‌های فرمت شطرنجی (به عنوان مثال، عکس‌ها و نقشه‌های اسکن شده)، داده‌های قالب برداری (مانند فایل‌های Shapefiles یا فایل‌های پیش‌نویس به کمک رایانه (CAD)) فراهم می‌کند و ممکن است شامل اطلاعات دسترسی باز باشد. مانند بررسی های خاک، نقشه های توپوگرافی و داده های گزارش گمانه [ 6 ]. علاوه بر این، اکتشاف خاک زیرسطحی اغلب یک کار گران است و مهندسان ژئوتکنیک با درون یابی داده ها از منابع محدود با عدم قطعیت مقابله می کنند [ 7 ]]. مشکلات مرتبط با این مدیریت ضعیف داده ها توسط بسیاری از آژانس ها و سازمان های مهندسی شناسایی شده است و محققان را بر آن داشته است تا پیشرفت های اخیر در فناوری اطلاعات مانند پلت فرم های Web GIS را بررسی کنند تا از آنها برای تبادل داده های ژئوتکنیکی استفاده کنند. این داده‌ها باید جمع‌آوری، تأیید و در یک پایگاه داده فضایی واحد ذخیره شوند تا چینه‌شناسی و ویژگی‌های مربوط به خاک در یک مکان خاص ایجاد شود [ 8 ].
GIS به دلیل ظرفیت خود در ادغام قابلیت های تجزیه و تحلیل فضایی، مدیریت پایگاه داده و تجسم گرافیکی شناخته شده است. تحقیقات دقیق ژئوتکنیکی را می توان تنها به پروژه های حساس با دسترسی به داده های اولیه تقسیم کرد. با تجزیه و تحلیل مناسب ترین گزینه ها، بر اساس نمونه هایی از سازه های موجود در اطراف، قضاوت های اولیه نوع خاک می تواند به برنامه ریزی استراتژی های کاهش خطر و بهبود قابلیت های طراحی کمک کند. از این نقشه های ژئوتکنیکی نوع خاک می توان برای هدایت توسعه زیرساخت های آینده استفاده کرد. نمونه هایی از کاربردهای GIS در زمینه ژئوتکنیکی می تواند برنامه ریزی خاک سنجی برای مدیریت خاک علاوه بر تولید واحد پاسخ هیدرولوژیکی باشد. اورهان و توسون نقشه هایی را برای ترکیه تهیه کردند تا امکان سنجی پی در مناطق مسکونی را بررسی کنند، با این حال، در مقیاس خاص سایت، در جایی که ویژگی های زمین شناسی محلی تغییر می کنند، ممکن است کمتر مفید باشند. [9 ]. مقامات محلی در آفریقای جنوبی، فلسطین، ترکیه و تایلند همگی نقشه‌برداری ژئوتکنیکی را توسعه داده‌اند و به به‌روزرسانی و بهبود پایگاه‌های اطلاعاتی خود ادامه می‌دهند، اما همه این مطالعات به عمق کم محدود می‌شوند [ 10 ، 11 ، 12 ، 13 ]. به عنوان مثالی دیگر، ویژگی‌های ژئوتکنیکی با استفاده از مدل‌سازی فضایی پارامترهای ژئوتکنیکی با توسعه مدل‌های سه‌بعدی برای توسعه Lavrion Technological [ 14 ] ارزیابی شد. مطالعه ای برای تهیه نقشه های درونیابی خاک نجف، عراق با استفاده از کریجینگ و کریجینگ معمولی انجام شد. مطالعه به طبقه بندی خاک USCS نجف، عراق محدود می شود. [ 15]. ArcGIS همچنین برای ترسیم ترکیب آلی خاک در شهر نجف استفاده شد [ 16 ]. برای بغداد، یک پایگاه داده مبتنی بر GIS از پارامترهای خاک ایجاد شده است [ 17 ]. مطالعه دیگری برای شهر واسط برای ترسیم مقاومت برشی، پارامترهای تحکیم و سطح آب زیرزمینی برای کمک به مرحله طراحی اولیه انجام شد، اما این مطالعه همچنین به عمق 10 متر محدود شده است [ 18 ].
از آنجایی که خواص خاک از نظر مکانی بسیار متغیر است [ 19 ]، و به منظور ارائه تخمین دقیقی از مقادیر مشخصه، تنوع پیوسته باید در نظر گرفته شود. روش سنتی تجزیه و تحلیل و تفسیر خاک پر زحمت و زمان بر است، بنابراین گران می شود [ 20 ].
تکنیک های زمین آماری (کریجینگ) به طور گسترده به عنوان یک تکنیک درون یابی فضایی مهم در موجودی منابع زمین شناخته شده است [ 21 ، 22 ]. چندین مطالعه تحقیقاتی با تمرکز بر روش های مختلف درونیابی خصوصیات خاک انجام شده است [ 23 ، 24 ، 25 ، 26]. به عنوان مثال، مطالعه انجام شده توسط (Srivastava et al. 2019) نشان داد که برای داده های رطوبت خاک، کریجینگ با رانش خارجی (KED) بهتر از روش کریجینگ معمولی (OK)، وزن دهی معکوس فاصله (IDW) و Spline عمل می کند. شرایط دقت و عملکرد مدل با استفاده از تکنیک های اعتبار سنجی متقابل. با این حال، عملکرد تکنیک های درون یابی فضایی به پارامترهای مختلفی مانند اندازه نمونه، طراحی نمونه، توزیع فضایی نمونه، داده ها (تراکم و تنوع)، نوع سطح، کیفیت داده ها، عدم قطعیت داده های ورودی و تکنیک های انتخاب یا اجرای ضعیف بستگی دارد. بنابراین، تخصیص روش‌های درون‌یابی فضایی به‌عنوان «بهترین شیوه‌ها» بر اساس مجموعه داده‌های داده شده بدون بررسی قبلی در مورد دقت آنها دشوار است [ 27 ]]. در مطالعه ما، روش درونیابی KED به منظور توسعه نقشه های فضایی ژئوتکنیکی پیوسته برای منطقه مورد مطالعه اتخاذ شد. کریجینگ تکنیک درونیابی مورد استفاده بود که در آن ترکیب خطی مشاهدات از مکان‌های نمونه‌گیری نزدیک برای تولید پیش‌بینی در سایت‌های نمونه‌برداری نشده تحصیل موری، پاکستان استفاده شد. کریجینگ به تعدادی از محدودیت های تکنیک های درونیابی استاندارد مورد استفاده در GIS می پردازد.
هدف از این مطالعه پر کردن شکاف با ارائه نقشه های فضایی توصیف خاک GIS برای منطقه تحصیل موری در پاکستان بود. در واقع، برای منطقه تپه‌ای مانند تحصیل موری، جمع‌آوری نمونه‌های خاک از بالای کوه کار آسانی نبود و راه‌اندازی تجهیزات نمونه‌برداری خاک دشوار بود. برای پرداختن به این موضوع، از درونیابی فضایی داده های ژئوتکنیکی موجود برای توسعه نقشه های خاک پیوسته استفاده شد. از نقشه های ایجاد شده برای نشان دادن تغییرات در نوع خاک، مقادیر SPT N و شاخص پلاستیسیته استفاده شد.
سهم این مطالعه افزودن به پایگاه ژئوتکنیکی کشور با تهیه نقشه های خاک یکی از تشیل موری که توسعه یافته ترین سایت گردشگری پاکستان است می باشد. نقشه برداری ژئوتکنیکی مکان های غیرقابل دسترس با استفاده از GIS انجام می شود تا بتوان از این نقشه ها در نقشه برداری شناسایی و مطالعه جدول برای توسعه پیش بینی شده در آینده استفاده کرد.

2. مواد و روشها

2.1. منطقه مطالعه

Tehsil Murree یکی از ایستگاه های تپه معروف منطقه راولپندی با مختصات 33.9078 شمالی و 73.3915 شرقی در ارتفاع حدود 7500 فوتی است. مدل رقومی ارتفاع (DEM) منطقه مورد مطالعه برای تعیین ارتفاع مورد نیاز در هر مکان مشخص استفاده شد. شکل 1 a DEM منطقه مورد مطالعه را نشان می دهد، در حالی که شکل 1 b موقعیت منطقه مورد مطالعه را نشان می دهد.
مناطق همجوار منطقه مورد مطالعه عبارتند از: حریپور و ابوت آباد. هر دوی این ولسوالی ها در خیبر پختونخوا در سمت شمالی و غربی و رودخانه جلوم در سمت شرقی واقع شده اند. از سوی دیگر، کوتلی ساتیان در سمت جنوبی موری یافت می شود. تشکیل خاک موری تحصیل با ماسه سنگ و سنگ رس میوسن پایین مشخص می شود. ماسه سنگ اغلب به رنگ خاکستری متمایل به قرمز تا ارغوانی مایل به خاکستری، دارای بستر ضخیم، دانه ریز تا متوسط، میشی، متقاطع و آهکی است [ 24 ]]. موقعیت منطقه مورد مطالعه در منطقه کوهستانی زیر هیمالیا بود. به گفته وزارت مسکن و کار پاکستان، موری در منطقه زلزله 3 طبقه بندی شده است که در کلاس خطر متوسط ​​قرار می گیرد. دامنه های تپه در منطقه موری نسبتاً شیب دار است و از 17 درجه تا 30 درجه متغیر است. با تندتر شدن شیب، نیروی برشی افزایش می یابد که ممکن است منجر به رانش زمین شود. یکی از دلایل اصلی که ممکن است باعث رانش زمین در موری تحصیل شود، توسعه سریع است، مانند ساخت شبکه های جاده ای و زمین شناسی نابالغ با شیب های آشفته [ 25 ]. بنابراین، لغزش زمین، به ویژه در شیب های تند، مانند کنار بزرگراه ها، نهرها و شیب های آشفته، یک اتفاق رایج است.

2.2. روش شناسی

گزارش‌های ژئوتکنیکی 112 محل نمونه‌برداری برای طرح‌های پی عمیق و کم عمق از چهار شرکت بررسی خاک در منطقه موری تحصیل جمع‌آوری شد. داده های موجود برای تهیه نقشه های خاک برای منطقه مورد مطالعه که حداکثر عمق 15.24 متر زیر سطح زمین را پوشش می دهد، استفاده شد. روش اتخاذ شده شامل شش مرحله است که در شکل 2 نشان داده شده است.
از داده های ژئوتکنیکی جمع آوری شده طبقه بندی خاک، مختصات گمانه، شاخص پلاستیسیته و مقادیر SPT N در فواصل 1.52 متر و تا سطح 15.24 متر زیر سطح زمین استخراج شد. طبقه بندی نوع خاک بر اساس سیستم طبقه بندی خاک USCS [ 28 ] انجام شد. شاخص پلاستیسیته نمونه‌های خاک جمع‌آوری‌شده از یک گمانه با آزمون حدی آتربرگ [ 29 ] تعیین شد.
داده‌های طبقه‌بندی خاک استخراج‌شده برای تهیه نقشه‌های نوع خاک با تخصیص یک مقدار عددی صعودی به هر کلاس خاک با توجه به اندازه دانه‌بندی آن‌ها، همانطور که در جدول 1 فهرست شده است، استفاده شد .

با توجه به گزارش های بررسی خاک که در آن مختصات گمانه ارائه نشده است، مختصات این گمانه ها توسط گوگل ارث با شناسایی سایتی که بررسی خاک در آن انجام شده است، مشخص شده است. داده های استخراج شده، مانند طبقه بندی خاک، مقدار SPT N و شاخص پلاستیسیته، به MS excel تبدیل شدند تا داده ها با فرمت ArcGIS سازگار شوند. هدف توسعه 1.52 متر بود. نقشه های فاصله ای خاک با استفاده از داده های بازیابی شده برای تحصیل موری. برای این منظور از ArcGIS 10.3 برای توسعه نقشه های درون یابی پیوسته استفاده شد. روش درونیابی کریجینگ معمولی برای توسعه نقشه های پیوسته برای طبقه بندی خاک، SPT N و داده های شاخص پلاستیسیته استفاده شد. کریجینگ یک روش چند فازی است که شامل تجزیه و تحلیل داده های آماری تفسیری، مدل سازی واریوگرام، ایجاد سطح، و (اختیاری) اکتشاف سطح واریانس. کریجینگ یک سطح تقریبی را از پراکندگی ایجاد می کندz -نقاط با ارزش کریجینگ بر این فرض استوار است که جهت یا فاصله بین نقاط نمونه دلالت بر یک همبستگی فضایی دارد که ممکن است برای توضیح تغییرات سطح با استفاده از رابطه (1) استفاده شود.

ز^ ( x ˙ ) =∑i = 1نλمنz(ایکسمن)ز^ایکس˙=∑من=1ن�من�ایکسمن
درون یابی کریجینگ به طور قابل اعتمادی می تواند برای درونیابی پایگاه های داده ژئوتکنیکی در نقشه های پیوسته استفاده شود [ 30 ]. اعتبار سنجی نقشه های خاک تهیه شده در 52 نقطه با استفاده از 8 گمانه انجام شد که در آن مقادیر تولید شده نقشه ها با ارزش واقعی گزارش های بررسی خاک که در تهیه نقشه اولیه استفاده نشده بود، مقایسه شد. برای تعیین دقت نقشه های SPT N از روش رگرسیون با استفاده از MATLAB استفاده شد.

3. نتایج

نقاط جمع آوری داده های ژئوتکنیکی و موقعیت منطقه مورد مطالعه در شکل 3 نشان داده شده است.
در این مطالعه، نقشه‌های درون‌یابی مقادیر SPT N برای Tehsil Murree در فاصله 1.52 متر تا عمق 9.14 متر زیر سطح زمین تهیه شد. از آنجایی که منطقه مورد مطالعه تپه ای بود، پس از عمق 9.14 متری بیشتر امتناع وجود داشت. SPT N با محدوده رنگ در افسانه ها نشان داده شد و رنگ قرمز نشان دهنده امتناع است. شکل 4 نقشه های مقدار SPT N را نشان می دهد. می توان متوجه شد که با افزایش عمق، مقادیر N در سراسر منطقه افزایش یافت. امتناع در منطقه جنوبی در سراسر عمق مشهود بود. در عمق کم، مقدار N به دلیل وجود ذغال سنگ نارس و خاک رسی کم بود و در عمق بیشتر، مقدار N به دلیل وجود سازند موری، که از ماسه سنگ یکپارچه و کوهپایه‌های مارگالا تشکیل شده است، افزایش می‌یابد [ 26 ].].
دقت نقشه‌های مقدار N درون یابی شده توسط 52 نقطه به‌دست‌آمده از تحقیقات میدانی تعیین شد که با مقادیر SPT N پیش‌بینی‌شده در همان نقطه در منطقه مورد مطالعه مقایسه شد. این 52 نقطه اضافی در تولید نقشه های مقدار SPT N استفاده نشد. شکل 5 مقایسه آماری مقادیر سلول های ایجاد شده و اندازه گیری شده را نشان می دهد. تجزیه و تحلیل رگرسیون انجام شد که در آن ضریب تعیین R2 محاسبه شد . نتایج به‌دست‌آمده با تحلیل رگرسیون نشان داد که رویکرد کریجینگ پارامترهای ژئوتکنیکی را ترسیم می‌کند و این مقادیر با داده‌های اصلی قابل مقایسه هستند. ضریب تعیین ( R2) 0.8233 بود. ضریب همبستگی بیشتر از 0.8 نشان دهنده همبستگی قوی بین دو متغیر است [ 31 ].
شاخص پلاستیسیته محدوده‌ای از رطوبت است که در آن خاک در حالت گذر از حالت نیمه جامد به حالت مایع در حالت پلاستیک باقی می‌ماند. شاخص پلاستیسیته نشان دهنده درجه پلاستیسیته خاک است. از نقشه های موضوعی برای نشان دادن تغییرات شاخص پلاستیسیته تا عمق 50 فوتی لایه های خاک در مکان های مختلف تحصیل موری استفاده شد. نقشه های درون یابی شاخص پلاستیسیته در فاصله 5 فوتی ایجاد شده است. تغییر در شاخص پلاستیسیته با طیف رنگ در افسانه ها نشان داده شده است، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. نقشه های درون یابی نشان می دهد که اکثر مناطق موری به دلیل وجود رس و رس سیلتی، خاک های پلاستیکی با برد متوسط ​​را نشان می دهند.
برای تهیه نقشه‌های نوع خاک، خاک در محل‌های حفره با استفاده از سیستم طبقه‌بندی یکپارچه خاک طبقه‌بندی شد. انواع خاک با توجه به اندازه دانه بندی ذکر شده در جدول 1 دیجیتالی شدند. در اعماق کم، چگالی بالاتر و نقشه های دقیق در دسترس بود زیرا حجم زیادی از داده ها در اعماق کم در دسترس بود. همچنین، بسیاری از کنده‌های حفره‌ای ساختمان‌های مسکونی به عمق کم‌ای که تقریباً 14/6 تا 14/6 متر بود، محدود می‌شدند. در عمق کم، انواع خاک یافت شده عمدتاً MH، CL، CL-ML، ML، SC، SC-SM، SM، GC، GC-GM، GM، GW-GM، شیل و ماسه سنگ بودند. با این حال، انواع خاک غالب بیشتر CL، CL-ML، ML، و GC و در برخی مناطق، MH، SC، SC-SM، شیل و ماسه سنگ نیز یافت شد. با افزایش عمق، تنوع در انواع خاک کاهش یافت. دلیل اصلی این امر این بود که با افزایش عمق بیشتر خاک یکنواخت پیدا شد و دلیل دیگر این بود که مقدار کمتری داده در عمق بیشتر در دسترس بود. داده های به دست آمده در عمق بیشتر برای پروژه های در مقیاس بزرگ بود،
خاک های یافت شده در اعماق بیشتر منطقه مورد مطالعه معمولاً شن های رسی، شیل و ماسه سنگ بودند. با این حال، خاک رس و رس سیلتی نیز در برخی مناطق خاص یافت شد. نقشه های زیر با استفاده از تکنیک درونیابی کریجینگ در فواصل 1.52 متر تا عمق 15.24 متر تهیه شده است که انواع خاک های شناسایی شده را نشان می دهد.
نقشه های خاک تولید شده را می توان برای مطالعات امکان سنجی در سطح تحقیقات اولیه، و برآورد هزینه تقریبی، به ویژه در محل غیرقابل دسترس استفاده کرد. صحت نقشه های خاک تولید شده با اعتبار سنجی نقشه های مقدار SPT N بررسی شد. این تکنیک برای ارزیابی اعتبار نقشه های ایجاد شده برای داده های پیش بینی شده با جمع آوری نمونه از ده سایت بررسی میدانی و مقایسه نتایج واقعی آزمون در رابطه با نقشه های توسعه یافته استفاده شد. شکل 5مقایسه آماری مقادیر سلول های تولید شده و اندازه گیری شده را نشان می دهد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که نقشه‌های توسعه‌یافته با تکنیک کریجینگ قادر به پیش‌بینی دقیق پارامترهای ژئوتکنیکی بوده و این مقادیر با داده‌های اصلی قابل مقایسه هستند. با استفاده از نقشه های تولید شده می توان هزینه تحقیقات زمینی برای پروژه های توسعه را کاهش داد. این تحقیق با هدف ایجاد نقشه‌های خاک به‌ویژه برای مکان‌های غیرقابل دسترس و نقشه‌های آماده برای استفاده که اطلاعات مفید زمینی را برای پروژه‌های مهندسی ژئوتکنیک به ارمغان می‌آورد، انجام شد. تهیه نقشه های مشابه برای خواص ژئوتکنیکی اضافی مانند مقاومت فشاری تک محوری، انسجام موثر و زاویه اصطکاک داخلی با استفاده از تکنیک های درون یابی دقیق توصیه می شود.

4. بحث و گفتگو

در این مطالعه، اهمیت GIS در مهندسی ژئوتکنیک به ویژه در زمینه نقشه برداری خاک نشان داده شد. مقدار SPT N رابطه مستقیمی با ظرفیت باربری مجاز دارد. بنابراین، هر چه مقدار SPT N بیشتر باشد، ظرفیت باربری بالاتر خواهد بود. نقشه‌های SPT N تولید شده، مقدار SPT N پایین‌تر را در ناحیه شمال شرقی نشان می‌دهد که نشان‌دهنده ظرفیت باربری پایین‌تر در آن منطقه نسبت به بخش باقی‌مانده از منطقه مورد مطالعه است. به طور مشابه، در نقشه‌های نوع خاک، وجود شن‌های رسی، شن، شیل و ماسه‌سنگ نشان‌دهنده لایه‌های سخت‌تر بود، زیرا SPT وجود نداشت. شکل 6 نقشه های تولید شده PI را نشان می دهد که با نقشه های نوع خاک شکل 7 مرتبط هستند.. شاخص پلاستیسیته بیشتر با مقدار رس موجود تعیین شد. این نشان دهنده ظرافت و توانایی خاک برای تغییر شکل بدون تغییر حجم است. PI بالا نشان می دهد که خاک حاوی خاک رس یا کلوئید بیش از حد است. بنابراین، برای مناطقی که خاک ریز وجود داشت، مقدار PI مشاهده شده بیشتر بود و بالعکس. وقتی PL بیشتر یا مساوی LL بود، ارزشی نداشت. بنابراین، برای مناطقی که خاک ریز وجود داشت، مقدار PI مشاهده شده بیشتر بود و بالعکس. از نرم افزار GIS برای تجزیه و تحلیل کار مطالعاتی استفاده شد که پتانسیل نرم افزار GIS را در حوزه مهندسی ژئوتکنیک نشان می دهد. هدف اصلی این مطالعه تعیین محدوده GIS و سازگاری آن برای نقشه‌برداری از ویژگی‌های خاک در مکان‌های غیرقابل دسترس بود. نقشه های تولید شده برای تخمین ویژگی های خاک به راحتی قابل درک بودند زیرا بر اساس اصول آماری پایه ساخته شده بودند. جامعه کاربر نهایی این نقشه ها می توانند مهندسان، کارفرمایان و حتی محققانی باشند که به کاوش در ارزش اقتصادی و عمدی GIS، به دلیل مزایای این فناوری به سرعت در حال رشد، علاقه مند هستند. علاوه بر جنبه های اقتصادی، سایر مزیت های اساسی GIS برای تولید این گونه نقشه های ژئوتکنیکی را می توان تعمیم داد: (1) تجسم آسان اطلاعات مکانی توسط نقشه های خروجی GIS با افسانه های واضح و گروه های مختلف رنگ آمیزی و الگوها (2) GIS می تواند برای انتخاب مکان، پهنه‌بندی، برنامه‌ریزی و اقدامات حفاظتی اعمال می‌شود (3) سایر داده‌های موجود، مانند پارامترهای ژئوفیزیک در شرایط زیرسطحی، را می توان با داده های مکانی برای اعتبارسنجی پیش بینی و افزایش دقت نقشه ها ترکیب کرد (4) امکان به روز رسانی/تغییر و اصلاح مجموعه داده ها، مدل های داده و ارتباط بین ویژگی ها برای تولید نقشه های آینده بهتر در صورت نیاز وجود دارد. به عنوان مثال، این مطالعه شامل داده‌های مربوط به بخش جنوب شرقی Tehsil Murree نیست، زیرا هیچ توسعه‌ای در این منطقه وجود ندارد. با این حال، نقشه‌ها می‌توانند در آینده زمانی که داده‌های نمونه‌گیری بیشتری در دسترس قرار گیرند، به‌روزرسانی شوند. در تلاش تحقیق حاضر، ما فقط از روش درونیابی کریجینگ معمولی استفاده کردیم. تحقیقات آینده می تواند دقت روش های مختلف کریجینگ را در پلت فرم نرم افزار ArcGIS مقایسه کند. به عنوان مثال، این مطالعه شامل داده‌های مربوط به بخش جنوب شرقی Tehsil Murree نیست، زیرا هیچ توسعه‌ای در این منطقه وجود ندارد. با این حال، نقشه‌ها می‌توانند در آینده زمانی که داده‌های نمونه‌گیری بیشتری در دسترس قرار گیرند، به‌روزرسانی شوند. در تلاش تحقیق حاضر، ما فقط از روش درونیابی کریجینگ معمولی استفاده کردیم. تحقیقات آینده می تواند دقت روش های مختلف کریجینگ را در پلت فرم نرم افزار ArcGIS مقایسه کند. به عنوان مثال، این مطالعه شامل داده‌های مربوط به بخش جنوب شرقی Tehsil Murree نیست، زیرا هیچ توسعه‌ای در این منطقه وجود ندارد. با این حال، نقشه‌ها می‌توانند در آینده زمانی که داده‌های نمونه‌گیری بیشتری در دسترس قرار گیرند، به‌روزرسانی شوند. در تلاش تحقیق حاضر، ما فقط از روش درونیابی کریجینگ معمولی استفاده کردیم. تحقیقات آینده می تواند دقت روش های مختلف کریجینگ را در پلت فرم نرم افزار ArcGIS مقایسه کند.
اگرچه استفاده از روش های مبتنی بر GIS برای پیش بینی پارامترهای ژئوتکنیکی به طور کلی می تواند مفید باشد، معایبی وجود دارد که ممکن است خطر تخمین بیش از حد یا کمتر از حد پارامترهای مقاومت خاک را افزایش دهد. دقت و دقت، به عنوان مهمترین نقاط چالش برانگیز، عملکرد مقیاسی است که در آن یک نقشه (کاغذی یا دیجیتالی) ایجاد می شود. اشتباهات ممکن است ناشی از انواع مختلفی از اشتباهات باشد، برای مثال، اگر داده های ورودی دارای خطا باشند (یعنی داده های با کیفیت پایین) مدل های رگرسیون نمی توانند به درستی کار کنند. اگر پیش پردازش داده ها برای حذف مقادیر از دست رفته یا داده های اضافی، نقاط پرت یا توزیع نامتعادل داده به خوبی انجام نشود، اعتبار مدل رگرسیون آسیب می بیند. مدل‌های رگرسیونی مستعد مشکلات خطی و غیرخطی هستند و با افزایش تعداد متغیرها، پایایی مدل های رگرسیونی کاهش می یابد. برای اطمینان از کارایی و قدرت پیش‌بینی مدل‌های رگرسیون، باید چندین بررسی لازم باشد. برخی از آزمون‌ها و تکنیک‌های تشخیصی بررسی داده‌ها و ارزیابی مفروضات مدل و بررسی وجود یا عدم وجود مشاهدات با تأثیر زیاد و نامناسب بر تجزیه و تحلیل را ممکن می‌سازند. آزمون مفروضات رگرسیون خطی در این تحقیق لحاظ نشده است. با این حال، آزمایش چهار فرض اصلی رگرسیون خطی، که استفاده از مدل‌های رگرسیون خطی را برای اهداف پیش‌بینی پارامترهای ژئوتکنیکی در تحقیقات آینده توجیه می‌کند، سودمند خواهد بود: (1) خطی بودن و افزایشی بودن رابطه بین متغیرهای وابسته و مستقل. ، (ب) استقلال آماری خطاها،
کریجینگ بیزی تجربی (EBK) یک روش جایگزین است که می تواند برای دستیابی به یک روش ساده و قوی از درونیابی و پیش بینی داده ها استفاده شود. EBK به طور خودکار فرآیند ساخت Kriging را برای کمک به کاهش عدم قطعیت ها پیکربندی می کند. این روش امکان مدل‌سازی رابطه بین ویژگی‌های ژئوتکنیکی و متغیرهای مشترک و گرفتن جنبه‌های غیر ثابت این پارامترها را می‌دهد. بزرگترین مزیت این است که EBK خطای نیمه واریوگرام را در نظر می گیرد. این منجر به بهترین عملکرد توزیع فضایی در میان رایج ترین تکنیک های درونیابی می شود. توصیه می شود که یک تحلیل EBK اجرا شود و نتایج با توزیع فضایی تخمینی SPT ها در منطقه مورد مطالعه مقایسه شود. همچنین برای کاربران نهایی دانستن عدم قطعیت توزیع فضایی مدل‌سازی شده نقشه‌های ژئوتکنیکی به منظور تعیین قابلیت اطمینان نقشه‌هایی که ممکن است در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند، بسیار مهم است. یک نقشه عدم قطعیت ذاتاً در توزیع فضایی تولید شده توسط EBK تولید می شود.

5. نتیجه گیری ها

بر اساس استفاده قبلی از GIS در مهندسی ژئوتکنیک، این مقاله روشی امیدوارکننده برای پیش‌بینی خواص خاک برای مکان‌های غیرقابل دسترس با استفاده از GIS پیشنهاد می‌کند. نقشه‌های خاک درون‌یابی به‌دست‌آمده نشان داد که ویژگی‌های ژئوتکنیکی خاک، مانند مقادیر SPT N، شاخص پلاستیسیته و انواع خاک، می‌تواند با استفاده از GIS به طور دقیق نقشه‌برداری شود. این امر باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه های صرف شده در مراحل اولیه تحقیقات زمینی می شود.
مقادیر SPT N، شاخص پلاستیسیته و انواع خاک با استفاده از تکنیک درونیابی کریجینگ با ArcGIS 10.3 ترسیم شد. منبع این نرم افزار از دانشگاه تارتو، استونی است. نقشه‌های درون‌یابی شده با مقدار SPT N برای Tehsil نشان داد که مقادیر N مستقیماً با عمق مرتبط هستند. با افزایش عمق، مقادیر N مشاهده شد. معمولاً در اعماق بیشتر، سنگ بستر از شیل و ماسه سنگ تشکیل شده است. به طور مشابه، نقشه‌های شاخص پلاستیسیته درون‌یابی، محدوده شاخص پلاستیسیته خاک زیرسطحی را نشان می‌دهد که نشان‌دهنده خاک‌های پلاستیکی با دامنه متوسط ​​با درجه انعطاف‌پذیری در عمق کم است. نقشه انواع خاک های درون یابی شده، تنوع لایه های خاک را برای اعماق تا 15.24 متر زیر سطح زمین نشان می دهد.
با استفاده از این نقشه ها می توان ویژگی های خاک را برای مکان های غیرقابل دسترس تخمین زد. نقشه های خاک توسعه یافته برای طراحی اولیه و شناسایی خطرات، مانند زمین لغزش، به ویژه در سطح تحقیقات اولیه مهم هستند. نقشه های مقدار SPT N و نقشه های شاخص پلاستیسیته نقش مهمی در تعیین ظرفیت باربری پی دارند. از مقادیر SPT N نیز می توان برای ارزیابی مقاومت خاک استفاده کرد و طراحان می توانند از این نقشه ها برای انتخاب انواع پی و عمق گودبرداری مناسب استفاده کنند. این نقشه های خاک توسعه یافته سطح پیوسته و صاف مقادیر پارامترهای ژئوتکنیکی را با استفاده از تکنیک کریجینگ نشان می دهد که احتمال سهل انگاری از خطرات ژئوتکنیکی را کاهش می دهد.

منابع

  1. Clayton، CR مدیریت ریسک ژئوتکنیکی: بهبود بهره وری در ساختمان و ساخت و ساز بریتانیا . توماس تلفورد: ساوتهمپتون، انگلستان، 2001. [ Google Scholar ]
  2. هوک، ای. پالمیری، الف. خطرات ژئوتکنیکی در پروژه های بزرگ مهندسی عمران. 1998. در دسترس آنلاین: https://www.rocscience.com/assets/resources/learning/hoek/Geotechnical-Risks-on-Large-Civil-Engineering-Projects-1998.pdf (در 21 ژانویه 2022 قابل دسترسی است).
  3. لوهر، جی. دینگ، دی. لیکوس، WJ اثر تعداد اندازه‌گیری‌های مقاومت خاک بر قابلیت اطمینان طرح‌های پایه گسترده. ترانسپ Res. ضبط 2015 ، 2511 ، 37-44. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  4. زند، AG فعال کردن داده های ژئوتکنیکی برای استفاده گسترده تر توسط زیرساخت های داده های مکانی . دانشگاه کالیفرنیای جنوبی: لس آنجلس، کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا، 2011. [ Google Scholar ]
  5. Player, RSV سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) استفاده در مهندسی ژئوتکنیک ; انجمن مهندسین عمران آمریکا: Reston، VA، ایالات متحده آمریکا، 2006. [ Google Scholar ]
  6. سینگ، آ. نور، س. چیترا، ر. Gupta, M. کاربردهای GIS در مهندسی ژئوتکنیک: برخی از مطالعات موردی. بین المللی J. Sci. مهندس علمی 2018 ، 2 ، 34-38. [ Google Scholar ]
  7. باردت، ج.-پی. زند، ع. مدلسازی فضایی اطلاعات ژئوتکنیکی با استفاده از GML. ترانس. GIS 2009 ، 13 ، 125-165. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  8. Dodagoudar، GR یک پایگاه داده ژئوتکنیکی یکپارچه و GIS برای مدلسازی زیرسطحی سه بعدی: کاربرد در شهر چنای، هند. Appl. Geomat. 2018 ، 10 ، 47-64. [ Google Scholar ]
  9. اورهان، ع. Tosun، H. تجسم داده های ژئوتکنیکی با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی: مطالعه موردی در شهر اسکی شهیر (NW ترکیه). محیط زیست علوم زمین 2010 ، 61 ، 455-465. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  10. جردانه، اول. نقشه ژئوتکنیکی شهر نابلس – فلسطین. دانشگاه نجاه J. Res. A (Nat. Sci.) 2007 ، 21 ، 201-219. [ Google Scholar ]
  11. کولات، چ. دویران، وی. آیدی، سی. Süzen، ML تهیه یک مدل ریزپهنه‌بندی ژئوتکنیکی با استفاده از سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی بر اساس تحلیل تصمیم‌گیری چند معیاره. مهندس جئول 2006 ، 87 ، 241-255. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  12. Suwanwiwattana، P. چانتاوارانگول، ک. مایرینگ، دبلیو. Apaphant, P. توسعه پایگاه ژئوتکنیکی زیر خاک بانکوک با استفاده از GRASS-GIS ; منبع: پرینستون، نیوجرسی، ایالات متحده آمریکا، 2001. [ Google Scholar ]
  13. کلینهانس، I. ارزیابی انتقادی نقشه برداری ژئوتکنیکی منطقه ای در آفریقای جنوبی . دانشگاه پرتوریا: پرتوریا، آفریقای جنوبی، 2006. [ Google Scholar ]
  14. سوتیروپولوس، ن. بناردوس، ا. Mavrikos، A. مدلسازی فضایی برای ارزیابی پارامترهای ژئوتکنیکی. Procedia Eng. 2016 ، 165 ، 334-342. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  15. المعموری، SK; المالکی، لج. السلطانی، ع. الطویل، ک. حسین، HM; تغییرات ژئوتکنیکی افقی و عمودی خاک ها بر اساس طبقه بندی USCS برای شهر نجف عراق با استفاده از GIS. ژئوتک. جئول مهندس 2020 ، 38 ، 1919-1938. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  16. المعموری، SK; المالکی، لس آنجلس; حسین، HM; آل علی، MJ توزیع محتوای سولفات و مواد آلی در خاک شهرهای نجف و الکوفه با استفاده از gis. کوفه J. Eng. 2018 ، 9 ، 92-111. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  17. احمد، کارشناسی; یحیی، AY; محمد، پایگاه داده AH برای خاک بغداد با استفاده از تکنیک های GIS. J. Eng. 2012 ، 18 ، 1307-1324. [ Google Scholar ]
  18. الدفاع، ق. محمد، ج. Saleem, HD نقشه های دیجیتال پارامترهای ژئوتکنیکی مکانیکی با استفاده از GIS. Cogent Eng. 2020 ، 7 ، 1779563. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  19. بارو، PA تغییرپذیری خاک: نمای اواخر قرن بیستم. خاکهای فرت. 1993 ، 56 ، 529-562. [ Google Scholar ]
  20. شیت، پی کی; Bhunia، GS; Maiti, R. تحلیل فضایی خواص خاک با استفاده از مدل های زمین آمار مبتنی بر GIS. سیستم زمین مدلسازی محیط زیست 2016 ، 2 ، 107. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ نسخه سبز ]
  21. Bhunia، GS; شیت، پی کی; Maiti, R. مقایسه روشهای درونیابی مبتنی بر GIS برای توزیع فضایی کربن آلی خاک (SOC). J. عربستان سعودی Soc. کشاورزی علمی 2018 ، 17 ، 114-126. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  22. هنگل، تی. Rossiter، DG; Stein, A. استراتژی‌های نمونه‌برداری خاک برای پیش‌بینی فضایی از طریق همبستگی با نقشه‌های کمکی. خاک رس. 2003 ، 41 ، 1403-1422. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  23. آرشید، MU; شبیر، ف. حسین، ج. الهی، ع. ارزیابی تغییرات پارامترهای خاک برای طراحی پی سازه‌ای با بارگذاری سبک. زندگی علمی. J. 2013 , 10 , 217-220. [ Google Scholar ]
  24. کریتلی، اس. گارزانتی، E. منشأ بسترهای قرمز موری سوم پایین تر (هزاره-کشمیر، پاکستان) و ظهور اولیه هیمالیا. رسوب. جئول 1994 ، 89 ، 265-284. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  25. خان، ان. کالینز، AE; قاضی، F. علل و میزان اثرات زیست محیطی خطر زمین لغزش در منطقه هیمالیا: مطالعه موردی موری، پاکستان. نات خطرات 2011 ، 57 ، 413-434. [ Google Scholar ]
  26. ویلیامز، VS; پاشا، م.ک. شیخ، نقشه زمین شناسی IM منطقه اسلام آباد-راولپندی، پنجاب، شمال پاکستان. بررسی. 1999. در دسترس آنلاین: https://pubs.usgs.gov/of/1999/0047/report.pdf (دسترسی در 10 ژانویه 2022).
  27. یائو، ایکس. فو، بی. لو، ی. سان، اف. وانگ، اس. لیو، ام. مقایسه چهار روش درونیابی فضایی برای تخمین رطوبت خاک در یک حوضه آبریز زمین پیچیده. PloS ONE 2013 , 8 , e54660. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  28. استاندارد، AJAI D2487-17 ; تمرین استاندارد برای طبقه بندی خاک ها برای اهداف مهندسی (سیستم طبقه بندی یکپارچه خاک). ASTM: West Conshohocken، PA، ایالات متحده آمریکا، 2018.
  29. 00-4318، (2003) ; روش‌های تست استاندارد برای حد مایع، حد پلاستیک و شاخص پلاستیسیته خاک. انجمن آمریکایی برای آزمایش: غرب کنشوهوکن، PA، ایالات متحده آمریکا، 2018؛ جلد 4، ص 582–595.
  30. آرشید، MU; کمال، MA نقشه برداری ژئوتکنیکی منطقه ای با استفاده از کریجینگ در پایگاه داده الکترونیکی زمین. Appl. علمی 2020 ، 10 ، 7625. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  31. اسمیت، ام. شبکه های عصبی برای مدل سازی آماری ; Thomson Learning: نیویورک، نیویورک، ایالات متحده آمریکا، 1993. [ Google Scholar ]
Ijgi 11 00368 g001 550
شکل 1. ( الف ) مدل رقومی ارتفاعی منطقه مورد مطالعه ( ب ) نقشه که موقعیت منطقه مورد مطالعه را در پاکستان نشان می دهد.
Ijgi 11 00368 g002 550
شکل 2. نمودار جریان روش.
Ijgi 11 00368 g003 550
شکل 3. نقشه محل های نمونه برداری و نقشه سایت های اعتبار سنجی (موقعیت گمانه ها).
Ijgi 11 00368 g004a 550 Ijgi 11 00368 g004b 550
شکل 4. SPT N در ( a ) عمق 1.52 متر، ( b ) عمق 3.05 متر، ( c ) 4.57 متر عمق، ( d ) عمق 6.10 متر، ( e ) عمق 7.62 متر و ( f ) عمق 15.2 متر نقشه برداری می کند.
Ijgi 11 00368 g005 550
شکل 5. اعتبار سنجی نقشه های خاک تولید شده.
Ijgi 11 00368 g006a 550 Ijgi 11 00368 g006b 550
شکل 6. نقشه های پلاستیسیته در ( a ) عمق 1.52 متر، ( b ) عمق 3.05 متر، ( ج ) 4.57 متر عمق، ( d ) عمق 6.10 متر، ( e ) عمق 7.62 متر و ( f ) 9.14 متر عمق ) عمق 10.67 متر، ( h ) 12.19 متر عمق و ( i ) 13.72 متر عمق، ( j ) 15.24 متر عمق.
Ijgi 11 00368 g007a 550 Ijgi 11 00368 g007b 550
شکل 7. نقشه های پلاستیسیته در ( a ) عمق 1.52 متر، ( b ) عمق 3.05 متر، ( ج ) 4.57 متر عمق، ( d ) عمق 6.10 متر، ( e ) عمق 7.62 متر و ( f ) 9.14 متر عمق ) عمق 10.68 متر، ( h ) 12.19 متر عمق و ( i ) 13.72 متر عمق، ( j ) 15.24 عمق.

مقالات داخلی و بین المللی

مطالب مرتبط ...

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید