زمین لغزشها یکی از مسألهسازترین پدیدههای طبیعی در زمینهی امور عمرانی محسوب میشوند. بسیاری از جادهها و مناطق شهری و روستایی کشور و بویژه در مناطق کوهستانی و پربارش همواره با خطر رانش زمین و ریزشها روبهرو هستند. در مسألهی توسعه شهری در کشور نیز موضوع زمین لغزش از جمله موارد محدود کنندهی گسترش شهرهای بزرگ محسوب میگردد.
دلایل وقوع زمین لغزش
تشخیص اینکه چه شرایطی موجب ناپایداری زمین میشود و به بروز رانش منجر میگردد، از اهمیت زیادی برخوردار میباشد. علت اصلی ایجاد زمین لغزش نیروی وزن بخش شیبدار یک ناحیه است که موجب میشود تا مقاومت بُرشی زمین در آنجا از بین برود. با این وجود عوامل متعددی مانند شرایط زمین شناسی، وضعیت توپوگرافی، شرایط آب و هوایی، شرایط آب زیرزمینی و غیره سبب میگردد تا کاهش یا از بین رفتن مقاومت زمین تسریع شود. این عوامل معمولاً با هم عمل کرده و شرایط را برای رانش زمین فراهم میکند، ولی درصد مشارکت آنها متفاوت میباشد.
در زیر به اختصار هر یک از عوامل اصلی وقوع رانش زمین توضیح داده میشوند:
بارندگی
آب مهمترین عامل وقوع رانش زمین محسوب میگردد. بیشتر زمین لغزشها پس از بارندگیهای سنگین اتفاق میافتند. بارندگی به صورت باران یا برف ضمن نفوذ در داخل تودههای سنگ و خاک، موجب افزایش وزن تودهای میشود که استعداد لغزش دارد. جذب آب توسط سنگهایی مانند شیل و مارن به افزایش حجم این سنگها منجر میگردد. چنین سنگهایی با جذب آب حالت صابونی پیدا میکنند و سنگهای درزه دار واقع شده بر روی آنها در جهت شیب لایهها دچار لغزش میشوند.
شیب زمین
از جمله عوامل ایجاد زمین لغزشها وضعیت توپوگرافی زمین میباشد. رانش زمین معمولاً در شیبهای تند به وقوع میپیوندد، ولی با توجه به دیگر عوامل ممکن است مقدار شیب بحرانی از ناحیهای به ناحیهی دیگر تفاوت پیدا کند. برای مثال، در منطقهای رانش زمین میتواند در شیبهای بیشتر از ۲۰ درجه اتفاق بیفتد و این مقدار شیب، بحرانی تلقی شود؛ ولی در منطقهی دیگر وقوع زمین لغزش در شیبهای کمتر از این مقدار نیز متداول باشد. چنین موضوعی مشارکت سایر عوامل را در بروز ناپایداری زمین مشخص میکند.
موقعیت لایهبندی
منظور از موقعیت لایهبندی، شناخت خصوصیات لایهها از نظر امتداد، شیب و جهت شیب میباشد. مثلاً در هنگام حفاری یک ترانشه چنانچه شیب لایهها بیشتر از ۳۰ درجه و جهت بزرگترین شیب لایهبندی به سمت جاده باشد این امکان وجود دارد که با انتخاب جهت حفاری ترانشه به موازات امتداد لایهبندی ناپایداری در جهت شیب لایه به صورت لغزش سنگ اتفاق بیفتد.
موقعیت چینه شناسی
وضعیت چینه شناسی لایههای سنگی با توجه به ویژگیهای سنگ شناسی آنها موجب میشود تا بسته به موقعیت لایهبندی و جنس سنگ ناپایداری در شیبهای سنگی اتفاق بیفتد. برای مثال، هرچند ماسه سنگهای افقی موقع حفاری ترانشهها در جهت عمود بر امتداد لایهبندی پایدار میباشند؛ ولی در تناوب ماسه سنگ و شیل افقی به علت قابلیت تغییر حجم شیل در دراز مدت سقوط بلوکهای ماسه سنگی دارای ناپیوستگی صورت میگیرد.
زمین لغزش: تعریف، مشخصات و انواع آن
پدیدهی لغزش سنگ در دامنههای متشکل از تناوب مارن،کنگلومرا و ماسه سنگ در جهت شیب لایهها نیز میتواند اتفاق بیفتد ولی نه الزاماً در محل تماس مارن با ماسه سنگ یا کنگلومرا بلکه در لایههای مارن که با کاهش مقاومت برشی مواجه شدهاند.
ساختارهای تکتونیکی
ساختارهای زمین شناختی و تکتونیکی مانند شکستگیها و گسلها در ایجاد زمین لغزش نقش عمدهای بازی میکنند. وجود چنین ساختارهایی علاوه بر کاهش مقاومت زمین (خاک و سنگ) به تجمع آب در تودههای سنگی و آبرفتی منجر میگردد. تجمع آب سبب افزایش فشار آب منفذی درون حفرات و افزایشوزن تودهی زمین شده و در نتیجه زمینهی بروز رانش زمین را فراهم میکند. مطالعه و برداشت مشخصات شکستگیهای توده سنگی توسط کارشناسان مربوطه میتواند جهت شکستگیهای غالب و تأثیر آن روی نوع ناپایداری توده سنگ مشخص کند و به انتخاب روش تثبیت کمک کند.
زلزله
زمینلرزهها از عوامل مهم زمین لغزش هستند. تقریباً همهی زمین لرزهها با وقوع زمین لغزش همراه بودهاند. انرژی آزاد شده توسط زلزله به تودههای خاک و سنگ مستعد رانش، نیروهای آنی وارد میکند. پیامد اعمال این نیروها که به کاهش مقاومت زمین نیز میانجامد، وقوع زمین لغزشهای متعددی است که نمونهی آن در زلزلهی رودبار استان گیلان در سال ۱۳۶۹ مشاهده شده است.
انجام عملیات ساختمانی
عملیات کوهبری و خاکبرداری که به منظور گسترش مناطق مسکونی و احداث آزادراهها، بزرگراهها، کانالها و مسیرهای راه آهن انجام میشود و یا ایجاد خاکریزهای سنگین در بالادست دامنههای با شیب تند در بسیاری از موارد سبب زمین لغزش میگردد.
شمع کوبی، با وجود اینکه یکی از روشهای تثبیت زمینلغزشها به شمار میرود، ممکن است در برخی زمینهای نرم و حساس به علت تغییر مکان افقی خاک به لغزش زمین منجر شود.
آبگیری و تخلیه سریع مخازن
زمان آبگیری سدها که به منظور پر کردن دریاچه سد انجام میشود و طی آن سطح آب زیرزمینی در سواحل افزایش پیدا میکند، به علت افزایش وزن تودههای خاک و سنگ و افزایش فشار آب حفرهای و نیز هنگام تخلیه سریع مخازن سدها که طی آن سطح آب دریاچه به سرعت پایین میرود، به علت ایجاد فشار منفذی منفی امکان وقوع لغزش در سواحل دریاچه سدها افزایش مییابد.
روشهای مطالعهی زمین لغزهها
اگرچه اولین علائم وقوع زمین لغزشها ایجاد ترکهایی عمود بر شیب دامنهها است، ولی در بسیاری از موارد پیش بینی وقوع لغزش به سادگی امکان پذیر نیست و انجام مطالعات مقدماتی ناحیه به منظور بررسی شرایط زمین شناسی، توپوگرافی، آب شناسی و هواشناسی ضروری میباشد. بر اساس این مطالعات بایستی ویژگیهای سطحی و زیرسطحی توده یا تودههای مستعد لغزش بررسی گردد. جهت انجام این کار اقدامات مختلفی وجود دارد که در ادامه به مرور آنها میپردازیم:
گردآوری اطلاعات و مدارک موجود
- گزارش بررسیهای پیشین در منطقه
- نقشههای توپوگرافی، زمین شناسی و هیدرولوژی ناحیه
- عکسهای هوایی ناحیه با مقیاس مناسب
- آمارها و اطلاعات هواشناسی، هیدرولوژی و هیدروژئولوژی ناحیه
مطالعات هواشناسی
- مطالعه آمار و اطلاعات مربوط به آب و هوای ناحیه
- تعیین تغییرات دمای (حداقل و حداکثر) ناحیه
- تعیین نوع بارش و حداکثر بارش ناحیه
- تعیین شدتهای بارندگیهای کوتاه مدت
مطالعات ژئومورفولوژی (زمین ریخت شناسی)
- تهیه نقشههای توپوگرافی با مقیاس مناسب از منطقه لغزش و نشان دادن زمین لغزش یا زمین لغزش ها روی آن
- تعیین شبکه زهکشی (آبراههها، نهرها و چشمهها) روی نقشه
- تعیین تغییرات شیب زمین در ناحیه مستعد زمین لغزش
مطالعات زمین شناسی
- تشریح وضعیت چینه شناسی و تعیین جهت شیب لایهبندی
- تشریح ویژگیهای سنگ شناسی در محدوده زمین لغزشها
- شناسایی ساختارهای تکتونیکی ناحیه مانند گسلها و شکستگیها
- تعیین نوع و میزان هوازدگی در محدوده لغزشها
مطالعات آبهای زیرزمینی
- مطالعه آمار و اطلاعات آبهای زیرزمینی
- بررسی نحوه ارتباط آبهای سطحی و آبهای زیرزمینی
- تهیه نقشه هم تراز آبهای زیرزمینی برای تعیین تغییرات سطح ایستابی
مطالعات لرزه خیزی
- بررسی سوابق لرزه خیزی ناحیه
- ارزیابی حداکثر شدت لرزهها
- تعیین بزرگترین زمینلرزه احتمالی و برآورد شتاب افقی در محدوده زمین لغزشها
مطالعات ژئوفیزیکی
- تعیین وضعیت لایهها در محل لغزش
- تعیین عمق سنگ کف و سطح ایستابی
- تعیین سطح یا سطوح لغزش و مشخص کردن شکل هندسی تودههای دارای پتانسیل گسیختگی
مطالعات ژئوتکنیکی (زمین شناسی مهندسی، مکانیک خاک و مکانیک سنگ)
- تعیین محل برای حفاری گمانههای اکتشافی
- نصب علائم مشخص برای اندازهگیری میزان حرکت توده لغزنده در سطح
- نصب سیستمهای رفتارسنجی در گمانههای اکتشافی
- نمونه برداری و انجام آزمایشهای لازم برای تعیین خصوصیات فیزیکی و عوامل مقاومت برشی خاک و سنگ
- شناسایی بهتر قشر متحرک
- تعیین موقعیت سطح لغزش
- تعیین موقعیت سطح ایستابی و تغییرات آن
- تعیین تغییرات هوازدگی نسبت به عمق
- بررسی نقش بناهای ساخته شده و اثر آن بر لغزشها
تحلیل پایداری و ارائه طرح پایداری یا تثبیت زمین لغزش
- تعیین عوامل مؤثر در گسیختگی
- تحلیل روشهای پایداری
- بررسی و ارائه روش تثبیت مناسب برای ناحیه
- تهیهی نقشه اجرایی برآورد حجم عملیات و هزینه برای بهترین گزینه
- تهیه و تدوین گزارش نهایی
روشهای تثبیت و پایداری زمین لغزشها
همانطور که اشاره شد، آخرین مرحله از مراحل مقدماتی زمین لغزشها ارائهی روش مناسب پایدارسازی توده لغزنده است. روشهای تثبیت متعددی وجود دارد که با توجه به نتایج حاصل از بررسیها یک یا چند روش پایدار سازی انتخاب و به منظور جلوگیری از رانش زمین طراحی و اجرا میگردد. عمده روشهایی که برای تثبیت زمین لغزشها به کار گرفته میشود، عبارتند از:
زهکشی توده مستعد زمین لغزش
مناسبترین روش پایدارسازی تودههای لغزنده طراحی و اجرای زهکشها میباشد. این روش موجب افت سطح ایستابی و کاهش فشار منفذی شده و به تثبیت زمین لغزش کمک مؤثری میکند. در روش زهکشی، ابتدا دستگاه حفاری ضمن حفر زهکش لوله جداری برای جلوگیری از ریزش نصب میکند و به این ترتیب با خروج آب زیرزمینی از طریق زهکش افقی تعبیه شده سطح آب پایین آمده و با زهکش وزن توده و تقلیل فشار آب حفره ای از رانش زمین جلوگیری میشود. زهکشهای افقی میتوانند در محل تماس سنگ کف و آبرفت ایجاد شوند و یا اینکه مابین ماسه سنگ و شیل طراحی گردند.
کاهش وزن توده
با انجام عملیات خاکبرداری و یا سنگبرداری از قسمت های فوقانی تودهی مستعد لغزش، میتوان وزن آن را کاهش داده و به تثبیت توده خاک و یا سنگ کمک کرد. در مسیر راه آهن جنوب به منظور جلوگیری از حرکت تونل از این روش استفاده شده است.
۳- جلوگیری از نفوذ آب
برای جلوگیری از نفوذ آب به درون تودهی دارای امکان لغزش میتوان با پخش ماسههای آغشته به قیر (مالچ) روی تودهی حاک و سنگ، از ورود آب به درون آن جلوگیری کرد. حفر خندق در اطراف توده لغزنده و عایقبندی آن با مواد پلاستیکی موجب میشود تا آب از اطراف توده به پایین دست هدایت شده و میزان نفوذ آب به درون خاک کاهش پیدا کند. همچنین بتن پاشی از ریزش خاکهای سست نیز جلوگیری میکند.
استفاده از بتن پاشی بر روی سنگها روش دیگری برای جلوگیری از نفوذ آب میباشد. در استفاده از این روش باید به جنس سنگها توجه ویژه داشت. برای نمونه، بتن پاشی بر روی سنگهای شیلی و مارنی با توجه به قابلیت تغییر حجم آنها به علت جذب آب، توصیه نمیشود.
استفاده از دیوار حائل
استفاده از دیوارهای حائل از جمله روشهای مورد استفاده در تثبیت زمین لغزشها است. ارتفاع، طول، عرض و شیب دیوارهای حائل و نوع آن به همراه تعبیهی سیستم زهکشی آب از میان دیوار که با توجه به خصوصیات زمین شناسی محل و شکل هندسی زمین لغزش طراحی و اجرا میشود در پایدارسازی زمین مستعد رانش نقش بسیار مهمی دارد. شناخت سطح لغزش در طراحی دیوار حائل حائز اهمیت است، زیرا در بعضی موارد به علت عدم شناخت سطح و یا سطوح لغزش بخشی از دیوار حائل روی سطح مستعد رانش قرار گرفته و با سنگین شدن تودهی خاک، لغزش تسریع خواهد شد.
کاشتن درخت
چنانچه سطح لغزش در عمق کم قرار داشته باشد، میتوان با کاشتن درختانی که ریشههای طویل تولید میکنند به تثبیت زمین لغزش کمک کرد. علاوه بر این، پوشش گیاهی میتواند از شستشوی خاک و ایجاد جریانهای سطحی جلوگیری کند.
شمع کوبی
استفاده از شمع به صورت سپر و یا ستونهای آهکی از جمله روشهای تثبیت زمین لغزشها است که باید با توجه به شرایط زمین شناسی محل طراحی و اجرا گردد.
توری سیمی و میل مهار
به منظور جلوگیری از افتادن قطعات ناپایدار سنگ اقدام به نصب تورهای سیمی و میل مهار میکنند. معمولاً با استفاده از میل مهارها قطعات ناپایدار به توده اصلی سنگ متصل میشود. روی تورهای سیمی نصب شده با توجه به شرایط محل، بتن پاشی نیز انجام میشود.
پلکانی کردن شیب
برای کم کردن خطر سقوط سنگ میتوان در شیبهای سنگی با توجه به ابعاد قطعات ناپایدار و حداکثر ارتفاع سقوط سنگ در تودههای سنگی به ساخت پلکان اقدام نمود. ابعاد پلکان و تعداد آنها با توجه به ارتفاع شیب سنگی و ابعاد قطعات ناپایدار سنگ تعیین میگردد.
منبع: کتاب زمین شناسی مهندسی، تألیف دکتر محمدحسین قبادی
