زمین لغزش آتشگاه کرج (نمونه اى از سازوکار گسیختگى لغزشى- خمشى)

توضیحات

      مدیریت زمین شناسى مهندسى، مخاطرات و زیست محیطى گروه زمین شناسى مهندسى     زمین لغزش آتشگاه کرج نمونه اى از سازوکار گسیختگى لغزشى- خمشى     محمد جواد بلورچى، مسعود محمودپور، ایمان انتظام علیرضا سیاره مردادماه 1386     مقدمه: در پى نامه شماره 60687-63 در تاریخ 12/4/1386 مدیر محترم امور حوادث و سوانح غیر مترقبه استاندارى تهران و اطلاع از رخداد پدیده زمین لغزش (که به نادرست رانش زمین خوانده مى شود) در روستاى آتشگاه از توابع شهرستان کرج، به همراه مسئول ستاد حوادث غیر مترقبه شهرستان کرج بازدیدى از محل انجام گرفت که گزارش حاصل نتیجه این بررسى نخستین مى باشد.   محدوده مورد بررسى در مختصات 923/35 درجه عرض شمالى و 992/50 درجه طول خاورى درکنار روستاى آتشگاه از مناطق ییلاقى و تفریحى شمال باخترى شهرستان کرج با ارتفاع میانگین 1900 متر از سطح دریا مى باشد.  با توجه به نقشه زمین شناسى کرج( نقشه زیر)  در مقیاس 1:100،00 این روستا در یال جنوبى ناودیسى به همین نام قرارگرفته که سنگهاى تشکیل دهنده آن به شکل عمده شامل سنگهاى آتشفشانى تراکى آندزیت تا آلکالى بازالت مگا پور فیرى همراه با لایه هاى توفى از سازند کرج با سن ائوسن است. نکته قابل توجه در این نقشه تشخیص محدوده ای به عنوان ناحیه لغزشى است که نشانگر وجود استعداد ناپایداری های دامنه ای در محدوده مورد مطالعه می باشد.     شکل 1- بخشى از نقشه زمین شناسى محدوده مورد بررسی. شرح رخداد: در پی بارش های کم سابقه بهار 86 در دامنه های جنوبی البرز انتظار آن می رفت که رخداد زمین لغزش ها و ناپایداری های دامنه ای در اثر این بارش ها افزایش یابد و پایان این بارش ها و رویداد زمین لرزه ای با بزرگی متوسط (M=5.9) در تاریخ 28 خرداد 86 در حوالی شهرکهک از توابع قم و در فاصله بیش از 100 کیلومتری از محدوده مورد بررسى ، مردم روستای آتشگاه شاهد ایجاد شکافی در لبه کوهستان شمال روستا بودند که طی 20 روز توسعه یافت و در بلندترین نقطه حدود 15 متر افراز لغزشی ایجاد نمود. میزان جابجایی قائم در همه جای این توده یکسان نبود و از خاور به باختر ارتفاع آن به شکل چشمگیری کاهش می یافت تا اینکه در کناره آبراهه میزان آن به صفر می رسید. در پایین دست این توده میزان دگرشکلی به هیچ وجه با تغییر شکل بالای آن انطباق نداشت و این موضوع باعث پیچیدگی شناخت سازوکار پدیده شده بود.       نگاره 1- نمایى از افراز زمین لغزش که در آن تغییر ارتفاع افراز از خاور به باختر دیده مى‌شود. دانسته های اولیه در زمان بازدید نشانگر وجود خاکبرداری به عمق حدود 3 تا 4 متر در پایین دست و منتهی الیه باختری توده لغزیده بود که در کنار یک رستوران جهت ساخت پارکینگ ایجاد شده بود. در روزهای اولیه پس از رویداد تغییرات چشمگیرریخت شناختى مربوط به لغزش در این محل دیده نمی شد و به مرور زمان و تا امروز برآمدگی به ارتفاع حدود 2 تا 3 متر در محل این خاکبرداری دیده می شود که نشانگر توسعه صفحه لغزش به سمت این ناحیه است.     نگاره 2- نمایى از محدوده خاکبردارى شده در پاشنه شیب. دگر شکلى چنذانى دیده نمى شود. دیگر اینکه در کنار همین محدوده خاکبرداری شده، در اوایل انقلاب و حدود 25 سال پیش مخزن آبی برای روستا ساخته اند که بلافاصله به علت حرکت زمین زیر مخزن و بهم خوردن آب بندی آن بلااستفاده شده بود. این پدیده نشانگر وجود حرکت آرام و مستمر یک توده لغزشی در واریزه های پایین دست بلوک سنگی فعال شده کنونی بوده است. این مخزن که در سالهای بعد به ویلاى مسکونى تغییر کاربری پیدا کرده اکنون در گیر بخشی از لغزش واریزه ای( نگاره3و 16 ) شده است که در کنار بلوک سنگی جابجا شده مجددا فعال شده و متحمل خسارت جدی شده است.   نگاره3- تخریب شدید در محدوده مخزن آب قدیمى روستا. در بازدید های بعدی مشخص‌گردید‌که بیشترین میزان دگر شکلی در انتهای باختری توده لغزیده و در داخل رستوران مورد بررسی ایجاد شده بنحوی که تقریبا گذرگاه آبراهه مسدود و یا به شدت تنگ شده( نگاره 22) و پشته‌ای از دامنه کوه به سمت این رستوران در حرکت است و بدرستی جلوی فعالیت این واحد جهت پیشگیری از خسارت‌های جانی احتمالی‌گرفته شده است( نگاره 6).   نگاره 4 : نمای عمومی توده لغزیده که بر روی آن محدوده لغزش با خط قرمز، لبه افراز لغزش با خط نمایه دار قرمز  و جهت حرکت توده با پیکان نشان داده شده است ( دید به سمت خاور).     نگاره 5- دور نماى افراز و ترک هاى برشى کناره زمین لغزش واریزه ایى که کنار بلوک سنگى دوباره فعال شده. جهت حرکت هر دو لغزش به سمت شمال باخترى است. با توجه به سازوکار گسیختگى و بررسى هاى روى زمین تاثیر بارندگى هاى بهار گذشته در رخداد این پدیده غیر قابل انکار است به ویژه که اهالى محل نیز از وجود چشمه اى پر آب در پاشنه لغزش خبر مى دادند که با آغاز فعالیت خشک شده بود.     نگاره 6- نمونه اى از تخریب هاى ایجاد شده در داخل رستوران.   نگاره 7 : نمای سه بعدی تصویر ماهواره ای توده لغزیده که بر روی آن محدوده لغزش با خط نخودی، لبه افراز لغزش با خط قرمز و محل خاکبرداری با رنگ زرد نشان داده شده است.     نگاره 8 : نمای نزدیک افراز توده لغزیده، بیشترین بلندای این افراز حدود 15 متر اندازه گیری شد(دید به سوی شمال).   نگاره 9- نمایى از تصویر ماهواره اى زمین لغزش آتشگاه. در این تصویر مشخص گردید که زمین لغزش بسیار بزرگترى در منطقه وجود دارد که لغزش اخیردر اثر  فعال شدن بخش کوچکى در باختر این لغزش است( محدوده زرد).   ساز وکار شکست و گسیختگى زمین لغزش آتشگاه: مدل ها و روش هاى گوناگونى براى تحلیل پایدارى زمین لغزش ها به کار گرفته مى شود که از جمله این روش ها مى توان به روش تعادل حدى (Limit Equilibrium) و روش هاى عددى (Numerical Methods) که به طور عمده براى تحلیل رفتار غیر خطى دگرشکلى شیب ها سودمند است اشاره نمود، اما بیشتر آنها براى مدل سازى رفتار غیر خطى در سنگ هاى شکننده (Brittle) مناسب نیستند. مدل گسیختگى زمین لغزش آتشگاه کرج بر پایه مطالعات صحرایى انجام شده منطبق بر تئورى سیستم پویا غیر خطى (Nonlinear Dynamic System Theory) یا به اختصار NDS قابل تحلیل و تفسیر است. مدل شکست از نوع لغزشى- خمشى (Slip-Buckling Slope Failure) مى باشد. بر پایه این نوع سازوکار، گسیختگى بر روى یک سطح صفحه اى رخ مى دهد( نگاره 1و3) و به صورت یک فرآیند پیشرونده ادامه مى یابد. رفتار مصالح سنگى در این نوع شکست به دو گونه است( به شکل زیر نگاه کنید): الف- رفتار گسیختگى نوع اول (براى مصالح تشکیل دهنده پاشنه شیب): این نوع رفتار از نوع الاستیک (کشسان)-شکننده (Elastic-Brittle) است که با توسعه شکستستگى ها در سنگ به طور غالب به سوى کرنش- سخت شدگى (Strain-Hardening) ادامه پیدا مى کند. در این ناحیه بلوک ها و لوح هاى سنگى مقاومى که در هم قفل شده اند تشکیل پل هاى سنگى (Rock Bridge) را خواهند داد و بعد از این حالت است که رفتار کرنشى از نوع واژگونى ایجاد خواهد گردید.   شکل1- مدل ناحیه بندى رفتار هاى گیسختگى متفاوت در شکست لغزشى- خمشى   ب- رفتار گسیختگى نوع دوم(براى مصالح سنگى بر روى سطح لغزش صفحه اى): در اثر نیروى وزن توده لغزشى (بلوک ها و لوح هاى سنگى) جابجایى "u" رخ خواهد داد که میزان آن با در نظر گرفتن بردارهاى تنش، ترکیب مصالح، بافت و ساخت قطعات و بلوک هاى سنگى و محیطى که در آن ناپایدارى رخ مى دهد(محیط هاى کشسان- شکننده، کشسان- شکل پذیر و کرنشى- نرم شده) متنوع خواهد بود. رفتار شکست در این ناحیه از نوع کرنش- نرم شده(Stain-Softening) مى باشد. لوح هاى مقاوم به طور ناگهانى بر روى هم مى لغزند و به سمت پایین بر روى صفحه گسیختگى حرکت مى کنند. میزان جابجایى این بلوک ها به سمت پایین دست به شیب دره، عمق آن و میزان فضاى ایجاد شده تحت اثر گیسختگى نوع اول در پاشنه لغزش دارد.    در یک جمع بندى براى زمین لغزش آتشگاه کرج مى توان گفت که انرژى جمع شده در توده سنگ به طور ناگهانى آزاد شده و رفتار گسیختگى براى بلوک هاى سنگى در ناحیه بالا دست زمین لغزش به صورت رفتار نوع ب خود را نمایان ساخته است. هر چه به انتهاى لغزش و به خصوص پاشنه شیب نزدیکتر مى شویم فرآین شکستگى نوع الف بیشتر خود را نمایان مى کند(نگاره شماره9 ).       نگاره 10 : نمای پاشنه توده لغزیده، تغییر در میزان شیب درزه ها به سمت پایین دست توده نشانگر تورم ایجاد شده تحت اثر مکانیسم نوع الف در پاشنه شیب است(دید به سوی شمال باختر).   در ناحیه مورد بررسى رفتار سنگ از نوع الاستیک- شکننده بوده است.رفتار شکننده سنگ در این ناحیه همراه با شکست خمشى (Buckling Failure) است(شکل 2).  در این منطقه لوح هاى سنگى با طول "L" و پهناى "d" تحت اثر نیروى تک محورى وارده در جهت طول آنها شکسته مى شوند. این شکست در ناحیه بحرانى پاشنه شیب رخ خواهد داد که بیشینه بار مرده سنگ را تحمل مى نماید و موجب برگشت لوح هاى سنگى مى شود. میزان تنش خمشى (Buckling Stress) از رابطه زیر بدست مى آید:                                                       σb=Π2E/12(ld)2 که E : مدول الاستیسیته سنگ (مدول یانگ توده سنگ) است. هنگامى که بارگذارى خمشى(Buckling Load) به حد نهایى خود برسد، لوح هاى سنگى که به صورت صفحه اى بر روى هم قرار دارند به مرز ترکش (انفجار،   (Burstمى رسند و پدیده خمش رخ خواهد داد. شکست و گسیختگى براى لوح هاى سنگى ناپایدار در ناحیه پاشنه شیب زمین لغزش آتشگاه از این نوع است. شکست خمشى در این ناحیه موجب گردیده است تا اکثر بلوک هاى سنگى در این منطقه با شیب زیادترى نسبت به بلوک هاى سنگى بالا دست قرار گیرند(نگاره 4) و در آستانه گسیختگى کامل که منجر به گسیختگى و ناپایدارى واژگونى(Toppling Failure) خواهند شد.   شکل2- مدل ساده شده سازوکار گسیختگى لغزشى- خمشى     نتیجه گیرى و پیشنهاد ها: زمین لغزش آتشگاه زمین لغزشى ترکیبى( لغزشى صفحه اى در بخش سنگى که با لغزشى چرخشى یا انتقالى در بخش واریزه اى همراه شده) مى باشد و بنظر مى رسد که بخشى از یک زمین لغزش قدیمى است که دوباره فعال شده است. وجود اختلاف ارتفاع بین افراز و پاشنه توده وشیب توپوگرافى زیاد و وزن توده مانند همه ناپایدارى هاى دامنه اى علت اصلى رخداد زمین لغزش حاضر است. با توجه به سازوکار گسیختگى و بررسى هاى روى زمین تاثیر بارندگى هاى بهار گذشته در رخداد این پدیده غیر قابل انکار است. به ویژه که اهالى محل نیز از وجود چشمه اى پر آب در پاشنه لغزش خبر مى دادند که با آغاز فعالیت لغزش خشک شده است. بر پایه مشاهدات صورت گرفته، فرآیند گسیختگى زمین لغزش مورد بحث تمام نشده است و بنظر مى رسد که مدت زمانى طول مى کشد تا به پایدارى برسد. این زمان از چند ماه تا چند سال متفاوت است و در این مدت رعایت نکات ایمنى و جلوگیرى از دست کارى دامنه ضرورى است. البته لازم به یادآورى است که مرحله بعدى ناپایدارى، شکست واژگونى لوح هاى سنگى در پاشنه دامنه است و این فرآیند در نهایت با رفتار خزشى(Creep) نوع سوم به پایان راه خود مى رسد.   نگاره 11- نمونه از چرخش ایجاد شده در بلوک هاى سنگى که آن ها را به آستانه واژگونى نزدیک مى کند. این نما ار پاشنه لغزش سنگى گرفته شده است. هم زمانى رویداد زمین لرزه کهک قم با آغاز فعالیت این لغزه بر اساس فاصله بیش از یکصد کیلومترى موجود تا مرکز زمین لرزه و شتاب کم حاصل از زمین لرزه در این مکان چندان معنى دار نیست و اصولا نباید ارتباط چندانى براى آن در نظر گرفت مگر اینکه در نظر بگیریم که توده از نظر تجمع تنش به حد گسیختگى رسیده بوده و این زمین لرزه باعث رهایى آن شده باشد. ولى جاى بررسى بیشتر وجود دارد. در ارتباط با اثر خاکبردارى در پایین دست لغزش جهت احداث پارکینگباید گفت که با توجه به اینکه کسیختگى از بالا دست آغاز شده و به سمت پایین در حال توسعه است و اینکه تغییر شکل در محدوده خاکبردارى چندان زیاد نیست، خیلى موثر در نظر گرفته نمى شود.   نگاره 12- تغییر شکل محدود ایجاد شده در محدوه خاکبردارى شده در این تصویر مشخص است.   نکته بسیار مهم حرکت توده به سمت آبراهه، مسدود کردن آن و ایجاد سیلاب در بارندگى هاى آینده است. به این منظور لازم است بنحوى که تعادل توده بر هم نخورد و با رعایت کلیه نکات ایمنى در مورد کار کردن در جلوى یک توده ناپایدار،  نسبت به باز کردن معبرى جهت عبور آب اقدام فورى صورت پذیرد. در یک بررسى ساده مشخص گردید که بقیه رستوران ها و ساختمان هاى محدوده مورد بررسى نیز از پایدارى و اطمینان چندانى برخوردار نیستند. به عنوان نمونه یکى بر روى توده خاک دستى ایجاد شده که ترک هاى کششى آغاز لغزیدن در آن نمایان است و دیگرى که با خاکبردارى پاشنه صخره اى در تلاش است تا بر وسعت رستوران خود بیافزاید، و این نکته مهم را در نظر نمى گیرند که وقتى تعادل شیبى را بر هم مى زند خود و دیگران را در مقابل خطر بیشترى قرار مى دهند. در پایان باید خاطر نشان کرد که فقط در صورت شناخت طبیعت و استفاده از امکانات و دورى از مخاطرات آن است که مى توان به توسعه پایدار و امنیت در سرمایه گزارى دست یافت، نکته‌اى که در آتشگاه در نظر گرفته نشد و با هدر رفتن سرمایه فروان و بر هم زدن تعادل طبیعت همچنان ادامه دارد.   نگاره 13-  نمایى از افراز لغزش صفحه اى در واحد سنگی.     نگاره 14- نمایى از پاشنه بلوک لغزش که در آن تغییر شیب درزه و شکل گیرى گسیختگى واژگونى دیده مى شود.   نگاره 15- نمایى از افراز لغزش صفحه اى در واحد سنگی. در عکس دیده مى شود که میزان جابجایى به سمت دره به شدت تغییر مى کند تا در کنار دره مقدار آن صفر مى شود.   نگاره 16- نمایى از لغزش واریزه اى که مخزن آب قدیمى(ساختمان سمت راست تصویر) را در گیر لغزش کرده است.       نگاره 17- نمایى از ترک هاى کششى لغزش در خاک دستى زیر واحد پذیرایی.   نگاره 18- نمایى از خاکبردارى ایجاد شده جهت توسعه رستوران که بلوک هاى سنگى را در بالا دست فعال کرده.     نگاره 19- نمایى از افراز لغزش صفحه اى و تغییر شکل ایجاد شده در اثر حرکت لغزش واریزه اى در یایین مخزن آب.     نگاره 20- نمایى از محدوده خاکبردارى شده که به علت بهم خوردن شیب زمین در آن حوضچه اى شکل گرفته که بایستى مسیر آن باز و از نفوذ آب به توده به شدت جلوگیرى شود.     نگاره 21- نمایى دیگرى از  لغزش صفحه اى و خمش در واحد سنگی.     نگاره 22- نمایى از پاشنه لغزش که آبراهه را مسدود کرده و هر چه سریع تر  مى بایست با رعایت نکات ایمنى نسبت به بازگشایى آن اقدام کرد.     نگاره 23- نمایى از بلوک هاى سنگى آماده واژگونی.       منابع: 1- نقشه زمین شناسى 1:100000 کرج، س. مهدیزاده، سازمان زمین شناسى کشور 2-     Brandl, H., "Retaining structure for rock masses" pp. 530-572, Chap. 26 in "Engineering in Rock masses" Edited by: F.G.Bell, 1992. 3-     Qin, S. D. ;Jiao, J. J. ;Li, Z. G., "Nonlinear evolutionary mechanism of instability of plane-shear slope; catastrophe, Bifurcation, chaos and physical prediction, march 31, 2005- Springer- Verlag, 2005