تاثیر رطوبت بر رفتار شکل پذیر گچ مرطوب در مدل سازی های فیزیکی، مطالعه موردی سامانه گسل های راستالغز

هدف از مدل سازی های فیزیکی در زمین شناسی ساختاری بازسازی نحوه شکل گیری، توسعه و تکامل ساختارها در مقیاس آزمایشگاهی و با موادی شبیه به سنگ های پوسته است. خصوصیات فیزیکی - مکانیکی مواد مورد استفاده در این مدل سازی ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است؛ به طوری که ویژگی های این مواد باید مشابه ویژگی های فیزیکی و مکانیکی سنگ های پوسته بوده و بین مدل و طبیعت از لحاظ رئولوژیکی، ویسکوز و مقاومت اصطکاکی تناسب وجود داشته باشد. ماسه، گل رس، گچ و سیلیکون از جمله مواد مورد استفاده در مدل سازی های فیزیکی هستند. پودر گچ ساختمانی یا پلاستر یا همی هیدرات نیز به صورت خشک و مرطوب (گچ کشته) در مدل سازی ها استفاده شده است. در این مطالعه تاثیر رطوبت بر شکل پذیری گچ مرطوب از طریق مدل سازی فیزیکی ساختارهای سامانه گسل های راستالغز بررسی شده است. این مطالعه همچنین درک مناسبی از ویژگی های مکانیکی و رفتار گچ مرطوب با تغییرات درصد رطوبت فراهم می نماید. برای این منظور از گچ مرطوب به صورت کشته با رطوبت های 320 %، 285% و 175% در این مدل سازی ها استفاده شده است.

در این مطالعه ابتدا حدود آتربرگ برای سنجش میزان رطوبت گچ مرطوب (یا کشته) انجام شده. براساس این معیار سه حد برای مقدار رطوبت موجود در خاک تعریف می شود که شامل حد انقباض، حد خمیری و حد روانی است. در این مطالعه به دلیل عدم استفاده از گچ مرطوب در محدوده رطوبت حد انقباض در مدل سازی فیزیکی، آزمایش تعیین حد انقباض انجام نشده است. در آزمایش سنجش حد خمیری، حداقل رطوبت لازم برای تبدیل خاک به خمیر اندازه گیری می شود. در این راستا چند گلوله خمیری تهیه شده از گچ مرطوب روی شیشه ای قرار گرفته و با چرخش دست روی گچ، میله ای به قطر mm3 تهیه می شود. اگر ترک هایی بر روی خمیر ایجاد شد، رطوبت آن در حد خمیری است. برای تعیین حد روانی گچ مرطوب از دستگاه مخروط نفوذسنج استفاده شده است. آنگاه مدل سازی فیزیکی گسل خوردگی راستالغز با استفاده از گچ مرطوب با درصدهای متفاوت رطوبت صورت پذیرفته است. سه آزمایش مدل سازی فیزیکی سامانه گسل راستالغز در پی سنگ و بررسی اثر این حرکات بر پوشش رسوبی با استفاده از گچ کشته و با رطوبت های متفاوت 320%، 285% و 175% انجام شده است.

نتایج و بحث:

نتایج حاصل از مدل سازی سامانه گسلش راستالغز چپ بر در پی سنگ و اثر آن بر روی پوشش رسوبی با استفاده از گچ مرطوب نشان داد که غالب ساختارهای توسعه یافته در این آزمایش بر روی محل جابجایی دو صفحه متحرک قاعده ای (گسل پی سنگی) می باشند و نواحی دور از این محل متحمل دگرشکلی نشده است. با کاهش رطوبت از 320% به 175% فاصله شکستگی های برشی ریدل همسو ازcm 3/0 به cm9/1 و طول آن ها از cm 5/2 به حدود  cm5/4 افزایش یافته و همچنین شکستگی های برشی ریدل ناهمسو (آنتی ریدل) با تاخیر و با تحمل دگرشکلی بیشتر تشکیل شده است. این نتایج به دست آمده از توزیع و فراوانی شکستگی های برشی به صورت کاهش تعداد شکستگی ها، افزایش فاصله و طول شکستگی ها و توسعه غیریکنواخت شکستگی ها در نتیجه کاهش رطوبت، به طور کیفی دلالت بر کاهش حد الاستیک گچ مرطوب در نتیجه کاهش رطوبت آن دارد. با کاهش رطوبت گچ کشته، علاوه بر ساختارهای معمول سامانه راستالغز، ساختار چین خوردگی و راندگی همراه نیز توسعه یافته است. تغییرات ساختاری مذکور در گچ مرطوب با درصدهای متفاوت رطوبت، شواهدی از شکل پذیر بودن این ماده را در محدوده رطوبت بین حد خمیری (96%) تا حد روانی (178%) نشان می دهد. این آزمایش ها همچنین نتایج مطالعات قبلی مبنی بر رفتار شکنای گچ در رطوبت های کمتر را تایید می نماید.

نتایج بدست آمده از این مطالعه در بررسی شکستگی های برشی ریدل و چین خوردگی های مرتبط با گسل در مدل سازی فیزیکی سامانه گسلش راستالغز نشان داد که وجود رطوبت در گچ مرطوب به میزان حد روانی موجب بروز رفتار شکل پذیری آن می شود. افزایش رطوبت بیش از این مقدار به دلیل کاهش نسبی چسبندگی و ویسکوزیته و افزایش فاصله مولکول ها با کاهش رفتار شکل پذیری گچ مرطوب همراه بوده که این تغییرات با افزایش تعداد شکستگی های برشی ریدل و کاهش توسعه چین خوردگی های مرتبط با گسلش راندگی در آزمایش ها همراه بوده است. این نتایج همچنین نشان داد که گچ مرطوب با رطوبت های زیر حد خمیری (کمتر از 96%) رفتاری مشابه مواد شکنای شناخته شده مانند گچ خشک و ماسه است و بنابراین به عنوان ماده شکل پذیر برای استفاده در مدل سازی های فیزیکی مناسب نمی باشد. در حالی که گچ مرطوب در رطوبت های بین 96% تا 178% (حد خمیری تا حد روانی) رفتار شکل پذیر داشته و می تواند به عنوان ماده شکل پذیر در آزمایش های مدل سازی فیزیکی مورد استفاده قرار گیرد.