Sự tương liên đa biến giữa các đặc tính địa kỹ thuật và địa chất thuỷ văn để phát triển các cụm lithology gần bề mặt trong địa hình trầm tích

Olukayode D. Akinyemi1
1Department of Physics, Federal University of Agriculture, Abeokuta, Nigeria

Tóm tắt

Nghiên cứu báo cáo phương pháp liên kết các yếu tố địa kỹ thuật và địa chất thuỷ văn để phát triển các cụm lithology gần bề mặt trong một địa hình trầm tích. Các phép đo địa vật lý, địa kỹ thuật và địa chất thuỷ văn được thực hiện tại hiện trường và trong phòng thí nghiệm nhằm tìm ra các mối tương quan giữa các yếu tố liên quan, nhóm các yếu tố thành các cụm theo độ sâu và xác định mối tương quan xu hướng giữa các yếu tố thu được từ hiện trường và từ phòng thí nghiệm. Bốn chữ ký cụm phân cấp đã được xác định ở độ sâu 0–30 cm, ba ở 30–60 cm và năm ở 0–90 cm. Thành phần chính 1 giữ 74% biến động dữ liệu và phân biệt các yếu tố địa chất thuỷ văn dựa trên tỷ số Poisson (v) và tỷ lệ tốc độ (Vp/Vs). Thành phần chính 2 giải thích thêm 14% sự biến động trong các phản ứng ban đầu và tách các yếu tố dựa trên mô-đun đàn hồi (E) và thành phần đất sét (C). Độ tương quan của Vp/Vs với độ rỗng (Φ), thành phần cát (S), C, sức kháng nén không bị giới hạn (U), và tỷ lệ chịu tải California (R) theo thứ tự Φ > S > C, và U > R. Mối tương quan xu hướng của tốc độ cắt ở 1 m cho thấy sự đồng thuận tốt (R2 = 0.992) giữa dữ liệu hiện trường và dữ liệu phòng thí nghiệm với hệ số khuếch đại là 4.13 tách biệt các giá trị tương ứng. Lithology được xác định từ phân tích đất đồng ý với những gì suy diễn từ điện trở suất đo được trong khi phân tích không gian địa kỹ thuật, địa chất thuỷ văn và địa vật lý đã hỗ trợ các mẫu cấu hình lithology của địa điểm. Vì vậy, sự kết hợp đa biến của các yếu tố địa kỹ thuật và địa chất thuỷ văn thể hiện tiềm năng cho việc lập bản đồ lithology gần bề mặt một cách nhanh chóng và khám phá ngay cả ở quy mô vùng.

Từ khóa

#địa kỹ thuật #địa chất thuỷ văn #lithology #cụm lithology #phân tích không gian

Tài liệu tham khảo

Abatan OA, Akinyemi OD, Olowofela JA, Ajiboye GA, Salako FK (2016) Experimental investigation of factors affecting compressional and shear wave velocities in shale and limestone of Ewekoro formation of southern Nigeria sedimentary basin. Env Earth Sci. https://doi.org/10.1007/s12665-016-6229-6 Abd El-Rahman M (1989) Evaluation of the kinetic elastic moduli of the surface materials and application to engineering geologic maps at Maba-Risabah area (Dhamar Province), Northern Yemen. Egypt J Geol 33:229–250 Adams LH (1951) Elastic Properties of Materials of the earth’s crust. Dover, New York Adebisi NO, Osammor J, Oyedele KF (2016) Nature and engineering characteristics of foundation soils in Ibeju Lekki Area of Lagos, Southwestern Nigeria. Ife J Sci 18:29–42 Adeogun OY, Adeoti L, Ogunlana BA, Ishola KS, Oyeniran TA, Alli SA (2020) Combination of geophysical and geotechnical methods for foundation studies at Ejirin, Epe, Lagos, Nigeria. Nigerian Research J Eng and Env Sci 5:253–260 Adeoti L, Ojo AO, Adegbola RB, Fasakin OO (2016) Geoelectric assessment as an aid to geotechnical investigation at a proposed residential development site in Ilubirin, Lagos, Southwestern Nigeria. Arab J Geosci 9:388. https://doi.org/10.1007/s12517-016-2334-9 Adepelumi AA, Fayemi O (2012) Joint application of ground penetrating radar and electrical resistivity measurements for characterization of subsurface stratigraphy in southwestern Nigeria. J Engand Geophys 9:317–412 American Society of Testing and materials (2006), Annual Book of ASTM Standards, ASTM D422, D854, D2974, D4318, ASTM International, 928 pages Ayininuola GM, Olalusi OO (2004) Assessment of building failures in Nigeria: Lagos and Ibadan case study. African J Sci Technol 5:73–78 Ayolabi EA, Folorunso AF, Oloruntola MO (2010) Constraining causes of structural failure using electrical resistivity tomography (ERT): a case study of Lagos, Southwestern Nigeria. J Geophys Min Wealth 156:7–18 Barker RD (1997) Electrical imaging and its application in engineering investigations. Modern geophysics in engineering. Geol Soc Sp Public 12:37–43 Beebe KR, Pell RJ, Seasholtz MB (1998) Chemometrics, a practical guide. Wiley & Sons, New York Boadu KF (2000) Hydraulic conductivity of soils from grain size distribution: new models. J Geotech Geoenviron Eng 126:739–746 Boadu KF, Owusi-Nimo F (2010) Influence of petrophysical and geotechnical engineering properties on the electrical response of unconsolidated earth materials. Geophys 75:21–29 Boore DM (2004) Estimating (or NEHRP site classes) from shallow velocity models (depths<30m). Bull Seismol Soc Am 94:591–597 British Standards 1377 (1990) Methods of testing for soils for civil engineering. British Standards Institute, London Casagrande A (1932) Research on the Atterberg Limits of Soils. Pub Rds 13:121–130 Chauhan A, Chauhan P (2014) Powder XRD technique and its applications in science and technology. J Analyt Bioanalyt Tech. https://doi.org/10.4172/2155-9872.1000212 Firoozi AA, Guney Olgun C, Firoozi AA, Baghini MS (2017) Fundamentals of soil stabilization. Geo Eng. https://doi.org/10.1186/s40703-017-0064-9 Fredrich JT, Menendez B, Wong TF (1995) Imaging the pore structure of geometarials. Sci 268:276–279 Gassman F (1973) Seismic prospection. Birkhaeuser Verlag, Stuttgart Granato D, Santos JS, Escher GB, Ferreira BL, Maggio RM (2018) Use of principal component analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis (HCA) for multivariate association between bioactive compounds and functional properties in foods: A critical perspective. Trends Food Sci Technol. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.12.006 Hussain M, Ahmed SM, Abderrahman W (2008) Cluster analysis and quality assessment of logged water at an irrigation project, eastern Saudi Arabia. J Environ Manag 86:297–307 Imai T, Fumoto H, Yokota K (1976) P- and S-wave velocities in subsurface layers of ground in Japan. Urawa Research Institute, Tokyo Ishola KS, Adeoti L, Sawyerr F, Adiat KA (2014) Relevance of integrated geophysical methods for site characterization in construction industry–a case of Apa in Badagry, Lagos State, Nigeria. Pertanika J Sci Technol 22:507–527 Jones HA, Hockey ED (1964) The geology of part of Southwestern Nigeria. Geol Surv Nig Bull 31:1–101 Jorshi A, Bhardwaj P (2018) Site characterisation using multi-channel analysis of surface waves at various locations in Kumaon Himalayas. India J Ind Geophys Union 22:265–278 Khalil MH, Hanafy SM (2016) Geotechnical parameters from seismic measurements: two field examples from Egypt and Saudi Arabia. J Environ Eng Geophys 21:13–28 Kittrick JA, Hope EW (1963) A procedure for the particle size separation of soils for X-ray diffraction analysis. Soil Sci 96:312–325 Koefoe O (1979) Geosounding principles 1: resistivity sounding measurements. Elsevier, Amsterdam Kuforiji HI, Olurin OT, Akinyemi OD, Idowu OA (2021) Wave velocity variation with temperature: influential properties of temperature coefficient (∂V/∂T) of selected rocks. Envir Earth Sci. https://doi.org/10.1007/s12665-021-09937-4 Lee I, Yang J (2009) Common clustering algorithms. Elsevier, Oxford, England Liu N, Koot A, Hettinga K, de Jong J, van Ruth SM (2018) Portraying and tracing the impact of different production systems on the volatile organic compound composition of milk by PTR-(Quad) MS and PTR- (ToF)MS. Food Chem 239:201–207 Longe EO, Malomo S, Olorunniwo MA (1987) Hydrogeology of Lagos Metropolis. African J Earth Sci 6:163–174 Massart DL, Kaufman L (1983) The interpretation of analytical chemical data by the use of cluster analysis. Wiley, New York Mikrajuddin A, Khairirrijhal A (2009) A simple method for determining surface porosity based on SEM images using OriginPro Software. Indon J Phys 20:37–40 Mitchell JK, Soga K (2005) Fundamentals of soil behavior, 3rd edn. Wiley, New York Moayed RZ (2012) Effect of elastic modulus varieties in depth on subgrade reaction modulus of granular soils. In: Second International Conference on Geotechnique, Construction Materials and Environment. Kuala Lumpur, Malaysia Nagaraju A, Thejaswi A, Sreedhar Y (2016) Assessment of groundwater quality of Udayagiri area, Nellore District, Andhra Pradesh, South India using multivariate statistical techniques. Earth Sci Res J. https://doi.org/10.15446/esrj.v20n4.54555 Oni AO (2010) Analysis of incidences of collapsed buildings in Lagos Metropolis, Nigeria. Int J Strat Prop Manag 14:332–346 Oyedele KF, Oladele C, Okoh C (2015) Assessment of subsurface conditions in a coastal area of Lagos using geophysical methods. Nig J Tech Dev 12:36–41 Park CB, Miller RD, Xia J (1999) Multichannel analysis of surface waves. Geophys 64(3):800–808. https://doi.org/10.1190/1.1444590 Proceq (2011) Operating Instructions Pundit Lab/Pundit Lab + Ultrasonic Instrument, Proceq SA, Schwerzenberg, Part Number: 820 326 01E Rezaei S, Shooshpasha I, Rezaei H (2018) Empirical correlation between geotechnical and geophysical parameters in a landslide zone (case study: Nargeschal Landslide). Earth Sci Res J 22:195–204. https://doi.org/10.15446/esrj.22n3.69491 Roy S, Bhalla S (2017) Role of geotechnical properties of soil on civil engineering structures. Res Environ 4:103–109 Schmitz RS, Schroeder C, Chalier R (2004) Chemo–mechanical interactions in clay: a correlation between clay mineralogy and Atterberg limits. Applied Clay Sci 26:351–358 Sheriff RE, Geldart LP (1986) Exploration Seismology. Cambridge Univ. Press, Cambridge Soupios PM, Georgakopoulos P, Papadopoulos N, Saltas V, Andreadakis A, Vallainatos F, Sarris A, Makris JP (2007) Use of engineering geophysics to investigate a site for a building foundation. J Geophy Eng 4:94–103 Stumpel H, Kahler S, Meissner R, Milkereit B (1964) The use of seismic shear waves and compressional waves for lithological Problems of shallow sediments. Geophys Prosp 32:662–675 Tatham RH (1982) Vp/vs and Lithology. Geophys 47:336–344 Telford WM, Geldart LP, Sheriff RE (1990) Applied geophysics. Cambridge University Press, New York. https://doi.org/10.1017/CB09781139167932 Tribedi A (2013) Correlation between soil bearing capacity and modulus of subgrade reaction. Struc Des. http://www.structuremag.org/?p=1239. Accessed Date October 10, 2021 Wang H, Wang S (2015) A new method for estimating Vs(30) from a shallow shear wave velocity profile (depth ˂ 30). Bul Seismol Soc Am. https://doi.org/10.1785/0120140103 White WA (1942) Atterberg Plastic Limits of Clay Minerals. Pub Rds 22:263–265 Ziel R, Haus A, Tulke A (2008) Quantification of the pore size distribution (porosity profiles) in microfiltration membranes by SEM, TEM, and computer image analysis. J Membr Sci 323:241–250 Bowles JE (2012) Engineering Properties of Soils and their Measurements, 4th Edition, McGraw Hill Education (India) Private Limited, New Delhi Birch F (1966) Handbook of Physical Constants. Geology Society of American Memoir 97, 613