The Influence of the Evolution Pattern of the Alluvial Fans North of Kermanshah City on Foundation Settlement Potential

Document Type : Research Paper

Authors

1 Razi University

2 razi University

10.22034/gp.2026.64512.3326

Abstract

Economic considerations and sustainable urban development require accurate identification of the geotechnical properties of soils before any construction. Alluvial fans exhibit highly variable geotechnical characteristics due to historical changes in sedimentation conditions and lateral and vertical variations in sediment types, creating complexities in the assessment of foundation settlement potential. The analysis of geomorphological processes and the evolution of alluvial fans facilitates soil distribution analysis and reduces sampling costs. In this study, 56 boreholes were drilled in the northern alluvial fan of Kermanshah city, and soil samples were collected every 2 meters up to a depth of 24 meters. SPT tests were performed, and soil settlement potential was determined using the empirical DAS equation. Soil texture characteristics were obtained by sampling and measuring the maximum grain volume. Relationships among data were analyzed using Excel and SPSS software, and distribution maps of sediment types along with foundation settlement potential maps—based on both actual data and model predictions—were created using Arc GIS. The results showed that the best predictive model is a linear model incorporating three variables: “distance from the mountain,” “clay thickness,” and “sand thickness.” Sensitivity analysis demonstrated the model’s robustness even with reduced data, highlighting the increasing key role of the “distance from the mountain front” variable. Based on these findings, new indices based on geomorphological data can be defined, enabling improved prediction accuracy with fewer measurements and providing practical guidance for engineers in selecting optimal sampling locations over larger areas.

Keywords

Main Subjects

Full Text

ملاحظات اقتصادی و توسعه پایدار در طرح‌های توسعه شهری مستلزم شناسایی ویژگی‌های ژئوتکنیکی خاک‌ها پیش از هر ساخت‌وسازی است. مخروط‌افکنه‌ها به‌دلیل تغییرات تاریخی در شرایط رسوب‌گذاری و تغییرات جانبی و عمودی نوع رسوبات، ویژگی‌های ژئوتکنیکی بسیار متغیری دارند که پیچیدگی‌هایی را در ارزیابی پتانسیل نشست فونداسیون ایجاد می‌کند. بررسی فرآیندهای ژئومورفولوژیکی و تحولات مخروط‌افکنه‌ها تحلیل توزیع خاک‌ها و ویژگی‌های آن‌ها را تسهیل و هزینه‌های نمونه‌برداری را کاهش می‌دهد. در این پژوهش برای بررسی تحول مخروط‌افکنه شمال شهر کرمانشاه و رابطه آن با پتانسیل نشست، ۵۶ گمانه حفر و با آزمایش SPT  هر ۲ متر تا عمق ۲۴ متر نمونه‌برداری شده و قابلیت نشست خاک با استفاده از رابطه تجربی DAS  تعیین گردید. ویژگی‌های بافت خاک نیز از طریق نمونه‌برداری و تعیین بیشینه حجم دانه‌ها استخراج شد. داده‌ها با نرم‌افزارهای Excel و SPSS تحلیل شدند و نقشه‌های توزیع رسوبات و پتانسیل نشست فونداسیون بر اساس داده‌های واقعی و مدل‌ها با استفاده از نرم‌افزار Arc GIS  ترسیم شد. نتایج نشان داد بهترین مدل پیش‌بینی، مدل خطی مشتمل بر سه متغیر «فاصله از کوهستان»، «ضخامت رس» و «ضخامت ماسه» است. تحلیل حساسیت این مدل‌ها بیانگر پایداری پیش‌بینی‌ها حتی با کاهش داده‌ها و اهمیت کلیدی متغیر «فاصله از جبهه کوهستان» است. بر اساس این یافته‌ها می‌توان با تعریف شاخص‌های نوین مبتنی بر داده‌های ژئومورفولوژیکی و کاهش تعداد نمونه‌برداری، دقت پیش‌بینی را بهبود داد و مشاوره کاربردی برای انتخاب هوشمند محل نمونه‌برداری و استفاده بهینه در پهنه‌های وسیع‌تر ارائه کرد. 

References

بیرامعلی کیوی، فرشته؛ سبک‌خیز، فاطمه؛ امیراحمدی، ابوالقاسم؛ قهرودی‌تالی، منیژه و جمال‌آبادی، جواد (1401). بررسی تغییرات محیط رسوبی در نهشته‌های کواترنری مخروط‌افکنه ماهدشت. تحقیقات جغرافیایی، 37(2)، 285–293.
http://georesearch.ir/article-1-1247-fa.html
تقیان، علیرضا و ملک‌زاده، فرخ (1401). ارزیابی فعالیت‌های نئوتکتونیکی در تحولات حوضه‌های آبریز (مطالعه موردی: حوضه‌های آبریز جنوب کوهستان کرکس). پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 54(2)، 151-167.
https://doi.org/10.22059/JPHGR.2021.254527.1007197
روستایی، شهرام و جباری، ایرج (1392).  ژئومورفولوژی مناطق شهری (چاپ پنجم). تهران: سازمان مطالعه و تدوین کتب علوم انسانی دانشگاه‌ها (سمت).  https://samta.samt.ac.ir/product
رجبی، معصومه؛ مختاری، داوود و هاشمیان، میرابراهیم (1398). تحلیل روابط کمی بین حجم مخروط‌افکنه‌ها و ارتباط آن با تکتونیک فعال (مطالعه موردی: مخروط‌افکنه‌های دامنه شمالی بزقوش). جغرافیا و برنامه‌ریزی، 23(70)، 123-143.
 https://doi.org/10.22108/gep.2018.98317.0
گورابی، ابوالقاسم  و کریمی، مصطفی  (1391). تأثیر تکتونیک فعال و تغییرات اقلیمی در تحول مخروط‌افکنه مروست، ایران مرکزی. تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 12(27)، 7-30. http://jgs.khu.ac.ir/article-1-671-fa.html
مختاری، داوود؛ کرمی، فریبا و بیاتی‌خطیبی، مریم (1386). اشکال مختلف مخروط‌افکنه‌ای در اطراف توده کوهستانی میشو‌داغ (شمال‌غرب ایران) با تأکید بر نقش فعالیت‌های تکتونیکی کواترنر در ایجاد آن‌ها.  آمایش فضا و ژئوماتیک، 11(10)، 257-292.  https://hsmsp.modares.ac.ir/article_14210.html
مقصودی، مهران؛ باقری سیدشکری، سجاد و مینایی، مسعود. (1388). بررسی نقش تکتونیک در شکل‌گیری و تحول مخروط‌افکنه‌ها (مطالعه موردی: مخروط‌افکنه‌های دامنه تاقدیس قلاجه). جغرافیا و توسعه ناحیه‌ای، 7(12)، 99–124..
https://doi.org/10.22067/geography.v7i12.8930
مقصودی، مهران؛ فاضلی‌نشلی، حسن؛ عزیزی، قاسم؛ گیلمور، گوین و اشمیت، آرمین (1391). نقش مخروط‌افکنه‌ها در توزیع سکونت‌گاه‌های پیش از تاریخ از دیدگاه زمین‌باستان‌شناسی (مطالعه موردی: مخروط‌افکنه‌های جاجرود و حاجی‌عرب). پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 44(4)، 1-22. https://doi.org/10.22059/JPHGR.2012.30239
مقصودی، مهران و محمدنژاد‌آروق، وحید (1390).  ژئومورفولوژی مخروط‌افکنه‌ها. تهران: مؤسسه انتشارات دانشگاه تهران.
موسوی‌حرمی، رضا  (367).  رسوب‌شناسی. مشهد: انتشارات آستان قدس رضوی. https://digital.aqr.ir/newindex
یمانی، مجتبی  و مقصودی، مهران (1382). بررسی و تحول کانال‌های گیسویی در سطح مخروط‌افکنه‌ها (مطالعه موردی: مخروط‌افکنه تنگوییه در چاله سیرجان). پژوهش‌های جغرافیایی، 35(45)، 103-113. https://sid.ir/paper/5469/fa
Al-Jabban, M.J.W. (2013). Estimation of standard penetration test (SPT) of Hilla City-Iraq by using GPS coordination. Jordan Journal of Civil Engineering (JJCE), 7(2), 133–145. https://www.iiste.org/index.php/JJCE/article/view
Beaumont, P. (1972). Alluvial fans along the foothills of the Elburz Mountains, Iran. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 12(4), 251–273. https://doi.org/10.­1016/­0031-­0182­(72)90022-3
Beiramali Kivi, F., Sabokkhiz, F., Amirahmadi, A., Ghahroudi Tali, M., & Jamalabadi, J. (2022). Investigation of sedimentary environment changes in Quaternary deposits of Mahdasht alluvial fan. Geographical Research, 37(2), 285–293. http://georesearch.ir/article-1-1247-fa.html. [In Persian]
Blair, T.C., & McPherson, J.G. (1994). Alluvial fans and their natural distinction from rivers based on morphology, hydraulic processes, sedimentary processes and facies assemblages. Journal of Sedimentary Research, A64, 450–489.
Blatt, H., Middleton, G., & Murray, R. (1980). Origin of sedimentary rocks (2nd ed.). Englewood Cliffs, NJ: rentice-Hall. Doi: 10.1306/D42681B2-2B26-11D7-8648000102C1865D
Bowles, J.E. (1996). Foundation analysis and design (5th ed.). New York: McGraw-Hill.
Bull, W.B. (1977). The alluvial fan environment. Progress in Physical Geography, 1, 222–270. https://doi.org/10.1177/030913337700100202
Das, B.M., & Sivakugan, N. (2007). Settlements of shallow foundations on granular soil: An overview. International Journal of Geotechnical Engineering, 1, 19–29. DOI:10.3328/IJGE.2007.01.01.19-29
Gorabi, A., & Karimi, M. (2012). Impact of active tectonics and climate change on Marvast alluvial fan, Central Iran. Journal of Applied Researches in Geographical Sciences, 12(27), 7–30. http://jgs.khu.ac.ir/article-1-671-fa.html [In Persian]
Harvey, A.M., Mather, A.E., & Stokes, M. (2005). Alluvial fans: Geomorphology, sedimentology and dynamics – Introduction. In A.M. Harvey, A.E. Mather & M. Stokes (Eds.), Alluvial Fans: Geomorphology, Sedimentology and Dynamics (pp. 1–7). London: Geological Society, Special Publication 251.
Jakob, M., & Hungr, O. (Eds.). (2005). Debris flow hazards and related phenomena. Heidelberg: Springer.
Jakob, M., Bale, S., McDougall, S., & Friele, P. (2016). Regional frequency–magnitude curves for debris flows and debris floods. In GeoVancouver 2016: 69th Canadian Geotechnical Conference. Canadian Geotechnical Society. https://doi.org/10.1002/esp.4942
Kaliakin, V.N. (2017). Example problems related to compressibility and settlement of soils. In V.N. Kaliakin (Ed.), Soil Mechanics: Calculations, Principles, and Methods (pp. 331–376). Butterworth-Heinemann. Doi: 10.1016/B978-0-12-804491-9.00008-2
Leeder, M. (2011). Sedimentology and sedimentary basins: From turbulence to tectonics (2nd ed.). Chichester: Wiley-Blackwell.
Maqsoudi, M., Bagheri-Sedshokri, S., & Minaii, M. (2009). Evaluation of tectonic role on appearing and change of alluvial fans (case study: Ghalajeh syncline). Geography and Regional Development, 7(12), 99–124. https://doi.org/10.22067/geography.v7i12.8930 [In Persian]
Maqsoudi, M., Fazeli-Neshli, H., Azizi, Gh., Gilmore, G., & Schmitt, A. (2012). Geoarchaeology of alluvial fans: A case study from Jajroud and Hajiarab alluvial fans, Iran. Physical Geography Research, 44(4), 1–22. DOI: 10.22059/jphgr.2012.30239 [In Persian]
Maqsoudi, M., & Mohammadnejad-Arogh, V. (2011). Geomorphology of alluvial fans. Tehran: University of Tehran Press. [In Persian]
Moussavi-Harmi, R. (1988). Sedimentology. Astan Quds Razavi Publications. https://digital.­aqr.­ir/­­newindex [In Persian]
Mokhtari, D., Karami, F., & Bayati Khatibi, M. (2007). Differential features of alluvial fans controlled by Quaternary tectonic activities around Misho-Dagh mountainous area (NW Iran). Journal of Spatial Planning and Geomatics, 11, 257–292. https://hsmsp.modares.ac.ir/article_14210.html. [In Persian]
Oguchi, T., Saito, K., Kadomura, H., & Grossman, M. (2001). Fluvial geomorphology and paleohydrology in Japan. Geomorphology, 39, 2–19. https://doi.org/10.1016/S0169-555X(01)­00048-4
Rajabi, M., Mokhtari, D., & Hashemian, M.A. (2019). Analysis of quantitative relationship between alluvial-fan volume and active tectonics (case study: northern Bozqush slopes). Geography and Planning, 23(70), 123–143. https://doi.org/10.22108/gep.2018.98317.0 [In Persian]
Saito, K., & Oguchi, T. (2005). Slope of alluvial fans in humid regions of Japan, Taiwan and the Philippines. Geomorphology, 70(1–2), 147–162. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2005.04.006
Salahudeen, A.B., & Sadeeq, J.A. (2016). Evaluation of bearing capacity and settlement of foundations. Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies, 29, 93–114.
Taghian, A., & Malekzadeh, F. (2022). Evaluation of neotectonic activity in catchment developments: Southern Karkas Mountain watersheds. Physical Geography Research, 54(2), 151–167.
DOI: 10.22059/jphgr.2021.254527.1007197 [In Persian]
Yamani, M., & Maqsoudi, M. (2003). Study and evolution of braided channels on alluvial fans: A case study of Tangouiyeh fan, Sirjan Basin. Geographical Research Quarterly, 35(2), 103–113.
https://sid.ir/paper/5469/fa [In Persian]

Files

Share

How to cite

Statistics