ساختگاه سد ستارخان در ۱۲ کیلومتری جنوب باختری شهر اهر و در بالادست روستای بند و بر روی رودخانه­ای به همین نام (ستارخان) جانمایی شده است. عرض کف دره در محل سد ۲۲۰ متر بوده و تکیه­گاه­های چپ و راست هر دو از جنس سنگ می­باشند. شیب تکیه­گاه راست بطور متوسط ۴۰ درجه و تکیه­گاه چپ ۳۰ درجه می­باشد. حداکثر ضخامت آبرفت پی ۳۵ متر است و در زیر آن همان سنگ تکیه­گاه­ها امتداد یافته است. (گزارش مطالعات فاز ۲ سد ستارخان، ۱۳۷۵)

• سنگ تکیه­گاه­ها و زیر آبرفت

واحد سنگی تشکیل­دهنده تکیه­گاه­ها و زیر آبرفت، تناوبی از سیلت­استون، ماسه­سنگ و کنگلومرا با سن زمین شناسی آئوس می­باشد. مقاومت فشاری تک محوری این مصالح به­ طور متوسط ۳۶۰ تا ۵۳۰ کیلوگرم بر سانتی­متر مربع و دانسیته آنها ۶۱/۲ تا ۶۷/۲ گرم بر سانتی­متر مکعب است. میانگین وزنی RQD این مصالح ۷۶ تا ۸۲ درصد است. لایه­ های سنگ با شیب حدود ۲۶ درجه به سمت پایین­دست گسترش یافته­اند. آزمایش­های لوژن انجام شده به منظور تعیین آبگذری سنگ، عدد لوژن را حداکثر تا ۷۰ لوژن نشان داده و عموماً کمتر از ۱۰ لوژن می باشد. (گزارش مطالعات فاز ۲ سد ستارخان، ۱۳۷۵)

• آبرفت پی

حداکثر ضخامت آبرفت پی ۳۵ متر می باشد، که با حرکت به سمت تکیه­گاه ها از ضخامت آبرفت کاسته می­ شود، به نحوی که با رسیدن به تکیه­گاه­ها، واحد سنگی رخنمون می­یابد. بافت غالب مصالح پی، شن همراه با ماسه و درصدی لای می­باشد، که قطعات قلوه­ سنگ نیز در اعماق مختلف مخصوصاً در مجاورت سنگ و تماس با سنگ بستر وجود دارد. در طبقه بندی به روش یوتیفاید بافت غالب، شن لای دار (GM) همراه با ماسه شناسایی شده است. درصد گذرنده از الک نمره ۲۰۰ مصالح فوق­الذکر به­ طور متوسط ۱۷ درصد است. این مصالح به­ طور عمده غیر چسبنده­ای (NPI) بوده و یا دامنه خمیری آنها به ۳ درصد محدود می­ شود. در بافت آبرفت به مقدار کمتر از بافت شنی ماسه لای­دار همراه با شن وجود دارد که در طبقه ­بندی یوتیفاید به صورت ماسه لای­دار (SM) همراه با شن طبقه ­بندی می­ شود. مصالح ریزدانه گذرنده از الک نمره ۲۰۰ این مصالح نیز کمتر ۱۷ درصد بوده و غیر خمیری (NPI) و حداکثر دامنه خمیری آن به ۳ درصد محدود می­ شود. مصالح فوق به­ صورت لایه وجود نداشته و در گمانه­های مختلف و در اعماق مختلف جنس مصالح متغیر می­باشند. به عبارت دیگر اطلاعات بدست آمده از گمانه­ها وجود لایه­بندی در آبرفت را نفی می­ کند. شکل دانه­ها عموماً گرد گوشه بوده که حاکی از فاصله حمل قابل توجه این مصالح می­باشد. حتی در اعماق زیاد اعداد SPT نظیر ۱۱ و ۱۴ مشاهده شده است. به علت بافت شنی، تعداد زیادی از اعداد به طور کاذب با نشست سر SPT بر روی دانه شن، نتایج بیش از ۵۰ را نشان داده­اند. دانسیته خشک این مصالح که در گمانه­های دستی آزمایش شده است، اعداد کمتر از ۷/۱ گرم بر سانتی­متر مکعب را به­دست داده است.
به منظور تعیین نفوذپذیری در مقیاس بزرگ، آزمایش پمپاژ بزرگ مقیاس در آبرفت پی و محاسبه نفوذپذیری در جهات متعدد با دبی­های مختلف پمپ و سه روش افت، برگشت و تعادل انجام شد. نتیجه آزمایش نشان می­دهد که حداقل ضریب نفوذپذیری آبرفت ده به توان منفی یک تا ده به توان منفی ۲ سانتی­متر بر ثانیه می­باشد. شایان ذکر است که قبل از آزمایش پمپاژ تلاش برای تعیین نفوذپذیری به روش لوفران به علت افت سریع آب در لوله حفار با مشکلات اجرایی مواجه بوده است.

• مطالعات ژئوتکنیک مرحله دوم

نتایج حاصل از مطالعات زمین­ شناسی، بررسی عکس­های هوایی، بازدیدهای صحرایی از محدوده طرح و بررسی گزارش­ها، مطابق آنچه که منتج به تهیه گزارش بازنگری مطالعات مرحله اول گردید، موید محل عمومی محور انتخابی توسط مهندسین مشاور الکتروپورجکت ^[۴۸]بوده و غیر از جا به ­جایی کوچک در محل محور سد که صرفاً به دلایل استفاده از شرایط سیل، توپوگرافی و مورفولوژی می­باشد، به­ طور کلی محور عمومی قبلی سد مورد تایید بوده است.
مصالح فونداسیون که به­ صورت ” شن ماسه­ای بد دانه­بندی شده با ماسه­ی شنی همراه با ذرات ریگ”^[۴۹] توصیف شده ­اند، دارای آبگذری قابل توجهی می­باشند، به­ طوری­که عملاً انجام آزمایش آبگذری (لوفران) در آن به علت سرعت زیاد افت سطح آب در لوله جدار امکان­ پذیر نبوده است.
بر اساس اطلاعات حاصل از نمونه های اخذ شده از چال­های شناسایی در منابع قرضه درشت­دانه که در بستر رودخانه حفر گردیده­اند، درصد جذب آب مصالح آبرفتی فونداسیون از ۵/۰ درصد کمتر است. دانسیته خشک این مصالح در محل حدود ۶۵/۱ گرم بر سانتی­متر مکعب اندازه گیری شده است. با توجه به این­که دانسیته خشک شن خوب دانه­بندی شده بیش از ۲ کیلوگرم بر سانتی­متر مکعب می­باشد، مصالح آبرفتی فونداسیون از دانسیته نسبتاً پایینی برخوردار بوده و تغییر فرم پذیرند. آبرفت فوق­الذکر و تکیه­گاه­ها شامل تناوبی از سیلت ­استون، ماسه­سنگ و کنگلومرا با ضخامت­های متفاوت و شیبی ملایم به­طرف پایین­دست می­باشد. بر اساس آزمایش­های آزمایشگاهی انجام شده بر روی نمونه­های اخذ شده از مغزه­ها، میانگین مقاومت فشاری تک­محوری برای سیلت استون ۴۷۵ کیلوگرم بر سانتی­متر مربع، برای ماسه سنگ ۵۳۲ کیلوگرم بر سانتی­متر مربع و برای کنگلومرا ۳۶۷ کیلوگرم بر سانتی­متر مربع، به­دست آمده­اند. نمونه­های سیلت استون به­ طور متوسط دارای چگالی ۶۱/۲ گرم بر سانتی­متر مربع، جذب آب یک درصد و مدول الاستیسیته ۳۹۶۰۰ کیلوگرم بر سانتی­متر مربع هستند. ماسه سنگ چگالی ۶۲/۲ گرم بر سانتیمتر مکعب، جذب آب ۹۹/۰ درصد و مدول الاستیسیته ۴۹۰۰ کیلوگرم بر سانتی­متر مربع را از خود نشان می­دهد. میانگین چگالی، درصد جذب آب و مدول الاستیسیته کنگلومرا به ترتیب ۶۷/۲ کیلوگرم بر سانتی­متر مکعب، ۸۲/۰ درصد و ۴۸۳۰۰ کیلوگرم بر سانتی­متر مربع بدست آمده است. (گزارش مطالعات فاز ۲ سد ستارخان، ۱۳۷۵)
براساس اطلاعات موجود، طبقه ­بندی سنگ بر اساس روش RMR انجام پذیرفته که در ادامه آمده­است. به طور میانگین عدد RMR برای سیلت استون ۶۷، برای ماسه سنگ ۶۱ و برای کنگلومرا ۵۷ محاسبه گردیده­است. بدین ترتیب ملاحظه می­گردد بر اساس این روش، سیلت استون و ماسه سنگ در گروه II یعنی سنگ خوب و کنگلومرا در گروه III یعنی سنگ ضعیف طبقه ­بندی می­گردند. بررسی تغییرات RQD بر حسب عمق در گمانه­های مختلف و در انواع مختلف سنگ­ها، متوسط میانگین وزنی RQD را برای سیلت استون ۷۶ درصد، برای ماسه سنگ ۸۲ درصد و برای کنگلومرا ۷۸ درصد نشان می­دهد. جهت تعیین میزان آبگذری در سنگ تکیه­گاه­ها و بستر در کلیه گمانه­ها آزمایش فشار آب، در مراحل حدود ۵ متری انجام شده است. محاسبه اعداد لوژیون بر اساس اطلاعات خام و تجزیه و تحلیل نتایج حاصل نشان می­ دهند که، اگرچه میزان آبگذری در تکیه­گاه­ها و سنگ بستر فونداسیون بین یک و ۷۰ لوژیون تغییر می کند، اما عموماً کمتر از ۱۰ لوژیون می باشد. (گزارش مطالعات فاز ۲ سد ستارخان، ۱۳۷۵)

• آب­بندی سد توسط پرده­های آب­بند بتن خمیری