انجام عملیات استخراج در معادن روباز مستلزم شناخت خواص هیدرولیکی توده سنگ به ویژه هدایت هیدرولیکی است. هدایت هیدرولیکی، میزان توانایی توده سنگ برای انتقال سیالات است که در بررسی مشکلات نشت، زهکشی و پایداری دیواره های کاواک معادن روباز اهمیت زیادی دارد. از این رو، محققان در جستجوی روش مناسبی برای تعیین هدایت هیدرولیکی توده سنگ تشکیل دهنده مناطق معدنی اند. در این مطالعه، برای تعیین رابطه تجربی هدایت هیدرولیکی بر اساس پارامترهای حاصل از گمانه های اکتشافی و ژئوتکنیکی شامل شاخص کیفی توده سنگ (RQD)، فاصله داری درزه ها و مقاومت فشاری، ابتدا تصویر مغزه های گمانه های ژئوتکنیکی حفر شده در آنومالی A کانسار غربی معدن سنگ آهن سنگان بررسی و با نمودارنگاری مجدد مقدار RQD برای هر نوبت حفاری محاسبه شد و با بررسی تصاویر مغزه های حفاری، هدایت هیدرولیکی هر ران حفاری در طول گمانه با متغیرهای کیفی ارزیابی شد. سپس با استفاده از روابط تجربی با شرایط زمین شناسی مشابه و ضرایب هدایت هیدرولیکی ارایه شده بر اساس جنس سنگ متغیرهای کیفی به کمی تبدیل شدند. در نهایت نمودار پراکندگی تغییرات هدایت هیدرولیکی نسبت به هر یک از فاکتورهای RQD، عمق، فاصله داری درزه ها و مقاومت فشاری سنگ رسم و منحنی رگرسیون بر هر یک از نمودارها برازش شده و مشخص شد با افزایش هر یک از فاکتورهای عمق، فاصله داری درزه ها و مقاومت فشاری سنگ، هدایت هیدرولیکی کاهش می یابد اما همبستگی بالایی بین تغییرات هدایت هیدرولیکی با هر یک از این فاکتورها وجود ندارد. نتایج نشان می دهد که رابطه هدایت هیدرولیکی بر اساس RQD ضریب تعیین بسیار بالایی دارد (R2=0.8247)، بنابراین این رابطه تجربی می تواند برای تخمین هدایت هیدرولیکی محدوده مورد مطالعه بسیار مفید واقع شود.

یکی از عوارض زمین شناسی بسیار مهم در تعیین مقاومت و پایداری توده سنگ ها موقعیت و آرایش درزه ها و شکستگی ها است. در اینجا شکل درزه شکل هندسی است که از جهت عمود بر سطوح درزه ها دیده می شود. در مورد شکل هندسی درزه ها اطلاعات زیادی وجود ندارد. بعضی از مراجع به صورت تقریبی شکل آنها را مربعی، مستطیلی، دایره ای و بیضوی ذکر کرده اند. به دلیل آن که معمولا محل تقاطع صفحه یا رویه درزه با صفحه رخنمون سنگی به صورت یک پاره خط قابل رویت است، به سختی می توان شکل درزه ها را در رخنمون های سنگی مشاهده نمود. در این تحقیق درزه های موازی که تشکیل سیستم درزه می دهند توسط شبیه سازی آماری و برای اشکال مختلف تولید گردیده اند. سپس با مطالعه چگونگی توزیع آماری درزه های شبیه سازی شده و مقایسه آن با توزیع آماری واقعی درزه ها در رخنمون سنگی می توان فرم و شکل درزه ها در توده سنگ را پیش بینی نمود. بررسی های حاصله نشان می دهند، توزیع آماری طول درزه ها شبیه سازی شده برای سیستم های درزه از توزیع های آماری رایج و کلاسیک توانی، لگاریتمی و پواسون پیروی نمی کند. طول درزه ها در واقع دارای توزیع پیچیده و اکثرا دارای چولگی به سمت چپ هستند.

بارگذاری دینامیکی پدیده ای است که ممکن است در طبیعت به توده سنگ اعمال شده و حتی باعث تغییر در برخی ویژگی های ژئومکانیکی آن شود. نفوذپذیری یکی از خواص مهم و حیاتی توده سنگ در پروژه های معدنی و عمرانی است که ممکن است تحت تاثیر بارگذاری های دینامیکی مذکور، دچار تغییر شود. از طرفی طبیعت توده سنگ شامل شبکه شکستگی های مجزا است که می توان آن را با رویکرد تلفیقی شبکه درزه منفصل و روش المان مجزا (DFN-DEM) و نرم افزار UDEC مدل کرد. ازاین رو در این مطالعه، مدلسازی هیدرومکانیکی عددی تحت شرایط استاتیکی و دینامیکی به منظور مشخص کردن تاثیر بارگذاری دینامیکی بر نفوذپذیری انجام گرفته است. پس از بارگذاری های مذکور، جریان سیال در مدل ها شبیه سازی شده و مولفه های نفوذپذیری محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که بر خلاف نظرات منعکس شده در مطالعات قبلی، بارگذاری دینامیکی قابلیت انتقال درزه ها را تغییر داده و به تبع آن نفوذپذیری توده سنگ درزه دار را تحت تاثیر قرار می دهد. با وجود سختی نسبتا بالای درزه ها در این مطالعه، نفوذپذیری محاسبه شده در شرایط بارگذاری دینامیکی به میزان 26% بیشتر از بارگذاری استاتیکی است. علت عمده این مساله جابه جایی پی درپی بلوک ها طی بارگذاری دینامیکی و تا حدود اندکی تغییر در نحوه قرارگیری آنها نسبت به حالت قبل از عبور موج است.

متن کامل این مقاله به زبان انگلیسی می باشد. لطفا برای مشاهده متن کامل مقاله به بخش انگلیسی مراجعه فرمایید.لطفا برای مشاهده متن کامل این مقاله اینجا را کلیک کنید.

سدهای قوسی بتنی با مقاومت ناشی از رفتار قوسی، بار ناشی از فشار آب را که مقدار قابل توجهی است. در سطح کوچکی به تکیه گاه منتقل می کنند. تکیه گاه های سنگی سد نیز معمولا از توده های درزه دار تشکیل شده اند که مقاومت آنها بستگی به فاصله، امتداد، شیب و رفتار درزه ها دارد. رفتار درزه توده سنگ نیز به عواملی چون فاصله، زبری، مقاومت سطح درزه، نوع جنس، مقدار پرشدگی درزه و فشار آب موجود بستگی دارد. با توجه به اینکه تکیه گاه های سد از مهمترین و حساس ترین قسمت های سد بوده پایداری سد به طور مستقیم به پایداری تکیه گاه بستگی دارد. لذا در این تحقیق سعی شده است با مدل کردن توده سنگ درزه دار به کمک مدل چند لایه (Multiaminate) و با انجام تحلیل غیر خطی ویسکوپلاستیک، پایداری در حالت های مختلف لایه بندی و نیز برای تکیه گاه شامل چند سری درزه بررسی شود و اثر عوامل فوق الذکر بر پایداری تکیه گاه مورد مطالعه قرار گیرد. مدل چند لایه براساس روش ماده معادل و با ترکیب پاسخ سنگ سالم و درزه ها به دست می آید و قادر به مدل کردن لغزش، بسته شدن و باز شدن چندین مجموعه درزه در توده سنگی می باشد و قابلیت پذیرش هر گونه تابع شکست را دارد. با توجه به امکان وجود چند سری درزه در تکیه گاه، احتمال لغزش در تکیه گاه در اثر نیروهای وارده به کمک این مدل قابل پیش بینی است.

تکیه گاه و پی از آسیب پذیرترین اجزاء سدهای قوسی شمرده می شود، بنابراین شناخت نقاط ضعف آنها از اولویتهای اصلی خواهد بود. با توجه به اینکه نیروهای حاصل از تراوش تاثیری بسیار زیادی بر پایداری تکیه گاه دارد، شناخت پدیده تراوش در ساختگاههای سنگی از اهمیت بسیاری برخوردار می باشد. از مهمترین پدیده های موجود در تراوش از محیطهای توده سنگی، اندرکنش هیدرومکانیکال درزه ها می باشد که اثر این پدیده بر روی تکیه گاه سدها و به طور خاص تکیه گاه سدهای بتنی قوسی کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. در این تحقیق، با تدوین الگوریتم مناسب و مدل کردن توده سنگ درزه دار با استفاده از مدل چندلایه پیوسته برای بیان رفتار مکانیکی و با فرض لایه ای بودن جریان تراوش در درزه سنگ ها و استفاده از قانون مکعب و مدل معادل و پیوسته آن در توده سنگ، اثر پدیده اندرکنش هیدرومکانیکال بر بازتوزیع تنش ها مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. نتایج عددی، نشان دهنده موفقیت روش و همگرایی موثر چشمگیر آن بوده و تراوش و یا اندرکنش یادشده، تاثیر بسیار زیادی بر تنشهای اصلی و میانگین تفاضل تنشهای اصلی داشته و حتی در مورد تنش های برشی تکیه گاه به میزان 40% اختلاف در نتایج مشاهده شده که بیانگر اهمیت این مطالعه می باشد.

مطالعه درزه ها و تاثیر آنها بر رفتار توده سنگ زمینه تحقیقاتی فعالی در ژئومکانیک فراهم آورده است. تغییرشکل پذیری یک توده سنگ حاوی دسته درزه های سیستماتیک ممتد به طور بالقوه ناهمسانگرد بوده و به صورت عمده به وسیله خصوصیات مکانیکی و هندسی درزه ها کنترل می شود. خصوصیات تغییرشکل سنگ ها به طور معمول با استفاده از آزمون های آزمایشگاهی و برجا تعیین می شوند. آزمایشات برجا بر اساس بارگذاری توده سنگ و اندازه گیری تغییرشکل حاصله استوار هستند. از روش های عددی و تحلیلی می توان به عنوان جایگزین آزمایش های برجای پر هزینه و وقت گیر برای مطالعه خصوصیات تغییرشکل سنگ ها استفاده کرد. در مدل های تحلیلی، فرضیاتی مانند تعامد دسته درزه ها موجب ساده سازی هایی می شوند که ممکن است از واقعیت به دور باشند. روش های عددی در مقایسه با خط مشی های تحلیلی دارای این مزیت هستند که در استنتاج خواص توده سنگ می توان تاثیر نامنظم بودن هندسه سیستم درزه داری را به طور مستقیم در مدلسازی دخیل نمود. در این مقاله، مدل های عددی اجزای مجزا فارغ از ساده سازی های هندسی مفروض در روش های حل دقیق اجرا شده اند. بررسی آماری نتایج عددی حاصل به منظور اطلاع از نحوه پراکندگی داده ها انجام شده است. سپس، میزان انحراف تغییرشکل برآورد شده با استفاده از روابط ساختاری شامل مدل های پیشنهادی (1) آمادیی و گودمن و (2) هوانگ و همکاران نسبت به مدل های عددی جهت ارزیابی صحت روابط مذکور در شرایط هندسی واقعی درزه ها مورد بررسی قرار گرفته است. مولفه های تغییرشکل در بیشتر موارد بیانگر تاثیر قابل توجه پارامترهای هندسی مورد مطالعه در روند تغییرات است. این نتایج برای بررسی صحت روابط مذکور در برآورد میدان تغییرشکل توده سنگ های درزه دار غیرمتعامد ارایه شده است.