بخشی از مقاله
خلاصه
سازه های فروشویی تودهای از جمله ساختارهای متشکل از خاک و ژئوسنتتیک هستند. در این سازهها توده خاک معدنی به صورت پلههایی برروی بستری شیبدار قرار میگیرد که سطح ایزوله بستر ترکیبی از چند لایه طبیعی - خاک رس و خاک مخلوط متراکم - و مصنوعی - ژئوممبران - میباشد.
ناپایداری و لغزش سازههای فروشویی تودهای از نظر زیستمحیطی و اقتصادی اهمیت زیادی دارد. این ناپایداری میتواند ناشی از ضخامت زون اشباع در سازه، وزن خاک و به دلیل مقاومت برشی پایین سطح تماس ژئوسنتتیک و خاک باشد.
در این مقاله پایداری سازه فروشویی تودهای شماره 2 معدن مس سرچشمه با استفاده از روش اجزا محدود و نتایج آزمایشگاهی مربوط به پارامترهای مقاومتی سطح تماس خاک و ژئوسنتتیک مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان میدهد که سطح لغزش بحرانی در داخل توده خاک و در امتداد سطح تماس خاک و ژئوممبران تشکیل میگردد. همچنین نتایج نشان دادند که افزایش سطح ایستابی اسید در سازه، باعث کاهش ضریب اطمینان پایداری شیب میشود.
1. مقدمه
از آنجایی که در چندین سال گذشته صنعت ژئوسنتتیکها به سرعت رشد یافته است، ژئوسنتتیکها در مهندسیهای مختلف از جمله مهندسی ژئوتکنیک نقش برجستهای پیدا کردهاند. زمانیکه ژئوسنتتیک در یک توده خاکی استفاده میشود، پیوند بین خاک و ژئوسنتتیک برای جلوگیری از لغزش خاک بر روی ژئوسنتتیک از اهمیت زیادی برخوردار است
از جمله ساختارهای متشکل از خاک و ژئوسنتتیک، سازههای فروشویی تودهای میباشند که از اجزای مهم فرآوری و استخراج فلزات در معادن هستند. در این سازهها توده خاک معدنی به صورت پلههایی برروی بستری شیبدار قرار میگیرد که سطح ایزوله بستر ترکیبی از چند لایه طبیعی - خاک رس و خاک مخلوط متراکم - و مصنوعی - ژئوممبران - میباشد
بزرگترین سازههای فروشویی تودهای بر اساس مساحت زمین و تناژ سالیانه، مربوط به معادن مس میباشند که در آنها مواد معدنی حاوی مس توسط محلول اسید سولفوریک ضعیف شسته میشود. این محلول، مس موجود در ماده معدنی را حل میکند و محلول فروشویی باردار 5 - PLS - پس از گذشتن از داخل توده معدنی، در روی بستر فروشویی بازیابی میشود. بستر فروشویی شامل یک لاینر ژئوممبران، گاهی اوقات رس و یک سیستم زهکشی شامل خردهسنگهای نفوذپذیر همراه با شبکهای از لولههای زهکشی میباشد. شکل - 1 - سازه فروشویی تودهای همراه با توالی اجزای سازنده بستر را نشان میدهد. بستر برای جمعآوری محلول فروشویی دارای شیب است. در واقع، شیب بستر به ندرت یکنواخت است و به صورت موضعی برای تطابق با توپوگرافی واقعی زمین، کاهش یا افزایش مییابد
توده نهایی معدنی، غالبا دارای ارتفاع نهایی 50 تا 100 متر با شیب کلی 30 تا 40 درصد و شیب بستر 5-10 درصد میباشد، بنابراین در شرایط استاتیکی و دینامیکی دارای پتانسیل لغزش خواهد بود
لغزش در تودههای فروشویی از نظر زیست محیطی و اقتصادی اهمیت زیادی دارد. حرکت و لغزش توده میتواند موجب پارهشدگی لاینر ژئوممبران شود و علاوه بر هدر رفتن مواد شیمیایی و معدنی، موجب آلودگی شدید خاک و آب زیرزمینی گردد در نتیجه پایداری سازه فروشویی در ماده معدنی یا فونداسیون در کارایی کلی آن بسیار مهم است
شکل-1 سازه فروشویی تودهای
2. پایداری شیب سازههای فروشویی تودهای
ناپایداریهای شیبی که در گذشته برای سازههای لاینر شده توسط ژئوممبران اتفاق افتاده است، نشان میدهد که لغزشها معمولا در سطح تماس لاینر ژئوممبران با سایر مواد اتفاق میافتد که به دلیل کمتر بودن مقاومت برشی سطح تماس ژئوممبران با مواد روی آن - ماده معدنی یا ژئوتکستایل - و مواد زیر آن - خاک یا ژئوتکستایل - در مقایسه با مقاومت برشی داخلی مواد معدنی میباشد.
از اینرو مقاومت برشی سطح تماس ژئوممبران با مواد مجاورش میتواند تاثیر مهمی بر پایداری سازه داشته باشد. شرایط بارگذاری استاتیکی - وزن توده خاک - و سطح ایستابی اسید در بالای لاینر ژئوممبران نیز از جمله عوامل مهمی هستند که میتوانند پایداری را تحت تاثیر قرار دهند .[4] به طور معمول طراحی توده فروشویی با این فرض صورت میگیرد که در شرایط معمولی عملکرد سازه، سطح ایستابی اسید نباید بیش از 1 متر باشد. سطح ایستابی عمدتا توسط اندازه سیستم جمعآوری محلول و نفوذپذیری ماده معدنی کنترل میشود
تجربه نشان داده است که حالتهای شکستگی شیب در سازههای فروشویی میتوانند شامل شکستگیهای سطحی و عمیق باشند. معمولا شکستگیهای سطحی شیب، سیستم لاینر را تحت تأثیر قرار نمیدهد. اما انواع شکستگیهای عمیق شیب که در شکل نشان داده شدهاند، میتوانند شامل شکستگیهای دایرهای و غیردایرهای در ماده معدنی، شکستگیهای گوهای در داخل ماده معدنی و در امتداد سطح تماس لاینر و ماده معدنی و شکستگیهای دایرهای و غیر دایرهای در ماده معدنی و مواد فونداسیون باشد
شکل -2 انواع شکستگی در سازه فروشویی تودهای
3. معرفی سازه فروشویی تودهای شماره 2 معدن مس سرچشمه
سازه فروشویی تودهای شماره 2 معدن مس سرچشمه، در مساحتی بالغ بر 300 هزار مترمربع ساخته شده است و شامل چهار دره میباشد. در حال حاضر، این سازه متشکل از 20 لایه است که ارتفاع هر لایه در حدود 5 متر میباشد. برای ساخت بستر این سازه پس از آمادهسازی زمین به ترتیب از خاک رس، مخلوط متراکم ماسه و رس - خاک کوشین - ، لاینر ژئوممبران، کوشین و گراول به عنوان زهکش استفاده شده است. تاکنون در سازه فروشویی تودهای شماره 2، چندین لغزش سطحی در برخی از لایهها رخ داده است. شکل - 4 - سازه فروشویی تودهای شماره 2 معدن مس سرچشمه و لغزشهای سطحی اتفاق افتاده در اولین لایه از سازه را نشان میدهد.
شکل-3 الف- سازه فروشویی تودهای شماره2 معدن مس سرچشمه ب- برخی لغزشهای سطحی در سازه
4. تعیین پارامترهای مقاومتی سطح تماس خاک و ژئوممبران
تعیین پارامترهای مقاومتی سطح تماس ژئوممبران با خاک برای ارزیابی پایداری شیب سازه امری ضروری میباشد. برای اندازهگیری این خواص، آزمایش مقاومت برشی مستقیم آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفت. از آنجایی که خاک کوشین در تماس با ژئوممبران به صورت دستخورده از محل سازه نمونهبرداری شده بود، نمونهها در آزمایشگاه آمادهسازی شدند؛ بدین منظور برای شبیهسازی خاک در آزمایشگاه، میزان دانسیته و رطوبت خاک کوشین در محل سازه تعیین گردید. آزمایش تعیین دانسیته در محل مطابق با ASTM D1556-07 انجام گرفت.
