بخشی از مقاله
چکیده
سد سیلوه از انواع سد های خاکی با هسته رسی مرکزی بوده و بر روی رودخانه لاوین چای احداث شده است. محدوده سد در شهرستان پیرانشهر در استان آذربایجان غربی و در حدود 12 کیلومتری شمال غربی شهرستان پیرانشهر و در 150 کیلومتری جنوب غربی شهرستان ارومیه واقع شده است. در این مقاله به منظور برآورد ویژگی های ژئومکانیکی توده سنگی محل سد؛ ابتدا عملیات حفاری و نمونه برداری از عمق های مختلف گمانه ها انجام شده است . سپس با استفاده از سیستم های RMR و GSI؛ توده سنگ محل سد طبقه بندی و در نهایت با به کارگیری روابط تجربی که توسط هوک و همکاران ارائه شده است، پارامترهای مهندسی توده سنگ توسط نرم افزار RockLab 1.0 تعیین شده است.
-1 مقدمه
سد مورد مطالعه از انواع سد های خاکی با هسته رسی مرکزی بوده و بر روی رودخانه لاوین چای احداث شده است. محدوده سد در شهرستان پیرانشهر در استان آذربایجان غربی و در حدود 12 کیلومتری شمال غربی شهرستان پیرانشهر و در 150 کیلومتری جنوب غربی شهرستان ارومیه واقع شده استاین.
محدوده در موقعیت طول های جغرافیایی َ0 7 -ْ45 تا َ20 -ْ45شرقی و عرض های َ42 -ْ36تا َ47 -ْ36 شمالی محصور می باشد. گستره آبریز رودخانه لاوین چای در منطقه کوهستانی شمال پیرانشهر قرار داشته و در سمت غرب و جنوب غربی، کوه های بلندی آن را احاطه نموده است.
این رودخانه از شاخه های اصلی و نهرها تشکیل می شود. چهره برجسته تکتونیکی، گسل لاوین چای است که ضمن ایجاد مسیر رودخانه فعلی با ایجاد زون های گسترده خردشدگی، سیمای دوکرانه را تغییر داده است. به علت تناوب نهشته های نفوذپذیر و نفوذ ناپذیر و عملکرد گسل ها در ساحل چپ، چشمه های فصلی متعددی در این تکیه -گاه تشکیل شده است.
-2 ویژگی های ژئومکانیکی توده سنگ
منظور از ویژگی های ژئومکانیکی توده سنگ ها، آن دسته از ویژگی هایی است که مستقیماً بر رفتار مکانیکی توده سنگ ها و میزان پایداری آن ها در هنگام حفر تونل و فضاهای زیرزمینی و همچنین بر قابلیت حفاری آن - ها تأثیر می گذارد. ویژگی های ژئومکانیکی علاوه بر اینکه منعکس کننده رفتار ماده سنگ هستند تا حد زیادی به شرایط ناپیوستگی نیز وابسته هستند که تواماً رفتار مکانیکی توده سنگ را کنترل می کنند.
معمولاً برای طبقه بندی توده سنگ ها از نظر ژئومکانیکی از برخی روش-های تجربی نظیر RQD1، RMR2، Q3 و یا RSR4 استفاده می شود. در این مقاله از معیار RMR برای ارزیابی رفتار ژئومکانیکی توده سنگ های ذمنطقه استفاده شده است. طبقه بندی RMR مبتنی بر پارامترهایی نظیر خواص سنگ بکر و وضعیت عمومی ناپیوستگی ها می باشد که در منطقه مورد ارزیابی قرار گرفته اند. در این راستا در چند ایستگاه مختلف، شرایط و وضعیت ناپیوستگی ها و سنگ بکر برداشت گردیده و سپس پارامترهای مورد نظر بدست آمده اند.
-1-2 طبقه بندی ژئومکانیکی توده سنگ
این روش طبقه بندی در سال 1989 توسط بنیاوسکی [1] ارائه شده است. در این روش برای رده بندی سنگ ها از 6 پارامتر؛ مقاومت فشاری تک محوری5، شاخص کیفیت سنگ6، فاصله داری درزه ها7، وضعیت ناپیوستگی سنگ 8، وضعیت آب زیرزمینی 9 و جهت یافتگی ناپیوستگی های سنگ10 استفاده می شود. طبق تعریف بنیاوسکی طبقه بندی RMR از حاصل جمع امتیازهای مربوط به هر یک از پارامترهای مذکور محاسبه می شود
طبقه بندی ژئومکانیکی توده سنگ - RMR - در سنگ های ساختگاه سد سیلوه بر اساس برداشت های سطحی و گمانه ها بدست آمده است. نتایج برداشت ها و محاسبه RMR در جدول 1 آمده است.
جدول:1 میزان RMR برای سنگ های ساختگاه سد سیلوه.
بنیاوسکی برای طبقه بندی سنگ ها بر اساس امتیاز RMR جدولی ارائه داده است، که این رده بندی در جدول 2 آمده است.
جدول:2 طبقه بندی کیفیت سنگ طبق RMR
با توجه به جدول 2 و میزان امتیاز RMR به دست آمده برای واحد های سنگی ساختگاه سد، سنگ های شیست و شیل در رده ضعیف و سنگ آهک در رده متوسط قرار می گیرد.
-3 معیار شکست توده سنگ ساختگاه سد
پارامترهای مقاومتی توده سنگ از قبیل؛ ثابت های هوک و براون11، مدول الاستیسیته و مقاومت فشاری تک محوری توده سنگ از جمله مهمترین پارامترها در ارزیابی مهندسی سنگ ها هستند. در همین راستا هوک و براون [2] معیار شکست12 خود را در سال 1980؛ جهت برآورد داده های ورودی برای تحلیل و طراحی حفاری های زیرزمینی در سنگ، ارائه نمودند و در سال 2002 اصلاحیه جدید [3] آن به همراه نرم افزار RockLab 1.0 را منتشر کردند. این معیار از نتایج تحقیقات بر روی گسیختگی سنگ بکر و مطالعات بر روی رفتار توده سنگ های درزه دار، استنتاج شده است. رابطه 2، معیار شکست هوک و براون را برای توده سنگ نشان می دهد.
که در این رابطه ci مقاومت فشاری تک محوری سنگ بکر، 1 تنش حداکثر، 3 تنش حداقل، s و a ثابت های توده سنگ و mb نیز مقدار کاهش یافته ثابت ماده سنگ mi می باشد .[2] هر یک ثابت های توده سنگ از رابطه های 3، 4و 5 محاسبه می شوند.
برای تعیین پارامترهای توده سنگ، به سه پارامتر اصلی سنگ بکر نیاز می باشد. mi - ثابت هوک و براون برای سنگ بکر - ، GSI - اندیس مقاومت زمین شناسی - و مقاومت فشاری تک محوری. در رابطه های 3 و 5 فاکتور D نیز دخیل می باشد، در اینجا D فاکتوری است که به درجه بهم-ریختگی توده سنگی که در معرض انفجار و بارهای تنش قرار گرفته، بستگی داشته و مقدار آن از صفر برای توده سنگی بهم نریخته تا 1 برای توده سنگی بهم ریخته تغییر می کند
مقادیر mi را هوک در سال 2000 برای انواع سنگ های مختلف تعیین نموده است. البته مقادیر دقیق این پارامتر را می توان بااستفاده از آزمایش-های سه محوری، تک محوری و مقاومت کششی بدست آورد. به علت عدم امکان نمونه گیری، از جداول موجود برای تعیین پارامترهای مورد نیاز استفاده گردیده است.
هوک درسال [4 ] 1999 برروی روش های تعیین پارامترهای ژئومکانیکی اصلاحاتی را انجام داده و برای در نظر گرفتن شرایط زمین-شناسی توده سنگ ضریبی به نام GSI را در نظر گرفته است. ضریب GSI باتوجه به میزان رده بندی اصلاح شده توده سنگ در سال 1989 توسط بنیاوسکی و براساس رابطه 6 محاسبه می شود.
در این رابطه میزان ارزش RMR براساس ارزش جریان آب زیرزمینی برابر 15، یعنی خشک و ارزش اثرات جهت و امتداد درزه ها برابر صفر در نظر گرفته می شود. همچنین براساس مطالعات هوک و مارینوس سنگ های مختلف از لحاظ GSI طبقه بندی و محدوده ای برای آنها مشخص شده است که حد بالایی و پائینی مقادیر GSI را در سنگ های مختلف مشخص می نمایند. این طبقه بندی در شکل 1 آمده است.
شکل:1 نمودار برآورد GSI
جدول 3 مقادیر mi، GSI و مقاومت فشاری تک محوری را برای سنگ های در برگیرنده ساختگاه را نشان می دهد.
حال با داشتن مقادیر mi، GSI و مقاومت فشاری تک محوری و استفاده از نرم افزار RockLab 1.0 می توان معیار شکست هوک و براون را برای واحد های سنگی ساختگاه سد محاسبه کرد. با استفاده از نرم افزار RockLab 1.0 نیازی به محاسبه دستی s، a و mb نیست و این پارامترها توسط نرم افزار محاسبه می شود. مقادیر چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی و مدول دگر شکل پذیری برجا ی توده سنگ و دیگر پارامترهای ژئومکانیکی خروجی نرم افزار می باشد. جدول 4 مقادیر پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ را برای سنگ های در برگیرنده ساختگاه سد سیلوه را نشان می دهد.
