بخشی از مقاله
خلاصه
مدلسازي به طور فزایندهاي به عنوان یک روش براي تعیین رفتار مکانیکی و هیدرولیکی توده سنگ استفاده میشود. در این مقاله، با توجه به اهمیت بالاي مشخصه تداوم و پایایی درزه بر رفتار مکانیکی و هیدرولیکی توده سنگ، شبکه هندسی تصادفی درزه با در نظر گرفتن ویژگیهاي آماري اندازه درزه بر اساس مدل veneziano توسعه داده شده است. با تمرکز بر شیروانی سنگی مشرف به سد و نیروگاه رودبار لرستان و با استفاده از دادههاي اندازهگیري شده در مکان توده سنگ مورد نظر و برآورد بهترین تابع توزیع احتمال از مشخصات هندسی درزهها در این منطقه، مدل هندسی از شبکه درزه توسعه داده میشود.
به منظور پیادهسازي مدل، کد کامپیوتري نوشته شده در C++، به نامDFN-FRAC3D استفاده میشود که قادر به نمایش شبکه درزهها در جهات مختلف و همچنین تولید خروجی به صورت یک فایل متنی است. نتایج حاصل از این مدل را میتوان به عنوان یک ورودي مفید براي تجزیه و تحلیل پایداري عددي و مطالعات رفتار هیدرولیکی توده سنگها استفاده کرد.
.1 مقدمه
در مکانیک جامدات، محیط ایدهآل محیطی پیوسته، هموژن و ایزوتروپ است. شواهد نشانمیدهد که در محیطهاي سنگی این شرایط وجود نداشته و ناپیوستگیها مهمترین عامل در بینظمی و عدم امکان دسترسی به شرایط ایدهآل میباشند. رفتار مکانیکی و هیدرولیکی تودهسنگ بستگی به مجموع رفتار سازندههاي آن، یعنی سنگ سالم و ناپیوستگیها دارد. عنوان ناپیوستگی به طورکلی شامل شکستگیها 3، تركها 4، درزهها 5، گسلها، صفحات لایهبندي و دیگر سطوح ضعف 6 میشود. در این میان، درزهها متداولترین نوع ناپیوستگیها هستند و بحرانی ترین عامل در تعیین رفتار تودهسنگ محسوب میشوند
در مدلسازي هندسی ناپیوستگیهاي تودهسنگ، سعی بر این است که ساختارهاي اصلی زمینشناسی تودهسنگی، شناختهشده و پارامترهاي هندسی ناپیوستگیهاي موجود در آن اندازهگیري و با بیشترین تطابق نسبت به واقعیت جانمایی شوند. بنابراین با شبیهسازي ناپیوستگیها و تهیه بلوكهاي حاصله از آنها، میتوان یک مجموعه بلوکی از توده سنگ را به تصویر کشید.
پارامترهاي تصادفی ناپیوستگیها از اندازهگیريهاي میدانی و تحلیلهاي آماري به دست میآیند. پیشرفتهاي چشمگیر در جمعآوري و روشهاي پردازش اطلاعات درسالهاي اخیر این امکان را فراهم نموده که بتوان حجم زیادي از اطلاعات با کیفیت بالا را از رخنمونهاي تودهسنگ به دست آورد. لذا این امکان فراهم میشود که بر اساس اطلاعات آماري جمعآوري شده، ویژگیهاي تودهسنگ باکیفیت بهتري تعیین شوند. مدل هندسی سهبعدي تودهسنگ با داشتن پارامترهاي متعددي از ناپیوستگیها شامل جهتداري، شکل، اندازه، موقعیت و چگالی حجمی توصیف میشود. با این حال به علت پیچیدگی در تعیین این پارامترها، ارائه توصیفی دقیق از هندسه سنگ بسیار مشکل و در مواردي غیرممکن میباشد. یکی از تکنیکهاي شبیهسازي شبکههاي درزه استفاده از مدلسازي تصادفی است که این روش تنها از نظر آماري معادل با ساختار واقعی تودهسنگ خواهد بود
در این مقاله، با استفاده از دادههاي میدانی درزههاي برداشت شده در شیروانی سنگی مشرف به سد و نیروگاه رودبار لرستان، مدل هندسی سه بعدي شبکهي درزههاي تودهسنگ با استفاده از مدل تصادفی توسعه یافته، تهیه شده است. پردازش دادهها شامل تطبیق توابع توزیع احتمالی متفاوت بر ویژگیهاي هندسی دسته درزههاي برداشت شده انجام شده است.
به منظور اجراي مدل از برنامه کامپیوتري به نام DFN- FRAC 3D نوشته شده به زبان برنامهنویسی C++که قادر است با استفاده از دادههاي برداشت شده، علاوه بر تولید خروجی رقومی، نمایش بصري از شبکه ناپیوستگیها در راستاهاي مختلف ارایه دهد، استفاده شده است. در این تحقیق از روش برداشت خطی استفاده شده است. در این روش ویژگیهاي تمامی درز ههایی که خط برداشت را قطع میکنند، اندازه گیري میشوند. در روش برداشت خطی سطوح مسطح تمیز سنگی به گونهاي انتخاب میشود که در برابر اندازه و فاصلهداري ناپیوستگیها بزرگ باشد. در این روش باید رخنمون شامل 150 تا 300 ناپیوستگی بوده و حداقل باید یک انتها از 50 درصد آنها قابل مشاهده باشد
.2 انواع روشهای مدلسازی هندسی ناپیوستگیها
. 1 . 2 روش قطعی و محدود
در شرایطی که امکان برداشت درزه از محیط یک بلوك وجود داشته باشد و با فرض درزههاي تخت و نامحدود، این روش با جانمایی دقیق درزهها میتواند یک مدل ساده اولیه از ساختار درزههاي بلوك تهیه نماید. در این روش هندسه توده سنگ توسط تعداد محدودي درزه تعریف میشود و هر دسته درزه تنها شامل جهتداري و شیب مشخص میباشد. تحت این فرضیه، روش مذکور بلوكهایی با ابعاد ماکزیمم ایجاد خواهد کرد. با داشتن مختصات حداقل سه نقطه از درزه و یا یک نقطه همراه با شیب و جهت شیب در مدلهاي سه بعدي و دو نقطه در مدلهاي دوبعدي، این روش به طور قطعی وضعیت درزه در فضاي دو یا سهبعدي را ترسیم مینماید
. 2 . 2 روش آماری
در روشهاي آماري تغییرات پارامترها و مختصات مورد توجه قرار میگیرند و تاثیر آنها برمدل منظور میشود. بدین ترتیب در مورد هر پارامتر تابع توزیع آماري آن بدست میآید و براساس این توابع توزیع، پارامترهاي مربوط به هر درزه محاسبه و درزه ها شبیهسازي میشوند. این فرایند آنقدر تکرار میگردد، تا اینکه نزدیکترین مدل به واقعیت به دست آید. در سالهاي پس از1970 تکنیکهاي آماري مختلفی جهت بررسی توابع توزیع پارامترها و شبیهسازي هندسی ناپیوستگیهاي توده سنگ توسعه یافتهاند. از جمله دانشمندانی که تحقیقاتشان در این راستا بوده است، میتوان به کونارد و جک کوئین1، پریست و هودسون 2، آندرسون3، هلیوت4، کولاتیلاك5، مولدنو6، سونگ و لی 7 اشارهکرد
. 3 . 2 روش زمین آماری
پارامترهاي هندسی درزهها در سنگ میتوانند توسط روشهاي زمین آماري نیز تخمین زده شوند. این روش امکان بررسی وابستگیهاي داخلی - خود همبستگی - و یا وابستگی مکانی پارامترها را ایجاد میکند. پارامترهاي هندسی که امکان بررسی خود همبستگی آنها وجود دارد، معمولاً جهتداري - آزیموت و شیب - ، ابعاد، فاصلهداري، چگالی و بازشدگی درزهها میباشدکه توسط تکنیک هاي متفاوتی مورد شبیهسازي قرار میگیرند. به طور مثال میتوان به تکنیک شیلد1، مسعود2 و بیلاوکس3 اشاره کرد. در این نوع شبیهسازيها تمام مراحل براساس آن چه در روش آماري بیانشد، انجام میگیرد. مگر تخمین پارامترهایی که امکان استفاده از روش زمینآمار در موردشان وجود دارد.
.3 ضرورت ساخت شبکهی شکستگیهای مجزا
شبیهسازي مدلهاي شبکهي شکستگیهاي مجزا که در آن شبکه شکستگی میتواند ناهمگنی طبیعی خود را داشته باشد، امروزه یکی از موثرترین رویکردهاي تحلیل در توده سنگهاي شکسته میباشد
در این مقاله، تحلیل دادههاي حاصل از برداشت زمینشناسی و تولید شبکه شکستگیهاي مجزا مورد توجه قرار گرفته است. مشخصات هندسی مورد نیاز براي تولید شبکهي شکستگیهاي عبارتند از :
.1 تعداد دسته شکستگیها، .2 جهتداري، .3 فاصله داري و چگالی حجمی هر دسته شکستگی، .4 توزیع آرایش مرکز شکستگیها، .5 شکل و اندازه شکستگیها و .6 بازشدگی دهانه هر شکستگی
برداشت صحیح و دقیق شکستگیها در توده سنگها در مقیاس مهندسی عملی نمیباشد، زیرا برداشت برجا یک ناپیوستگی به تنهایی مشکل و برداشت تمام ناپیوستگیها غیر ممکن است. از طرفی نکتهي مهم و کلیدي در شبیهسازي شبکهي شکستگی توده سنگ، برآورد مناسب پارامترهاي هندسی شکستگیها میباشد. از طرف دیگر، شکستگیهاي موجود در توده سنگ تصادفی میباشند و از نقطهاي به نقطهي دیگر تغییر میکنند. بنابراین در کاربردهاي عملی تنها رویکرد واقع بینانه استفاده از یک مدل تصادفی است که با استفاده از دادههاي پراکنده ساخته میشود .
.4 مشخصات ساختگاه و زمین شناسی شیروانی مشرف به سد رودبار لرستان
ساختگاه نیروگاه تلمبه ذخیرهاي رودبار لرستان بر روي روخانه رودبار - ازسرشاخههاي رودخانه دزشرقی - ، در کوههاي زاگرس استان لرستان حدود 150کیلومتري غرب اصفهان و 100کیلومتري جنوب شهرستان الیگودرز قرار دارد - شکل . - 1 تراز تاج سد 1763 متر و تراز محل نیروگاه حدوداً1300 متر بالاتر از سطح دریا میباشد.
محل سد، درهاي تنگ با دیوارههاي بسیار پرشیب از جنس آهکهاي دولومیتی سازند دالان - پرمین پسین - است - شکل 2 و . - 3 به نظر میرسد که این آهکها، بخش کربناتی بالاي سازند دالان را تشکیل دهند. به سمت پایین رخنمون سازندهاي جوانتري چون گرو و سروك را شاهد هستیم و به سمت بالادست و درون مخزن سازند دالان رخنموندار، بخش بزرگتر گستره طرح - شعاع 100 کیلومتري پیرامون نقطه مرکزي - در واحد زمینساختی زاگرس و قسمت کوچکتري از گستره طرح - شمال و شمال خاوري - در کمربند سنندج – سیرجان قرار دارد.
نزدیکترین ساختار فعال و لرزهزا به ساختگاه مذکور گسل سراوند – بزنوید - گسل قالیکوه - است که بخشی از گسل اصلی جوان زاگرس میباشد. گسل سراوند – بزنوید تحت عناوین بختیاري و گسلهاي قالی کوه نیز نامیده شده است. مهمترین ساختار در ساختگاه سد گسل F1 است. این گسل محور سد را قطع کرده و با آیینه گسلی کاملاً مشخص در محدوده محور به خوبی شناسایی گردیده است. شیب صفحه گسل 90 درجه و میزان جابجایی در امتداد آن حدود 6 متر است. این گسل راستالغز است.
رودخانه رودبار پس از ادامه مسیر خود درحدود 33 کیلومتر در جهت جنوب شرقی از محل ساختگاه سد که از این پس رودخانه الکن نامیده می شود با یک چرخش تند به نیروگاه که تقریبا در فاصله افقی 3 کیلومتري پائین دست محور سد واقع شده است، میرسد. از نظر زمین شناسی محدوده مورد مطالعه داراي ویژگیهاي مشترك زون زاگرس مرتفع با روند چین خوردگی اصلی شمالغربی - جنوبشرقی میباشد.سازندهاي اصلی زمین شناسی منطقه مطابق جدول 1 میباشد
جدول - 1 سازندهای زمین شناسی ساختگاه سد
