بخشی از مقاله
مقايسه عدد لوژن و خورند دوغاب در عمليات تزريق پي سنگي سد شنجور
سد شنجور در ٩٥ کيلومتري شمال شرق شهر همدان و ٢٠ کيلومتري شرق شهرستان رزن ، بر روي رودخانه زهتران واقع گرديده است . اين سد از نوع سنگريزه اي با هسته رسي با ارتفاع ٢٩ متر از پي ميباشد. پي سنگي منطقه از نوع شيست ميباشد که تزريق پرده آببند در آن صورت گرفته است . در اين مقاله به بررسي و مقايسه عدد لوژن در آزمايش نفوذپذيري و ميزان خورند دوغاب در گمانه هاي اکتشافي حفر شده جهت تزريق پرده آببند سد شنجور پرداخته شده است . جهت بررسي ارتباط بين نفوذپذيري و تزريق پي سد نتايج بدست آمـده از آزمايشات فشار آب و ميزان جذب سيمان در اين گمانه ها مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته اند. نتايج اين بررسي نشان مي دهد در بيشتر موارد ارتباط مستقيمي بين مقادير سيمان خوري و ميزان نفوذپذيري وجود دارد.
کلمات کليدي: سد شنجور، عدد لوژن ، خورند دوغاب ، عمليات تزريق
١. مقدمه
تراوش در پيسنگ و تکيه گاه هاي يک سد موجب هدر رفتن آب ذخيره شده در مخزن سد خواهد شد و موجب فرسايش سنگها و بوجود آمدن فشار بالابرنده ٣ در پي گرديده و ميتواند پايداري دراز مدت سد را به مخاطره بياندازد, بنابراين مطالعات مربوط به اجراي عمليات تزريق بعنوان يک راه حل عملي جهت بهبود خصوصيات هيدروليکي و مکانيکي پي سنگ , اهميت زيادي خواهد داشت . تزريق روشي است که توسـط آن ماده تزريق به خلل و فرج و درز و شکاف يا حفره هاي تشکيلات سنگي و خاکي تزريق شده و موجـب بهبـود خـصوصيات مهندسي آنها مي گردد، بطوريکه در اثر آن نفوذ پذيري لايه ها کم ، مقاومت لايه ها افزايش و تغيير شکل پـذيري تـوده سـنگ کاهش مي يابد. نياز به تزريق در شالوده سازه هاي آبي بر اساس معيارهاي ارائه شده توسط لوژان و هولسبي تعيين ميشود(١٩٩٠,Houlsby)[١]. هر چند براي آن روابطي تجربي ارائه شده است ولي نميتوان در هر سدي با شرايط متفاوت آن را بکار گرفت .
٢. موقعيت جغرافيايي طرح
ساختگاه سد شنجور برروي رودخانه زهتران واقع گرديده است . موقعيت جغرافيايي ساختگاه ′′٤٥ ′١٧ o٣٥ عرض شمالي و ′′٣٥ ′١٠ o٤٥ طول شرقي بوده و در استان همدان و حدود ٩٥ کيلومتري شمال شرق شهر همدان و ٢٠ کيلومتري شرق شهرستان رزن قرار دارد.[٢]
٣. شرايط زمين شناسي و زمين شناسي مهندسي ساختگاه سد مخزني شنجور
محدوده مورد مطالعه از ديدگاه زمين شناسي به دو بخش آبگرم و رزن تقسيم ميشود. بخش آبگرم در زون ايران مرکزي و بخش رزن در زون سنندج - سيرجان قرار گرفته است . گسل آوج در ٢٥ کيلومتري شمال منطقه طرح ، مرز بين دو زون ايران مرکزي و زون سنندج – سيرجان محسوب ميشود. که ساختگاه سد شنجور در زون زمين شناسي سنندج - سيرجان (زون رزن ) قرار گرفته است . و قديميترين رسوبات آن را سازند شمشک که در محدوده حوضه آبريز، مخزن و محل سد شنجور مي باشد، شکل ميدهند. اين رسوبات تحت تاثير فاز کوهزايي کيميرين دچار دگرگوني با درجات مختلف گرديده - اند. به همين دليل در محدوده مورد مطالعه رخنمون هاي اسليت ، فيليت و شيست سبز و خاکستري رنگ به وفور مشاهده ميشود که به شيست هاي همدان معروفند. علاوه بر آن ساختمان هايي نظير دايک و سيل از جنس ديوريت و دياباز نيز در داخل رسوبات مذکور نفوذ نموده اند. سنگهاي آهکي دوره کرتاسه نيز در گستره طرح رخنمون دارند. مهمترين ساختمان زمين شناسي منطقه طرح تاقديس پاشالو ميباشد که شامل مجموعه اي از واحدهاي دگرگون شده شامل اسليت و شيست هاي سبز تا خاکستري رنگ شيل و ماسه سنگ سازند شمشک و سنگ هاي آهکي متعلق به کرتاسه ميباشد. در محدوده شمال غرب محور شنجور رخنمون هاي سنگهاي آهکي تشکيلات قم متعلق به دوره اليگوميوسن به صورت سه قله منفرد به نام سه برادر مشاهده ميشود[٢].
براي بررسي ويژگيهاي زمين شناسي مهندسي در محل ساختگاه سد ، ١٥ گمانه اکتشافي حفر شده ، که با توجه به آنها حداکثر عمق آبرفت ١٨.٩متر و جنس سنگ پي در محل ساختگاه ، شيست تعيين شده است .
به منظور بررسي وضعيت سيستم درزه هاي توده سنگ عمليات درزه نگاري ٤ در محل ساختگاه سد انجام پذيرفته و چهار دسته درزه ,J٣,J٢ ,J١) (J٤ با شيب بين ٧٠-٢ درجه مشخص شده است . که بازشدگي اين درزه ها غالبا کمتر از ١ ميليمتر و فاصله تکرار آنها نيز به طور ميانگين حدود ٠.٦متر است .
همينطور براي بررسي ويژگيهاي کلي ناپيوستگي ها، از اطلاعات درزه برداري درون گمانه اي استفاده شده است . که مشخص شده درزه ها غالبا با کلسيت پر شده اند و سطح اکثر آنها زبر و کمي هوازده مي باشد.
از مجموع ٥٠ قطعه آزمايش لوژن انجام شده در حدود ٩٢ درصد نفوذناپذير يا نفوذپذيري خيليکم (٣>U.L) و فقط حدود ٨ درصد نفوذپذيري کم (١٠>U.L>٣ ) داشته است . در نتيجه توده سنگ ساختگاه از نفوذپذيري کم و ناچيزي برخوردار است . بنظر ميرسد ماهيت ريزدانه سنگ اسليتي و شيستي موجب بسته بودن سطوح ناپيوستگي (شيستوزيته و تورق ) و در نتيجه عدم آبگذري اين سطوح بوده است .
مقدار متوسط RQD در توده سنگ ساختگاه حدودا ٢٠ تعيين شده است ، بنابراين کيفيت توده سنگ پي در ساختگاه سد شنجور در رده خيلي ضعيف ارزيابي ميگردد. بنظر ميرسد ناپيوستگي سطوح تورق و شيستوزيته سنگ شيستي و اسليتي مهمترين عامل در کاهش کيفيت توده سنگ بوده است .
ضمن آنکه ضربه ها و فشارهاي ناشي از حفاري نيز باعث جدايش سطوح تورق و شيستوزيته شده است .
در رده بندي RMR از جمع امتيازهاي بدست آمده عدد ٣٦ به عنوان RMR سنگ تعيين ميگردد که با توجه به آن ، توده سنگ در ساختگاه در گروه سنگ هاي ضعيف (Poor Rock) يعني گروه IV جاي ميگيرد[٢،٣،٤].
٤. پيشينه تحقيق
تلاش زيادي براي برقراري رابطه بين عدد لوژن و خورند دوغاب صورت گرفته است . هدف از برقراري ارتباط ميان ايـن دو عدد ، پيش بيني جذب دوغاب سيمان توسط توده سنگ در عمليات تزريق است . بررسي هاي انجام شده نشان داده است که در برخي موارد ارتباطي ميان عدد لوژن و ميزان خورند دوغاب سيمان وجود ندارد. اورت معتقد است که اين تفاوت به اين دليل است که درزه هايي که در آنها آب به سهولت جريان مي يابد براي دوغاب امکان جريان يافتن وجود نـدارد و يـا اينکـه شکستگي هيدروليکي ناشي از فشار تزريق و يا شسته شدن ذرات داخل درزه ميگردد.
وجود اين تفاوت و اختلاف را به دلايل زير نسبت مي دهند:
١ـ آب يک مايع نيوتني است ولي دوغاب سيمان يک توده بينگهام مي باشد.
٢ـ آزمايش فشار آب (لوژن ) داراي يک زمان مشخص و معين است ، ولي تزريق محدوده زماني مشخصي ندارد.
٣ـ آب توانايي ورود به درزه ها و شکافهاي خيلي ريز و باريک را دارد ولي دوغاب اين توانايي را ندارد.
٤ـ در آزمايش فشار آب (لوژن ) ميزان جريان آب اندازه گيري مي شود ولي در تزريق ، مقدار حجم دوغاب سيمان مورد نظـر است ٥ـ آب مولکولي است ولي دوغاب سيمان يک سوسپانسيون حاوي ذرات سيمان در آب است .
٦ـ فشار بکاررفته در آزمايش لوژن با فشار در عمليات تزريق دوغاب متفاوت است .
حجم دوغاب تزريق ، با توان سوم بازشدگي دهانه درزه ها متناسب است ولي در آزمايش لوژن ميـزان آبخـوري تـابع دهانـه درزه است (رابطه ١) .
که در اين رابطه Vmax حجم دوغاب تزريق ، Pmax فشار ماکزيمم تزريق ، C چسبندگي دوغاب و t بازشدگي دهانه درزه مي باشد.
اورت با استفاده از رسم نمودار عدد لوژن و خورند دوغاب نتايج ذيل را بدست آورده است :
گروه A : اين گروه مقادير (WPT) و خورندهاي پايين دوغاب را شامل ميشود (عدد لوژن < ٥ و خورند سيمان < kg.m ٤٠). چنين حالتي را در شرايطي ميتوان انتظار داشت که بازشدگي مسيرهاي موجود ناچيز باشد. در اين حالت نفوذپذيري سنگ در ارتباط با آب در آزمايش (WPT) کم و مقدار نفوذپذيري در ارتباط با خورند دوغاب نيز ناچيز خواهد بود. اين حالت نشان دهنده اين مساله است که سنگ نفوذناپذير يا فقط به اندازه کمي نفوذپذير است . در چنين شرايطي جذب آب يا سيمان مشکل و يا به سختي انجام ميگردد و در چنين شرايطي نياز به تزريق نخواهد يود.
گروه B : مقدار (WPT) بالا و مقدار خورند دوغاب پايين است (عدد لوژن <٢٠ و خورند سيمان < kg.m ٤٠). در چنين شرايطي مقادير قابل توجه جذب آب توسط تعداد زيادي از مسيرهاي باريک و يا با بازشدگي کم ايجاد ميشود. مواردي که در گروه B قرار ميگيرند قابل تزريق نيستند و استفاده از سيمان هاي ريزدانه نيز نتيجه بهتري را در بر نخواهد داشت اما ميتواند در مواردي مفيد باشد. زيرا نفوذپذيري موجود در توده سنگ از مسيرهاي باريک ناشي ميشود و مقدار نفوذپذيري توده سنگ زياد نيست .
گروه C : در اين گروه مقدار (WPT) و خورندهاي دوغاب نسبت به يکديگر متناسب هستند، مقدار (WPT) زياد و مقدار خورند دوغاب نيز متوسط تا خيلي زياد است (عدد لوژن >٣٠ وخورند سيمان بين kg.m ٥٠ تا بيشتر از kg.m ١٠٠٠). در صورتيکه درزه هاي موجود به اندازه کافي باز شده باشند مي- توان چنين حالتي را انتظار داشت و عمليات تزريق قابل اجرا خواهد بود. در صورتي که هر دو مقادير (WPT) و خورندهاي دوغاب متناسب با کاهش بازشدگي در مسيرهاي هيدروليکي کاهش يابد، دليل بر عقلاني بودن عمليات تزريق خواهد بود.
گروه D : اين گروه شامل ترکيبي از مقدار(WPT) پايين و خورند بالاي دوغاب ميباشد. (عدد لوژن <٥ و خورنـد سـيمان بـين kg.m١٠٠ تـا بيـشتر از kg.m ١٠٠٠). مواردي که در گروه D قرار ميگيرند سنگ هاي نفوذناپذير هستند که مقدار جذب بالا در آنها تحت تاثير فرايند شکست هيدروليکي ايجاد ميشود. در چنين حالتي پرشدگي در مسيرهاي بازشده و باز شده ناپيوستگي هاي پنهان بسيار اتفاق ميافتد. در نهايت مسدود کردن چنين بازشدگيها و شکستگيهايي با هزينه بسيار همراه خواهد بود.
در صورتي که چهار گروه موجود با هم مقايسه شوند ملاحظه ميشود که تنها عمليات تزريقي که در محدوده بالايي و مياني گروه C قرار مي- گيرند مفيد خواهند بود. در گروه B احداث پرده تزريق قابل اجرا نميباشد، زيرا خورندهاي تزريق بسيار پايين هستند. در گروه D خورند دوغاب صرف پرشدگي در درزه هاي بازشده حين فرايند شکست هيدروليکي مي شود. بنابراين ايجاد پرده تزريق با صرف هزينه زياد امکانپذير خواهد بود.[٥ ,٦]
