بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مقايسه مدول هاي تغيير شکل پذيري برآورد شده از آزمون هاي ديلاتومتري و بارگذاري صفحه اي در ساخت گاه سد خرسان
چکيده
مدول تغيير شکل پذيري حاصل از آزمايش ديلاتومتري و بارگذاري صفحه اي در يک توده سنگ در اغلب موارد با يکديگر برابر نيست .
ازاين رو در اين مطالعه تلاش شده تا به مقايسه نتايج آزمايش ديلاتومتري و بارگذاري با ارائه مدل هاي سه بعدي پرداخته شود. بدين منظور از نتايج ٢٨ عدد آزمايش بارگذاري صفحه اي و ٤٣ عدد آزمايش ديلاتومتري برآورد شده از ساخت گاه سد خرسان ٢، استفاده شده است .
سد خرسان ٢ در استان چهارمحال و بختياري و در ٦٠ کيلومتري جنوب باختري شهرستان لردگان اين استان واقع شده است . نتايج بررسيها بيانگر آن است که مدول هاي برآورد شده از آزمايش هاي بارگذاري صفحه اي و ديلاتومتري اختلاف زيادي باهم دارند. در مطالعات انجام شده در ساخت گاه سد خرسان ٢، ميانگين مدول تغيير شکل پذيري به دست آمده توسط آزمايش ديلاتومتري و بارگذاري صفحه اي به ترتيب برابر ٨.٨٤ و ٢٠.٤٥ گيگاپاسکال است . همچنين مدل هاي سه بعدي مدول هاي تغيير شکل پذيري دو آزمايش نشان ميدهند که روند تغييرات مدول ها با افزايش عمق نيز به صورت کاملاً متفاوت صورت ميگيرد. همچنين تغييرات مدول ها در جهت افق نيز در دو آزمايش روندي کاملاً متفاوت را نشان ميدهد.
واژه هاي کليدي: مدول هاي تغيير شکل پذيري ، آزمون هاي برجا، توده سنگ ، سد خرسان ٢، نرم افزار ١٤ RockWork
١- مقدمه
مدول تغيير شکل پذيري توده سنگ درواقع ، نسبت تنش به کرنش متناظر در طول بارگذاري توده سنگ شامل رفتار الاستيک و غير الاستيک تعريف ميشود [٨]. اين پارامتر نشان دهنده ميزان قابليت تغيير شکل - پذيري توده سنگ در پاسخ به هرگونه بارگذاري يا باربرداري است . شاخص و معيار تغيير شکل پذيري در سنگ بکر مدول الاستيسيته و در توده سنگ مدول مدول تغييرشکل پذيري ميباشد [٣]. مدول تغيير شکل پذيري توده سنگ به عنوان يکي از مهم ترين پارامترهاي زئومکانيکي توده سنگ است که در طراحيها استفاده ميشود، به طوري که اين مدول بهترين پارامتر نمايانگر رفتار مکانيکي توده سنگ و سنگ بکر، قبل از شکست ميباشد
[٣]. بنابراين مدول تغيير شکل پذيري زيربناي اغلب آناليزهاي ژئومکانيکي است و در پروژه هايي همچون نيروگاه هاي زيرزميني، سدها، تونل ها، برج - هاي مسکوني و به ويژه سازه هايي که نسبت به تغييرشکل هاي حتي کم نيز حساس هستند اهميت زيادي پيدا ميکند [٩]. هنگامي که سنگ ها و توده
سنگ ها براي اهداف ژئومکانيکي طبقه بندي ميشوند لازم است که طبقه - بندي توده سنگ ها بر اساس مقاومت يا مدول استاتيکي تغيير شکل صورت گيرد تا يک نشانه پايداري يا عکس العمل تغيير شکلي آن ها باشد. علاوه بر آن ، مقاومت و مدول تغيير شکل پذيري پارامترهاي ورودي لازم توده سنگ در استفاده از روش هاي عددي ميباشد [٣]. تعيين مدول تغييرشکل پذيري توده سنگ از طريق آزمايش هاي بارگذاري (و يا باربرداري) برجا، روش هاي ژئوفيزيکي، آزمون هاي آزمايشگاهي، روش هاي مبتني بر روابط تجربي و روش پيوسته هم ارزي صورت ميگيرد [١٢]. هر يک از اين روش ها از محاسن و معايب خاص خود برخوردار ميباشند. کاربرد آزمون هاي برجا، ازجمله جک تخت ، جک صفحه اي، بارگذاري صفحه اي، جک شعاعي، ديلاتومتري و ... نياز به مراحل دشوار است و انجام آن مستلزم صرف هزينه و وقت زيادي ميباشد [٣]. بررسي مقاديري که براي مدول هاي تغيير شکل يک سنگ واحد توسط آزمون هاي مختلف به دست آمده ، دامنه گسترده اي از تغييرات را نشان ميدهد. ازاين رو آزمون هاي مختلف هيچ يک به تنهايي
نميتوانند مقادير واقعي مدول تغيير شکل پذيري را به دست دهند و براي دست يابي به نتايج واقعي نيز محتاج مقايسه داده هاي حاصل از دو يا چند نوع آزمون مختلف ميباشد [١٠]. به همين منظور در اين مقاله نتايج آزمون هاي ديلاتومتري و بارگذاري صفحه اي در ساخت گاه سد خرسان ٢ در محيط نرم افزار ١٤ RockWork باهم مقايسه شده است .
٢- زمين شناسي منطقه موردمطالعه
ساخت گاه سد خرسان ٢ در استان چهارمحال بختياري و در فاصله حدود ٦٠ کيلومتري جنوب باختري شهرستان لردگان واقع شده است (شکل ١). بدنه سد از نوع بتني دو قوسي و به ارتفاع ٢٤٠ متر و طول تاج ٥٥٥ متر ميباشد. دستيابي به محل سد از طريق جاده آسفالته لردگان به روستاهاي قلعه مدرسه و آبچنار به طول حدود ٥٠ کيلومتر و از روستاي آبچنار از طريق جاده خاکي به طول حدود ٩ کيلومتر به روستاي شملک در ساحل راست رودخانه و محور سد امکان پذير ميباشد [١]. در دره محدوده موردمطالعه (بالادست سد) سازندهاي زمين شناسي باسن کرتاسه تا عهد حاضر شامل سازندهاي آسماري، گچساران ، آغاجاري، بختياري و رسوبات آبرفتي عهد حاضر رخنمون دارند. همان طور که در شکل (٢) مشاهده مي - شود، تکيه گاه ها و بستر سد بر روي سازند آسماري قرارگرفته است [١١].
ضخامت سازند آسماري در برش الگو ٣١٤ متر بوده ولي تا ٥١٨ متر نيز متغير است . اين سازند ازنظر ليتولوژي شامل آهک کرم تا قهوه اي رنگ با درزه و شکاف فراوان در سطح ميباشد. سازند آسماري در بخش زيرين خود، عموماً شيل ها و مارن هاي سازند پابده را به طور هم شيب ميپوشاند و خود نيز توسط سازند گچساران به طور هم شيب پوشيده شده است . به علت مقاومت و سختي خاص آهک هاي آسماري، اين سازند غالباً ارتفاعات و بخش هاي مقاوم منطقه زاگرس چين خورده را تشکيل ميدهد و اغلب پوشش خارجي تاقديس هاي طويل پشت نهنگي را به وجود ميآورد. ازنظر جغرافيايي در تمام منطقه زاگرس گسترش داشته و در هرکجا که سازند آسماري در زير سازند گچساران يا سازند مشابه آن قرار داشته ، به علت درزه و شکاف فراوان و تخلخل زياد، جوان ترين سنگ مخزن نفت محسوب ميشود. ازنظر زيست چينه اي اين سازند به سه واحد "آسماري پاييني" به سن اليگوسن ، "آسماري مياني" به سن ميوسن پيشين (آکيتانين ) و "آسماري بالايي" به سن ميوسن پيشين (بورديگالين ) تقسيم ميشود [٥]. اين تقسيم بندي سازند آسماري در همه جا وجود ندارد و در ساخت گاه سد خرسان ٢ نيز مشاهده نميشود. در بيشتر نقاط ، مرز پاييني آسماري، سازند شيلي پابده است . توالي آسماري بالايي، مياني و پاييني به ترتيب با عميق - تر شدن ، کم عمق شدن و عميق تر شدن مجدد حوضه رسوبي تطابق دارد .[7]
شکل ١: موقعيت جغرافيايي و راه هاي دسترسي به منطقه موردمطالعه [١١]
شکل ٢: (الف ) مدل سه بعدي منطقه موردمطالعه و (ب ) مقطع زمين شناسي دره محل احداث سد
٣- آزمون ديلاتومتري
مدول تغيير شکل پذيري يکي از مهم ترين پارامترهاي بيان کننده رفتار مکانيکي سنگ در توده سنگ به خصوص در حفاريهاي زيرزميني و پي اسيان ه نهواع يسباززره گ ها ممييباشد وکه يکمييابازيپسارات متبراهادقيت اسقاابسل يقدبورليطراتعحيين و گمرددل دسا[ز٤]ي مدول تغيير شکل پذيري سنگ به عوامل متعددي ازجمله مقدار تنش وارده به سنگ ، مدول الاستيسيته ، ضريب پوآسون ، مساحت سطح بارگذاري، فاصله از محل بارگذاري و عمق بستگي دارد و در اکثر توده هاي سنگي به دليل توزيع ناهمسان ناپيوستگيها، مدول تغيير شکل در جهات و نقاط مختلف تغيير ميکند. روش هاي مختلفي جهت تعيين و تخمين اين پارامتر سنگ و يا توده سنگ وجود دارد که عمدتاً در گروه هاي زير دسته بندي ميشوند [٢]:
_ روش هاي مبتني بر آزمون هاي آزمايشگاهي
_ روش هاي غيرمستقيم مبتني بر تجربه
_ روش هاي مبتني بر آزمون هاي برجا (محلي)
از ميان روش هاي فوق ، تجربيات زيادي نشان داده که روش هاي مبتني بر آزمون هاي برجا از دقت و صحت بيشتري نسبت به ساير روش ها جهت تعيين مدول تغيير شکل پذيري برخوردار ميباشند [١٣]. آزمايش ديلاتومتري در پروژه هاي سدسازي در ايران به عنوان يکي از آزمون هاي صحرايي بااهميت به منظور بررسي ساخت گاه ها و به دست آوردن پارامترهاي طراحي به کار گرفته شده است [١٥]. آزمايش ديلاتومتري جزء آگزمماانيه تحهات ييفشماريبقارشاردگرکفه ته دور تدغايخيرل شگکمل انه گ امناجنه ام درياثرشوفدشاکره وارددره آبن ه بتوددنه سنگ اطراف گمانه اندازه گيري ميشود. معمولاً در آزمايش ديلاتومتري که در سنگ انجام مي شود، تغيير قطر گمانه در سه جهت با زاويه ١٢٠ از يکديگر اندازه گيري ميشوند، البته در برخي موارد تغيير حجم گمانه در اثر فشار نيز ممکن است اندازه گيري شود. در اين آزمايش عليرغم اين که حجم نسبتاً کمي از توده سنگ تحت بارگذاري قرار ميگيرد، ممکن است شکل بارگذاري کاملاً منطبق بر بارگذاري واقعي نباشد، اما به هرحال وضعيت سنگ و ناپيوستگيهاي موجود در توده سنگ در اعماق زياد در هنگام آزمايش تحت تأثير بارگذاري قرار ميگيرد [٩]. در آزمايش ديلاتومتري بسته به ميزان ناپيوستگي در توده سنگي، براي محاسبه ي مدول تغيير شکل پذيري از روابط متفاوتي استفاده ميشود. در مورد توده سنگ هاي با درزه داري کم ، مدول تغيير شکل پذيري از رابطه زير محاسبه ميگردد [١٣]:
در رابطه فوق ، Ed مدول تغيير شکل نسبت پواسون توده سنگ ، افزايش فشار در بخش موردنظر قطر گمانه (mm) و ميانگين تغيير قطر گمانه (mm) است . چنانچه آزمايش در توده سنگي با درزه داري زياد انجام گيرد و مقدار Pi از دو برابر متوسط فشار زمين اطراف گمانه بيشتر شود، کليه ترکهاي شعاعي موجود باز خواهد شد و بنابراين رابطه زير جايگزين رابطه قبل ميگردد [٨]:
در رابطه فوق ،Pi فشار اعمالي متوسط فشار برجا متوسط افزايش قطر گمانه در اثر افزايش فشار از صفر به معرفي ميگردد.
٤- آزمون بارگذاري صفحه اي
اين آزمايش براي تعيين مدول تغيير شکل پذيري برجاي توده سنگ در تونل ها يا در ساير پروژه هاي مهندسي نظير سدها به کار ميرود و با عناوين ديگري مثل آزمايش جک تک محوره و آزمايش جک صفحه اي نيز شناخته ميشود. اين روش باکمي تغيير در سطح زمين نيز قابل اجرا مي - باشد. در اين روش بار توسط يک جفت جک تخت که ستون صلبي بين آن ها قرارگرفته به ديواره هاي سنگي تونل يا گالري واردشده و باعث تغيير شکل سنگ ميگردد (شکل ٣). تغيير شکل ناشي از اين بارگذاري در گمانه هايي که در پشت منطقه بارگذاري حفر ميشوند، اندازه گيري مي - گردد. با انجام يکسري عمليات بارگذاري و باربرداري، اطلاعات لازم براي محاسبه مدول تغيير شکل پذيري سنگ به دست ميآيد [٩].
شکل ٣: نحوه اجراي آزمايش بارگذاري صفحه اي در گالريهاي اکتشافي [4]
مدول تغيير شکل پذيري توده سنگ در آزمايش بارگذاري صفحه اي طبق رابطه زير محاسبه مي شود [١٤]:
در رابطه بالا، Em: مدول تغيير شکل پذيري توده سنگ (Gpa)، تنش ميانگين روي سطح بارگذاري جابجايي در جهت بار واردشده در زير صفحه بارگذاري (در عمق صفر)، Z: عمق جابجايي سنج (m) :V نسبت پواسون (٠,٣) و a: شعاع صفحه بارگذاري (m) ميباشد.
