نشریۀ زمین شناسی مهندسی، جلد هشتم، شمارۀ 2 تابستان 3131 9312

بررسی اثر تزریق دوغاب بر مدول تغییر شکلپذیری توده سنگ با ارزیابی پارامترهای سیستم Q
)بررسی موردی پی سنگ سدهای بختیاری، بازفت و خرسان 2(

عباس ذوالفقاری*، عبدالله سهرابی بیدار، محمدرضا ملکی جوان، محمد هفتانی؛ دانشگاه تهران
تاريخ: دريافت 1/30/33 پذيرش 31/4/32 چكيده
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

امروزه تأثیر عملیات تزریق سیمان معمولاًمعمولا با نتایج آزمایشهای نفوذپذیری تأیید میشود که این روش برای نشان دادن میزان تغییرات ایجاد شده در خصوصیات مکانیکی توده سنگ کافی نیست. اگرچه محققان مختلف از آزمایشهای برجا برای ارزیابی بهبود خصوصیات مکانیکی توده سنگ استفاده کردهاند اما این آزمایشها هزینهبر و زمانبر و مستلزم مهارت کافی است. تزریق سیمان باعث کاهش نفوذپذیری، بهبود وضعیت درزهها و نهایتاًنهایتا افزایش امتیاز توده سنگ در سیستمهای ردهبندی مهندسی سنگ میشود. بنا بر این با اندازهگیری مقادیر شاخص کیفی توده سنگ )Q( در مغزههای به دست آمده از گمانههای تزریق شده، میتوان میزان کارایی و موفقیت آمیز بودن عملیات تزریق در بهبود خصوصیات مکانیکی توده سنگ را نشان داد. در این پژوهش برای اولین بار از روش نگاربرداری Q به عنوان روشی ساده برای ارزیابی تأثیر تزریق سیمان در بهبود مدول تغییرشکلپذیری توده سنگ استفاده شد. و نتایج حاصل از نگاربرداری Q در پانلهای تزریق آزمایشی ساختگاه سدهای بختیاری، بازفت و خرسان 2 بررسی شده است. مقادیر مدول تغییرشکلپذیری توده سنگ در شرایط قبل و بعد از تزریق با نگاربرداری Q محاسبه شده است. نتایج محاسبات حاکی از همخوانی خوب بین مقادیر مدول تغییرشکلپذیری محاسبه شده از روش نگاربرداری Q و حاصل از آزمایشهای برجاست. این همخوانی قابلیت و کارایی روش نگاربرداری Q برای ارزیابی تأثیر عملیات
9312
تزریق و اندازهگیری پارامترهای توده سنگ را تایید میکند. هم چنین نتایج نشان میدهد که توده سنگهایی با کیفیت بدتر، به میزان بیش تری نسبت به توده سنگهایی با کیفیت بهترتر بهبود یافته است.
واژههای کليدی: تزریق سیمان، نگاربرداری Q، مدول تغییرشکلپذیری، سد، کنترل کیفیت.
[email protected] نويسنده مسئول *
مقدمه
-518154514468

1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

یکی از مهم ترین اهداف تزریق تحکیمی در پی سازههای عظیم از قبیل سدهای بتنی ،افزایش خصوصیات مکانیکی توده سنگ است. تزریق سیمان روشی است که به وسیلۀ آن مخلوطی از آب و سیمان و یا تلفیقی از چند ماده مختلف )آمیزه تزریق( با فشار مناسب به داخل خلل و فرج و درزه و شکاف و یا حفرههای تشکیلات سنگی و خاکی رانده میشود تا موجب بهبود مشخصات فیزیکی و مکانیکی آن ها شود. در حقیقت این عمل باعث کاهش نفوذپذیری، افزایش سرعت انتشار امواج لرزه ای، مدول تغییرشکلپذیری، مقاومت و ظرفیت باربری محیط میشود ]2[. تأثیر عملیات تزریق سیمان معمولاًمعمولا با نتایج آزمایشهای نفوذپذیری تأیید میشود که این روش برای نشان دادن میزان تغییرات در خصوصیات مکانیکی محیط به صورت مقادیر کمی کافی نیست ]20[. روش های متداول و در دسترس به منظور بررسی میزان بهبود ویژگیهای مکانیکی در اثر تزریق دوغاب شامل آزمایشهای ژئوتکنیکی و ژئوفیزیکی برجاست ]33[. در سال های اخیر نیز برای ارزیابی میزان بهبود خصوصیات مکانیکی توده سنگ به سبب تزریق دوغاب از روش های ژئوتکنیکی و ژئوفیزیکی استفاده شده است. کیکوچی و همکاران ]20[ با آزمایشهای ژئوفیزیکی نظیر اندازهگیری دامنه امواج الکترومغناطیس و سرعت امواج الاستیک و آزمایشهای ژئوتکنیکی نظیر آزمایش دیلاتومتری ،بهبود کیفیت توده سنگ در اثر تزریق دوغاب را بررسی کردند و نشان دادند که در نتیجۀ تزریق سیمان سرعت انتشار امواج الاستیک و مدول تغییرشکلپذیری توده سنگ افزایش و تغییرات در دامنه امواج الکترومغناطیس کاهش یافته است. بومیناتن2 و گاندی1 ]32[ از آزمایشهای لرزه ای بررسی اثر تزریق دوغاب بر مدول تغییرشکلپذیری تودۀ سنگ با ارزیابی پارامترهای سیستم Q 9313 بین گمانهای و بارگذاری صفحهای برای اندازهگیری میزان بهبود در خصوصیات توده سنگ استفاده کردند و به این نتیجه رسیدند که تزریق سیمان سبب افزایش سرعت امـواج برشی به مقدار m/sec 410 و کاهش میزان تغییر شکل در آزمایش بارگذاری صفحهای تحت بار ثابت به مقدار mm2/3 شده است. یانگ3 و لی2 ]21[ برای اندازهگیری میزان بهبود در کیفیت توده سنگ از نتایج سرعت امواج صوتی استفاده کردند و نشان دادند که در اثر تزریق سیمان سرعت امواج صوت به مقدار 7/5 درصد افزایش داشته است. کینگیان1 و وانگ4 ]24[ از روش مقاومت ویژۀ چند الکترودی برای ارزیابی تزریق سیمان در ساختگاه سد دی یه5 استفاده کردند و کارایی این روش برای ارزیابی عملیات تزریق را به اثبات رساندند.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

اگرچه محققان مختلف از آزمایشهای ژئوفیزیکی و ژئوتکنیکی برای ارزیابی بهبود خصوصیات مکانیکی توده سنگ استفاده کردهاند، اما انجام این آزمایشها پرهزینه و زمانبر و مستلزم مهارت کافی است. از همین رو ،هدف این مقاله پیشنهاد روشی ساده برای ارزیابی میزان بهبود خصوصیات مکانیکی توده سنگ با صرف حداقل هزینه و زمان است. بدین منظور به بیان نحوۀ کاربرد روش نگاربرداری Q برای ارزیابی میزان بهبود مدول تغییرشکلپذیری توده سنگ به سبب تزریق دوغاب سیمانی می پردازیم و نتایج حاصل از نگاربرداری Q در پانل های تزریق آزمایشی ساختگاه سدهای بختیاری، بازفت و خرسان 2 ارائه شده است.
مشخصات سدهای بررسی شده
-365752007108

پژوهش حاضر در پانلهای تزریق آزمایشی ساختگاه سدهای بختیاری، بازفت و خرسان 2 متمرکز شده است. این سدها در جنوب غرب ایران و در حوضۀ آب ریز کارون و دز قرار دارند و از نوع بتنی دوقوسی است که به ترتیب با ارتفاع 125، 233 و 240 متر در مرحلۀ طراحی به منظور تولید انرژی برق آبی است. سد بختیاری بر روی سنگ آهک سیلیسی و سنگ آهک مارنی همراه نودولهای از سنگ آهک سیلیکاته با نوارهای چرت متعلق به واحدهای دوم و سوم سازند سروک )2Sv1 ،Sv( قرار دارد ]5[. سنگ بستر ساختگاه سد بازفت شامل سنگ آهکهای سازند آسماری و سنگهای آهک مارنی سازند جهرم )Ja( است. سازند جهرم جناح راست، بستر رودخانه و بخش پایینی تکیه گاه چپ و سازند آسماری )As( بخش میانی و
3.Yang 2. Li 1. Qingyun 4. Wang 5. DaYe
9319
بالایی تکیه گاه چپ را تشکیل می دهد ]1[. سد خرسان 2 نیز بر روی سنگ آهک مربوط به سازند آسماری قرار دارد ]4[. خصوصیات سنگ بکر این ساختگاهها در جدول 3 آورده شده است.
جدول 3. خصوصيات سنگ بكر ساختگاه سدهای بررسی شده
861441-50136

ساختگاه واحد سنگیدانسيتۀ )1(gr/cmتخلخل(%))UCS )MPaخشک اشباع خشک اشباع بختياری ]5[ 12SvSv 6564//22 6665//22 4231//30 333334 30111
1111//6216 5763//761 1 /556 22//6251 22//5351 ASJa ]1[ بازفت
852297179912

خرسان 9 ]1[AS 51/2 53/2 71/1 3/333 54/11
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

در بررسی های ساختگاه سد به منظور ارزیابی میزان تزریقپذیری توده سنگ، پانلهای تزریق آزمایشی انجام شده است. این پژوهش نتایج حاصل از پانلهای تزریق آزمایشی ساختگاه سدهای بختیاری )پانلهای 3GL و 2GR(، بازفت )پانلهایGSR و GSL( و خرسان 2 )پانل GR( را بررسی کرده است. در ساختگاه سد بختیاری در اولین فاز تزریق آزمایشی پانل تزریق مثلثی شکل با اضلاع به طول 2 متر و با گمانههای تزریق در رئوس این مثلث )گمانههای 3TG2 ،TG و 1TG در پانل 3GL و گمانههای 3T2G2 ،T2G و 1T2G در پانل 2GR( در نظر گرفته شده است. فاز اولیۀ پانل تزریق با حفر گمانۀ کنترلی در مرکز مثلث اولیۀ تزریق )گمانه CH-TG-A در پانل 3GL و گمانه CH-T2G-A در پانل 2GR(، کنترل شده است. دومین فاز تزریق آزمایشی )گمانههای سری دوم( شامل حفاری و تزریق دو گمانه با فاصلههای یک متر از گمانه 3TG و 3T2G مشابه روش نیم فاصله )گمانه-های 4TG و 5TG در پانل 3GL و گمانههای 4T2G و 5T2G در پانل 2GR( است. این فاز نیز با گمانۀ کنترلی حفاری شده در مرکز مثلث کوچک تر )گمانه CH-TG-B در پانل 3GL و گمانه CH-T2G-B در پانل 2GR( کنترل شده است. گمانههای پانل تزریق آزمایشی 3GL بهصورت زاویهدار و با زاویۀ انحراف 35 درجه نسبت به قائم و تا عمق 60 متر حفاری شده است. 35 متر بالایی در این گمانهها از سنگهای واحد 1Sv تشکیل شده و در بالای سطح ایستابی قرار دارد. 45 متر باقی مانده شامل سنگهای واحد 2Sv است و در زیر بررسی اثر تزریق دوغاب بر مدول تغییرشکلپذیری تودۀ سنگ با ارزیابی پارامترهای سیستم Q 9311 سطح ایستابی قرار دارد. گمانههای پانل تزریق آزمایشی 2GR در واحد 1Sv و در بالای سطح ایستابی قرار دارد و به صورت قائم و تا عمق 300 متر حفاری شدهاند )شکل3 A و B(. در ساختگاه سدهای بازفت و خرسان 2 نیز برای عملیات تزریق آزمایشی پانل تزریق مثلثی شکل با اضلاع به طول 1 متر و با گمانههای تزریق با عمق 10 متر و با زاویۀ قائم در رئوس این مثلث )گمانههای 3GSL2 ،GSL و 1GSL در پانل تزریق GSL و گمانه های 3GSR، 2GSR و 1GSR در پانل تزریقGSR و گمانههای 3GR2 ،GR و 1GR در پانل تزریق GR( در نظر گرفته شده است. در ساختگاه سد بازفت، گمانههای پانل تزریق GSL در سازند جهرم و گمانههای پانل تزریق GSR در سازند آسماری حفاری شدهاند. گمانههای پانل تزریق GR در ساختگاه سد خرسان 2 از سنگهای سازند آسماری عبور کرده است.
پانلهای تزریق آزمایشی این دو ساختگاه در بالای سطح ایستابی و در حالت خشک هستند.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

کارایی این پانلها با حفر گمانه کنترلی در مرکز مثلث تزریق )گمانه CHL در پانل GSL و گمانهCHR در پانل GSR و گمانه CH در پانل GR(، کنترل شده است. در این پژوهش اولین گمانۀ پانل تزریق به عنوان گمانه قبل از تزریق توده سنگ و گمانۀ کنترلی به عنوان گمانۀ بعد از تزریق توده سنگ مد نظر هستند )شکل3 E ،D ،C(.

شكل 3. آرايش گمانهها در پانلهای تزريق آزمايشی ساختگاه سدهای بختياری، بازفت و خرسان 9
9311
نگاربرداری Q
بارتون3 و همکارانش در سال 3374 میلادی سیستم ردهبندی Q را به منظور انتخاب ترکیبمناسبی از شاتکریت و میل مهاری برای به سازی توده سنگ ارائه کردند که مقدار آن طبق اینرابطه محاسبه می شود:
RQD JrJw
Q

Jn  Ja SRF

)3(
به طوری که RQD درصدی از مغزههای سالم با طول بیش تر از 30 سانتی متر در ناحیۀ بررسی شده، Jn امتیاز دسته درزهها در همان ناحیه ،Jr امتیاز زبری دسته درزه ،Ja امتیاز میزان دگرسانی یا پرشدگی رسی دسته درزه ،Jw امتیاز جریان آب و اثرات فشار آب که ممکن است باعث شستشوی پرشدگی ناپیوستگیها شود و SRF امتیاز نسبت مقاومت به تنش در سنگ یک پارچه، تورم یا لهیدگی را شامل میشوند ]1[.
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

در سال 2002 شاخص کیفی اصلاح شده )Qc( با هدف هم بستگی بیش تر بین Q و پارامترهای مهندسی معرفی گردید ]7[.
RQD JrJw c
234312049249

Q

Jn  Ja SRF100 )2(
مقاومت تراکم تک محوره سنگ بکر )σc( هم بستگی خوبی با مدول الاستیک و تخلخل دارد و این دو پارامتر به طور مستقیم روی سرعت انتشار امواج لرزهای اثرگذار هستند. این مسئله منجر به هم بستگی بیش تر Qc با پارامترهای مهندسی نظیر سرعت انتشار امواج و مدول تغییرشکلپذیری توده سنگ می شود.
-1242051753811

روش نگاربرداری Q که برای تعیین کیفیت توده سنگ در طول گمانه طراحی شده بیش تر در زمینۀ تخمین خصوصیات مکانیکی و مقاومتی توده سنگ به منظور انتخاب ترکیب مناسب نگه دارندهها کاربرد داشته است ]7[، ]30[. در این پژوهش تلاش شده تا با استفاده از این روش به اندازهگیری میزان بهبود مدول تغییرشکلپذیری توده سنگ به سبب تزریق دوغاب پرداخته شود. در روش نگاربرداری Q با استفاده از جدول ها نشان داده شده در شکل 2 به بررسی مغزههای حاصل از حفاری پرداخته میشود. در این شکل برای هر پارامتر جدولی در نظر گرفته شده است که ستونهای آن دارای امتیازی مشخص و نشان گر ردههای مختلف است.
3. Barton
نشریۀ زمین شناسی مهندسی، جلد هشتم، شمارۀ 2 تابستان 3131 9315 هر ردیف از این جدول ها، فراوانی به دست آمده از بررسی یک جعبۀ نمونهگیری شده را نشانمیدهد. به طوری که در ردیف اول، نتیجۀ بررسی اولین جعبه و در ردیف دوم نتیجۀ بررسیدومین جعبه و به همین ترتیب تا آخرین جعبه ادامه مییابد. طبیعی است که تعداد سطرهایاین جداول وابسته به طول گمانه حفاری شده خواهد بود. بعد از تکمیل جداول اشاره شده ،فراوانیهای هر ستون با هم جمع و فراوانی هر رده برای کل گمانه به دست میآید. در صورت تغییرات شدید شرایط زمین شناسی نظیر لیتولوژی، میتوان نگاربرداری Q را به تفکیک شرایط مورد نظر به انجام رساند.
در بررسی مغزه ها، برای تعیین امتیاز پارامترهای Jn ،SRF ،Jr ،Ja ،RQD و Jw از جدول های ردهبندی Q استفاده میشود. چهار پارامتر اول به روش مرسوم اندازهگیری میشوند.
-715003983699



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید