پایان نامه استفاده از روشهای تجربی و عددی در تحلیل پایداری تونل انحراف آب سد چم گردلان

نام پروژه ::استفاده از روشهای تجربی و عددی در تحلیل پایداری تونل انحراف آب سد چم گردلان شهرستان ایلام

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته معدن
گرایش: مکانیک سنگ

فهرست مطالب

چکیده
فصل اول
کلیات
۱-۱- مقدمه    ۲
۱-۲- مروری بر مطالعات و تحقیقات انجام شده    ۲
۱-۳-  اهداف و روند کارهای انجام شده در تحقیق    ۷

فصل دوم
مطالعات زمین شناسی واکتشافات ژئوتکنیکی مسیر تونل انحراف آب

۲-۱- مقدمه    ۹
۲-۲- موقعیت و راههای دسترسی به محل سد    ۹
۲-۳-  هواشناسی و مشخصات حوضه آبریز سد چم گردلان    ۱۱
۲-۴- مطالعات زمینشناسی منطقه    ۱۱
۲-۴-۱-  زمینشناسی ناحیهای    ۱۱
۲-۴-۲- زمین ریخت شناسی    ۱۲
۲-۴-۳- سنگ چینهشناسی    ۱۳
۲-۴-۴- زمینشناسی ساختمانی    ۱۳
۲-۴-۵- هیدروژئولوژی    ۱۴
۲-۵- تونل انحراف آب سد چم گردلان    ۱۴
۲-۶- اکتشافات ژئوتکنیکی و تعیین پارامترهای ژئوتکنیکی    ۱۵

۲-۶-۱- ارزیابی شاخص کیفی تودهسنگ    ۱۵
۲-۶-۲- مطالعات هیدرولوژی    ۱۵
۲-۶-۲- الف- نفوذپذیری    ۱۵
۲-۶-۲- ب- سطح آب زیرزمینی    ۱۶
۲-۶-۳- برداشت درزه در مسیر تونل انحراف آب    ۱۶
۲-۷- تعیین خواص مهندسی سنگ    ۲۹
۲-۷-۱- آزمایشات آزمایشگاهی    ۳۰
۲-۷-۱- الف – تعیین دانسیته خشک و اشباع    ۳۰
۲-۷-۱- ج – آزمایش مقاومت کششی    ۳۲
۲-۷-۱- د – آزمایش مقاومت سه محوری    ۳۴
۲-۷-۱- ه – آزمایش برش مستقیم بر روی صفحات ضعیف    ۳۵
۲-۷-۲- آزمایشات برجا    ۳۵
۲-۷-۲-  الف – آزمایش بارگذاری صفحهای    ۳۶
۲-۷-۲- ب – مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات آزمایشگاهی و آزمایش بارگذاری صفحهای    ۴۲

فصل سوم
تحلیل پایداری بر اساس روشهای تجربی

۳-۱- مقدمه    ۴۵
۳-۲- طبقهبندی مهندسی سنگ    ۴۵
۳-۳- طبقهبندی ژئومکانیک      ۴۶
۳-۴- شاخص کیفی تونلزنی در سنگ ( )    ۴۸
۳-۴-۱- پیشنهاد نگهداری لازم برای تونل انحراف آب بااستفاده ازروش  :    ۵۲
۳-۴-۱- الف – بخش ورودی تونل انحراف    ۵۲

۳-۴-۱- ب – بخش شرقی – غربی تونل انحراف    ۵۳
۳-۴-۱- ج – بخش خروجی تونل انحراف    ۵۴
۳-۴-۲- برآورد جابجایی (تغییرشکل) با استفاده از روش  :    ۵۶
۳-۴-۳- جمعبندی نتایج حاصل از روش      ۵۷
۳-۵- روش      ۵۹

فصل چهارم
مدلسازی

۴-۱- مقدمه    ۶۲
۴-۲- مدلسازی عددی    ۶۳
۴-۲-۱- روش المان محدود    ۶۴
۴-۲-۲- روش تفاضل محدود    ۶۵
۴-۲-۳- روش المان مرزی    ۶۶
۴-۲-۴- روش المان مجزا    ۶۷
۴-۲-۵- روش هیبرید    ۶۸
۴-۳- کاربرد صحیح روشهای عددی در سازههای سنگی    ۶۹
۴-۴- نرمافزار UDEC    ۷۲
۴-۴-۱- ایجاد مدل    ۷۳
۴-۴-۲- خصوصیات و مدل مشخصه تودهسنگ    ۷۴
۴-۴-۳- خصوصیات و مدل مشخصه درزه    ۷۶
۴-۴-۴- شرایط مرزی و وضعیت تنشهای برجا    ۷۸

فصل پنجم
تحلیل پایداری و پیشنهاد سیستم نگهداری با استفاده از نرم افزار UDEC
۵-۱- مقدمه    ۸۱
۵-۲- وضعیت پایداری تونل انحراف    ۸۱
۵-۲-۱ –  مدل سازی عددی در حالت پیوسته معادل    ۸۱
۵-۲-۲   مدل سازی عددی در حالت ناپیوسته  واقعی    ۸۸
۵-۳- جمعبندی نتایج حاصل از نرمافزار UDEC    ۹۷
۵-۴- آنالیز حساسیت پارامترهای موثر در پایداری تونل    ۹۸
۵-۴-۱-  اثر مدول تغییرشکل پذیری    ۹۸
۵-۴-۲-  اثر زاویه اصطکاک داخلی    ۹۹
۵-۴ -۳-   اثر چسبندگی درزه ها بر روی پایداری مقطع تونل    ۱۰۱
۵-۵- جمعبندی نتایج حاصل از آنالیز حساسیت    ۱۰۱
۵-۶- نتیجهگیری    ۱۰۲
۵-۷- پیشنهادات    ۱۰۴
پیوست یک
منابع و مراجع :    ۱۱۹

فهرست اشکال

شکل ۲-۱-  نقشه دسترسی و موقعیت سد چم گردلان    ۱۰

شکل ۲-۲-  نقشه حوضه آبریز سد چم گردلان    ۱۱

شکل ۲-۳-  نقشه مقطع زمین شناسی مسیر تونل انحراف    ۱۴

شکل ۲-۴- کنتور دیاگرام درزههای برداشت شده در محدوده ورودی تونل انحراف    ۱۸

شکل ۲-۵- تصویر استریونت دسته درزههای موجود در ورودی تونل انحراف با شیب و جهت لایهبندی    ۱۸

شکل ۲-۶- کنتور دیاگرام درزههای برداشت شده در محدوده شرقی- غربی تونل انحراف    ۱۹

شکل ۲-۷- تصویر استریونت دسته درزههای موجود در مسیر شرقی –  غربی تونل انحراف با شیب و جهت لایهبندی    ۱۹

شکل ۲-۸- کنتور دیاگرام درزههای برداشت شده در محدوده خروجی تونل انحراف    ۲۰

شکل ۲-۹- تصویر استریونت دسته درزههای موجود در خروجی تونل انحراف با شیب و جهت لایهبندی    ۲۵

شکل ۲-۱۰- طبقهبندی مقاومتی برای سنگ بکر    ۳۳

شکل ۲-۱۱-  نحوه استقرار تجهیزات درآزمایش بارگذاری صفحهای    ۳۷

شکل ۴-۱-  طبقهبندی زمین ( ۱- زمین پیوسته، ۲- زمین ناپیوسته و ۳- زمین ظاهرا پیوسته )    ۶۳

شکل ۴-۲ – طرحهای مختلف مدلسازی تودهسنگ ( الف- تودهسنگ دارای شکستگی، ب- مدلسازی عددی بوسیله  یا  ، ج – مدلسازی عددی بوسیله   و د- مدلسازی

عددی بوسیله   )    ۶۶

شکل ۴-۳- کاربرد روش هیبرید در حفاری تونل ( استفاده از روش  برای نقاط نزدیک به محدوده حفاری و استفاده از روش  برای نقاط دور از محل حفاری )    ۶۹

شکل ۵-۱ مدل ایجاد شده درمحیط UDEC بعد از حفر تونل را نشان میدهد.    ۸۳

شکل ۵-۱  مدل ایجد شده پس از حفر تونل    ۸۴

شکل ۵-۲ – نگهداری اعمال شده برای تونل    ۸۶

شکل ۵-۳- مدل ناپیوسته ایجاد شده در نرم افزار Udec    ۸۹

شکل ۵-۴- بردارها جابجایی و بلوکهای جابجا شده در سقف و دیواره تونل بدون نصب نگهداری    ۸۹

شکل ۵-۵- جابجاییهای ایجاد شده در دیواره ها و سقف تونل پس از اعمال نگهداری راک بولت و بدون اجرای شاتکریت    ۹۰

شکل ۵-۶- بردارهای جابجایی ایجاد شده در دیواره ها و سقف تونل پس از اعمال نگهداری راک بولت و به همراه شاتکریت    ۹۱

شکل ۵-۷- بردارهای جابجایی ایجاد شده در دیواره ها و سقف تونل پس از اعمال نگهداری تنها با شاتکریت    ۹۱

شکل ۵-۸- نیروی محوری ایجاد شده در راک بولتها در حالت بدون اجرای  شاتکریت    ۹۲

شکل ۵-۹- نیروی محوری ایجاد شده در راک بولتها در حالت با اجرای  شاتکریت    ۹۲

شکل ۵-۱۰- لنگر خمشی ایجاد شده در شاتکریت در هنگام استفاده از دو سیستم نگهداری همزمان (راک بولت و شاتکریت)    ۹۳

شکل ۵-۱۱- نیروی برشی ایجاد شده در شاتکریت هنگام استفاده از دو سیستم نگهداری همزمان (راک بولت و شاتکریت)    ۹۴

شکل ۵-۱۲- لنگر خمشی ایجاد شده در شاتکریت در حالت نگهداری بدون راک بولت    ۹۴

شکل ۵-۱۳- نیروی برشی ایجاد شده در شاتکریت در حالت نگهداری بدون راک بولت    ۹۵

فهرست جداول و نمودار

جدول ۲-۱-  مشخصات دسته درزههای ورودی تونل انحراف آب    ۲۴

جدول ۲-۲- مشخصات دسته درزههای مسیر شرقی – غربی تونل انحراف آب    ۲۶

جدول ۲-۳- مشخصات دسته درزههای خروجی تونل انحراف    ۲۸

جدول ۲-۴- دانسیته خشک و اشباع  و تخلخل برای سنگهای موجود درمسیر تونل انحراف آب    ۳۱

جدول ۲-۶- نتایج حاصل از آزمایش مقاومت کششی    ۳۴

جدول ۲-۷- نتایج حاصل از آزمایش مقاومت فشاری سه محوری    ۳۴

جدول ۲-۸- نتایج آزمایش برش در سطوح مختلف    ۳۵

نمودار ۲-۱-  نمودار بارگذاری و باربرداری در آزمایش بارگذاری صفحهای    ۴۰

جدول ۲-۹-  مقادیر   برای بارگذاریهای مختلف در سنگهای آسماری پایینی    ۴۰

نمودار ۲-۲- نمودار بارگذاری بر حسب زمان در آزمایش بارگذاری صفحهای    ۴۱

نمودار ۲-۳- نمودار جابجایی بر حسب زمان در آزمایش بارگذاری صفحهای    ۴۱

جدول ۲-۱۰-  مقادیر   برای بارگذاریهای مختلف در سنگهای آسماری بالایی    ۴۲

جدول ۲-۱۱- مقادیر مدول یانگ برای تودهسنگ در مسیر تونل انحراف    ۴۳

جدول ۳-۱- مهمترین سیستمهای طبقهبندی سنگ    ۴۶

جدول ۳-۲- مقادیر   برای سنگهای آسماری بالایی و پایینی    ۴۸

جدول ۳-۳- روند شکلگیری و تکامل روش      ۴۹

جدول ۳-۴- محاسبه پارامترهای روش   برای قسمت ورودی تونل    ۵۳

جدول ۳-۵-  محاسبه پارامترهای روش   برای قسمت شرقی-غربی تونل    ۵۴

جدول ۳-۹- مقدار   برای قسمتهای مختلف تونل    ۶۰

جدول ۵-۱- مشخصات دادههای ورودی در مدل تونل انحراف    ۸۲

نمودار ۵-۱- تغییرات نیروی غیر۶۹تعادلی در طول حل مساله    ۸۳

جدول ۵-۲- مقادیر جابجایی محاسبه شده قبل و بعد از نگهداری برای نقاط مختلف در تونل    ۸۴

جدول ۵-۳- خصوصیات مقاومتی لایه شاتکریت مورد استفاده    ۸۵

جدول ۵-۴- خصوصیات پیچسنگهای دوغابی مورد استفاده    ۸۵

نمودار ۵-۲- جابجایی قائم برای چند نقطه در سقف تونل پس از نصب نگهداری    ۸۷

نمودار۵-۳- میزان جابجایی برشی پس از اعمال شاتکریت    ۸۸

نمودار۵-۴-  میزان جابجایی قائم پس از اعمال شاتکریت    ۸۸

جدول ۵-۵- نتایج حاصل از نرمافزار UDEC    ۹۸

نمودار ۵-۸ – نمودار مقادیر جابجایی بر حسب مدول تغییرشکل پذیری    ۹۹

نمودار ۵-۹- مقادیر جابجایی برحسب زاویه اصطکاک داخلی    ۱۰۰

نمودار ۵-۱۰- مقادیر جابجایی بر حسب مقادیر چسبندگی درزه    ۱۰۱

جدول ۱- امتیاز مربوط به مقاومت فشاری تک محوره در روش      ۱۰۷

جدول ۲- امتیاز وابسته به   در روش      ۱۰۷

جدول ۳- امتیاز مربوط به فاصله درزهها در روش      ۱۰۷

جدول ۴- امتیاز مربوط به چگونگی سطوح درزهها در روش      ۱۰۸

جدول ۵- امتیاز مربوط به وضعیت آبهای زیرزمینی در روش      ۱۰۸

جدول ۶- تاثیر هندسه درزهها و توجیه تونل بر امتیاز سنگ    ۱۰۹

جدول ۷- تصحیح امتیازات بر حسب نوع و توجیه سازه و نسبت به امتداد و شیب درزهها    ۱۰۹

جدول ۸-  امتیاز مربوط به پارامتر      ۱۱۰

جدول ۹- امتیاز مربوط به پارامتر      ۱۱۱

جدول ۱۰- امتیاز مربوط به پارامتر      ۱۱۲

جدول ۱۱- امتیاز مربوط به پارامتر      ۱۱۳

جدول ۱۲- امتیاز مربوط به پارامتر      ۱۱۴

جدول ۱۳-   برای سازههای مختلف    ۱۱۵

نمودار ۱- رابطه بین شاخص   و زمان پابرجایی تونل    ۱۱۶

نمودار ۲- نواحی مختلف تخمین سیستم نگهداری بر اساس مقدار      ۱۱۷

نمودار۳ – تخمین مقدار  از مشاهدات صحرایی    ۱۱۸