بررسی رفتار درزه های سنگی در آزمایشگاه در مسائل مختلف مهندسی سنگ نظیر تحلیل های پایداری شیب و فضاهای زیر زمینی بسیار با اهمیت است. اگر چه کارهای بسیاری در زمینه رفتار نرمال و برشی درزه ها انجام و گزارش شده است، اما تأثیر بیش-تحکیمی و به طور کلی مسیر بارگذاری نرمال پیش از برش بر رفتار برشی در مطالعات منتشر شده قبلی به ندرت ملاحظه می­شود. رفتار بیش-تحکیمی درزه های غیر صفحه ای زمانی اتفاق می­افتد که توالی رسوبگذاری-تحکیم-فرسایش/حفاری رخ دهد. در این مطالعه به منظور بررسی تأثیر بیش-تحکیمی، درزه های مدل پلاستری از سطوح شاخص درزه های طبیعی تهیه شد. در این حالت زبری سطح و سایر خصوصیات هندسی در طول آزمایش برش مستقیم ثابت باقی ماند. مشاهده شد که مقاومت برشی در محدوده نسبتاً وسیعی از مقادیر زبری، مقاومت فشاری دیواره درزه و تنش نرمال بطور قابل ملاحظه ای با افزایش نسبت بیش-تحکیمی افزایش یافت. براساس نتایج بدست آمده از آزمایش­ها و بر پایه معیار بارتن برای درزه های سنگی، مدل جدیدی ارائه شد که قادر به در نظر گرفتن تأثیر مسیرهای مختلف بار گذاری قائم پیش از برش (شامل بیش-تحکیمی) بر رفتار برشی است. در همین راستا پارامتر جدید بیش-بستاری درزه (joc) به عنوان نسبت بستار درزه در حالت بیش-بسته شده به بستار درزه در حالت عادی-بسته شده پیشنهاد شد. واژه های کلیدی: مدلسازی فیزیکی، درزه مدل پلاستری، آزمایش برش مستقیم، بیش-تحکیمی، معیار بارتن، joc.

رویارویی با درزه و شکاف ها، گسل ها، شکستگی ها و در مجموع صفحات ناپیوستگی، از موارد اجتناب ناپذیر در بهره برداری از معادن سنگ ساختمانی بوده و افزایش میزان تراکم آنها تاثیر عمده ای در بازدهی عملیات استخراج دارد، به گونه ای که اگر برنامه ریزی صحیح جهت شناخت این صفحات ناپیوستگی صورت نپذیرد میزان ضایعات افزایش یافته و حتی ممکن است باعث غیر اقتصادی شدن عملیات بهره برداری شود. بلوک های قابل فروش سنگ های ساختمانی بلوک هایی هستند که علاوه بر داشتن کیفیت مناسب، به لحاظ ابعادی نیز وضعیت مناسبی داشته باشند. بسیاری از باطله ها و ضایعات در هنگام بهره برداری از معادن سنگ ساختمانی به دلیل وجود سطوح گسست طبیعی موجود در این توده های سنگی حاصل می شود و در بسیاری موارد، علیرغم مناسب بودن سایر موارد، معدن نمی تواند بازدهی مناسب را جهت استخراج داشته باشد. عدم توجه کافی به مرحله اکتشاف سنگ های ساختمانی و مطالعه ی شکستگی ها در این مرحله سبب می شود که مقادیر زیادی از این سنگ ها به صورت باطله درآیند که این امر علاوه بر کاهش درآمدهای معدن، هم موجب وارد آمدن خسارت به منافع ملی شده و هم مشکلات زیست محیطی به همراه دارد. در گذشته تحقیقاتی در خصوص بلوک های با ابعاد مناسب و بلوک های قابل عرضه به بازار (بلوک هایی که به لحاظ کیفیتی و ابعادی استاندارد باشند) صورت پذیرفته است، اما در آن تاثیر شکستگی های منظم و محدودی مورد بررسی قرار گرفته و علاوه بر آن جهت پیشروی استخراج نیز در نظر گرفته نشده است. با توجه به اینکه شکستگی های موجود، اغلب دارای پراکندگی نامنظم می باشند و جهت پیشروی سینه کار هم نسبت به پراکندگی این شکستگی ها می تواند تاثیر زیادی در کاهش و یا افزایش ضایعات داشته باشد، لذا مطالعه و بررسی وضعیت این سطوح گسست، قبل از شروع عملیات استخراج به منظور برنامه ریزی جهت دستیابی به حداکثر کوپ دهی و داشتن کمترین میزان ضایعات، امری ضروری به نظر می رسد، بنابراین انجام این تحقیق پیشنهاد می گردد. در این پروژه سعی می شود که بتوان مشخصات هندسی شکستگی ها را مدل نموده و با محاسبه ی حجم بلوک های قابل عرضه به بازار، میزان ضایعات را بر اساس تغییر جهت پیشروی سینه ی کار کاهش داده و یک حجم مناسب از بلوک های موجود را استخراج نمود. برای این منظور ابتدا به شناسائی سیستماتیک بلوک های سنگی چندوجهی با حضور درزه ها و شکستگی های تصادفی و دلخواه پرداخته شده و سپس حجم بلوک های محصور بین صفحات ناپیوستگی و مقایسه ی آن با بلوک های قابل عرضه به بازار و محاسبه ی میزان ضایعات ارائه می شود. به طور کلی هدف از انجام این پروژه، ارائه یک راهکار اساسی جهت کاهش میزان ضایعات بر اساس میزان و جهت صفحات ناپیوستگی و جهت پیشروی سینه ی کار است.

در این پایان نامه با هدف رفع کاستی های مطالعات و تحقیقات قبلی و در راستای شناخت چگونگی انتشار امواج و بررسی میرایی موج حاصل از انفجار در محیط های پیوسته و ناپیوسته، با استفاده از پیشرفته ترین روش های عددی، تحلیل های گسترده ای در زمینه بررسی تأثیر پارامترهای ژئومکانیکی محیط پیوسته بر میرایی موج حاصل از انفجار و هم چنین بررسی تأثیر پارامترهای هندسی و مقاومتی ناپیوستگی های توده سنگ بر معیارهای ارزیابی پیش بینی میزان خسارت ناشی از لرزش زمین (مانند حداکثر سرعت ذره ای) انجام گرفته است.

استفاده از روش های بهسازی بیولوژیکی برای تولید سیمان کلسیتی، روشی نوین را جهت بهسازی زمین برای مهندسین ژئوتکنیک فراهم آورده است. این روش می تواند باعث ایجاد انقلابی در روش های بهسازی زمین برای جلوگیری از خرابی های ناشی از روانی شدگی خاک گردد. در این روش ها از میکروارگانیسم های غیر بیماری زایی که به طور طبیعی در محیط خاکی یافت می شوند، استفاده می شود تا موجب سیمانی شدن ذرات خاک، به خصوص در محل تماس آن ها با یکدیگر شده و باعث افزایش مقاومت آن گردد. پتانسیل قابل توجهی در این روش ها برای کاهش نگرانی های زیست محیطی موجود در سایر روش های بهسازی وجود دارد و در آینده ای نه چندان دور، این روش ها شاید بتوانند جای روش های سنتی را بگیرند. در این تحقیق، نتایج حاصل از یک مطالعه آزمایشگاهی جهت بررسی فاکتورهای مهمی که سیمانی شدگی بیولوژیکی را تحت تأثیر قرار می دهند، ارائه شده است. به منظور تعیین شرایط بهینه برای رسوب کربنات کلسیم، ابتدا آزمایش هایی با استفاده از روش های طراحی آزمایش، در فاز محلولی انجام گرفت. در این آزمایش ها عوامل ph، دما، غلظت اوره و کلرید کلسیم در محلول واکنشگر و درصد حجمی باکتری های اضافه شده به عنوان متغیرهای آزمایش در نظر گرفته شد. نتایج حاصل از آزمایش ها با استفاده از نرم افزارهای تخصصی آماری مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و شرایط بهینه برای رسوب سیمان کلسیتی به ترتیب دمای 25 درجه سلسیوس، ph محدوده 7 تا 9، غلظت 5/0 مو لار محلول اوره و کلرید کلسیم و درصد حجمی باکتری های افزوده شده برابر با 9% به دست آمد. بهسازی بیولوژیکی خاک تحت شرایط بهینه ، با استفاده از باکتری های مصرف کننده اوره به نام sporosarcina pasteurii انجام گرفت. خاک مورد استفاده در این تحقیق نوعی ماسه بادی غیر چسبنده با دانه بندی یکنواخت می باشد. جهت انجام آزمایش تزریق، خاک مورد نظر داخل قالب هایی از جنس pvc به صورت خشک تا چگالی ماکزیمم برابر با gr/cm36/1 متراکم شد و سپس سوسپانسیون حاوی باکتری به نمونه ها تزریق گردید. به منظور تثبیت باکتری ها در داخل ستون ها و جلوگیری از شسته شدن آن ها طی فرایند بهسازی، تزریق محلول واکنشگر پس از مدت زمان 24 ساعت شروع گردید و تزریق نمونه ها تحت فشار ثابت و به صورت پیوسته به مدت 5 ساعت انجام شد. پس از اتمام مراحل تزریق، نمونه ها به مدت 24 ساعت در داخل اون در دمای 70 درجه سلسیوس خشک شدند تا به گیرش اولیه خود رسیده و بتوان سالم از قالب خارج کرد. جهت بررسی میزان افزایش مقاومت و کاهش نفوذپذیری در نمونه های بهسازی شده، آزمایش های مقاومت فشاری تک محوره و سه محوره، آزمایش سرعت موج ضربه ای و آزمایش نفوذپذیری در زمان های عمل آوری 3 روز، 7روز، 14 روز و 28 روز انجام شدند. بیشترین مقدار مقاومت فشاری تک محوره برابر با 650 کیلو پاسکال و مقادیر چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی به ترتیب برابر با 100 کیلو پاسکال و 41 درجه به دست آمد. نفوذپذیری نمونه ها نیز 10 مرتبه کاهش پیدا کرد.

از آنجا که درزه و ترک ها باعث کاهش بارپذیری توده ی سنگ درزه دار شده و همچنین خطر ناشی از نفوذ آب به درون ساختگاه ها و مناطق مسکونی همیشه موجب نگرانی مهندسان و دست اندرکاران برای کاهش میزان خسارات بوده است، لذا محققان همواره به دنبال روش هایی برای بهسازی و آب بند کردن ساختگاه پروژه ها بوده اند. یکی از روش هایی که برای نیل به این هدف مورد استفاده قرار می گیرد روش تزریق دوغاب به درون درزه و ترک های سنگ است. به علت پیچیدگی فرآیند انجام تزریق و نبود روابط فرم بسته ی کافی برای اجرای آن، معمولاً مهندسان تزریق به استفاده از روش های تجربی روی می آورند و تلاش می کنند که عملیات تزریق را با استفاده از روش سعی و خطا بهینه کنند. اما مشکلی که در این میان خودنمایی می کند، بالا رفتن میزان هزینه ها و زمان انجام عملیات تزریق است که تأثیر بسزایی در هزینه ی کل پروژه دارد. با این تفاسیر عدم وجود روشی مناسب برای مدل سازی و پیش بینی دقیق میزان نفوذ و گسترش تزریق درون سنگ توده ای برای محاسبه ی سایر پارامتر های وابسته به عملیات تزریق مثل عمق و فاصله داری چال ها احساس می شود. در این پایان نامه سعی شده است که روش جدیدی بر مبنای یک الگوریتم صریح توسعه داده شود که بتواند گسترش تزریق را به صورت عددی مدل سازی نماید. به همین منظور اقدام به توسعه یک نرم افزار جدید به نام groutiut2d شد که می تواند با استفاده از روش شبکه ی شکستگی های مجزا و دریافت پارامتر های هندسی درزه های محل و همچنین پارامتر های رفتاری دوغاب تزریق و حداکثر زمان مورد نظر، میزان گسترش سطح تزریق را محاسبه و با یک واسطه ی گرافیکی نمایش دهد. معیار مورد استفاده در این مطالعه مساحت سطح پخش شوندگی تزریق است که برنامه با استفاده از یک الگوریتم تعیین مساحت حول چال تزریق، پس از روند اجرا و انجام محاسبات آن را به همراه پارامتر های اولیه نمایش می دهد. در این برنامه امکان تزریق با دو نوع مدل رفتاری بینگهام و توانی (مدل رفتاری نیوتونی با هر دو نوع مدل مذکور قابل مدل سازی است) در شبکه ی شکستگی های مجزایی با ابعاد و سطح سیال پر کننده ی منافذ دلخواه با فرآیند سخت شوندگی قابل تغییر، وجود دارد و همچنین می تواند پیکربندی های مختلفی از چال تزریق را با موقعیت، زاویه نسبت به سطح افق و عمق دلخواه در مدل کند.در این مطالعه آنالیز حساسیت نسبت به پارامتر های رفتاری مختلف و قابل کنترل توسط مهندس عملیات تزریق برای چهار حالت تزریق با مدل های رفتاری بینگهام و توانی و در محیط های خشک و اشباع از آب زیرزمینی به تعداد حدوداً 400 نمونه در شبکه ی شکستگی های حاصل از پارامتر های هندسی درز های پی ساختگاه سد رودبار لرستان انجام شد. سپس یک مدل پیش بینی با استفاده از نتایج حاصل از مدل سازی با توسعه یک شبکه ی عصبی مصنوعی ارائه شد. تعیین بهینه ی پارامتر ها پیش از شروع تزریق از نظر صرفه جویی در هزینه و زمان بسیار مورد توجه می باشد. بنابراین با توجه به نتایج مدل پیش بینی به طور کلی افزایش فشار تا میزان فشار بحرانی، افزایش زمان عملیات تزریق تا زمان بحرانی، افزایش چگالی و اندیس رفتاری جریان وهمچنین کاهش گرانروی و تنش تسلیم، باعث افزایش مساحت سطح پخش شوندگی دوغاب تزریق در توده ی سنگ درزه دار می شود.

گسترش حمل و نقل در شهرهای بزرگ و همچنین عواملی مانند کمبود فضای شهری و وجود موانع طبیعی، ساخت تونل های جدیدی را ایجاب می کند، در این صورت با توجه به نحوه ی حفر تونل، ایجاد تونل های جدید در کنار و در تقاطع با تونل قبلی، امری اجتناب ناپذیر خواهد بود؛ بنابراین عکس العمل و تحلیل پایداری بین تونل های جدید و تونل های قبلی یکی از مهم ترین موضوعاتی است که در هنگام ایجاد تونل های جدید به آن پرداخته می شود به طوری که تونل قبلی باید قابلیت و کارایی خودش را حفظ نماید. مسیر آزادراه تهران شمال از منطقه غرب تهران و در محل تقاطع با شهید همت شروع و در امتداد مسیر خود، کوهستان البرز را با تونلی به طول تقریبی 6400 متر (از کیلومتر 800+47 الی 200+54) قطع می نماید. تونل های بزرگ البرز به صورت دوقلو از بزرگ ترین سازه های در دست احداث آزادراه تهران ـ شمال می باشند که از شمال گچسر شروع و تا پل زنگوله در جاده کرج ـ چالوس ادامه می یابند. تونل های البرز شامل دو تونل اصلی (رفت و برگشت) و یک تونل اکتشافی (بین دو تونل اصلی) است. عرض تونل اصلی البرز 04/12 متر و ارتفاع آن 07/9 متر می باشد. تونل های اصلی البرز توسط تونل هایی تحت عنوان دستک های تهویه که به صورت شیب دار در فواصل تقریبی 600 متر به تونل اکتشافی که فی مابین تونل های اصلی حفر گردیده است متصل می گردد. عرض دستک های تهویه 2/5 متر و ارتفاع آن ها 33/5 متر می باشد. به خاطر حفر تونل اکتشافی و تونل اصلی موازی در کنار آن و سپس حفر تونل دسترسی در بین آن ها شرایط نسبتاً پیچیده از قبیل تغییرات تنش، جابجایی و... به وجود می آید. هدف اصلی از انجام این تحقیق بررسی عددی تأثیرات حفاری تونل های دسترسی شیب دار بر پایداری تونل های اصلی می باشد. با توجه به وضعیت توده سنگ موجود در محل حفر تونل و فاصله داری کم درزه ها ناحیه ی در نظر گرفته شده به صورت یک محیط پیوسته مدل سازی گردید. جهت انجام این کار از نرم افزار flac 3d استفاده شد و ابعاد مناسب مش بندی و ابعاد بلوک با توجه به مدل های ساخته شده تعیین گردید. پارامتر های ورودی با توجه به اطلاعات موجود تعیین و به مدل اعمال شد. مراحل حفر تونل ها و نصب سیستم نگهداری به این ترتیب می باشد که ابتدا در مدل های ایجاد شده تونل اکتشافی حفر و نگهداری و سپس به مدل اجازه ی تعادل داده شده است، سپس تونل اصلی نیز حفر و نگهداری گردیده و مجدداً به مدل اجازه ی تعادل داده شده است، در نهایت تونل های دسترسی شیب دار حفر شدند تا تاثیر حفاری آنها بر تونل اصلی بررسی شود. به این ترتیب اطلاعات به دست آمده از مدل سازی نشان داد که تأثیر حفر تونل شیب دار تا 5/1 برابر عرض تونل شیب دار از دیواره تقاطع ادامه می یابد و بیشترین تأثیرات واکنشی در سیستم نگهداری تونل اصلی ناشی از حفاری تونل شیب دار، به ترتیب در دیواره چپ، دیواره راست و سقف تونل اتفاق می افتد. همچنین، جهت حفاری تونل شیب دار تأثیر کمی بر نیروها و گشتاورهای القایی ناشی از حفر تونل شیب دار خواهد داشت ولی در هر صورت، حفر تونل شیب دار از سمت تونل اکتشافی به سمت تونل اصلی باعث افزایش در نیروی محوری و گشتاور محیطی خواهد شد. همچنین در این پژوهش، عمق تونل به عنوان مهم ترین عامل در پایداری تقاطع تعیین شد، به طوری که با افزایش عمق پایداری تقاطع به شدت تهدید می شود. در نهایت با توجه به تحلیل های صورت گرفته، به دلیل تمرکز تنش بالا در محل تقاطع تونل شیب دار با تونل اصلی سیستم نگهداری جدیدی پیشنهاد شد.

تونل های بزرگ البرز به صورت دوقلو و با طول تقریبی 6450 متر از بزرگ ترین سازه های در دست احداث آزاد راه تهران ـ شمال می باشند، که در فاصله 100 کیلومتری شمال شهر تهران واقع شده است. منطقه ای که تونل البرز در آن حفاری می گردد، از نقطه نظر توپوگرافی بسیار ناهموار است. این تونل ها شامل دو تونل اصلی و یک تونل اکتشافی است. عرض تونل اصلی البرز 04/12 متر و ارتفاع آن 9/8 متر می باشد. تونل های اصلی توسط تونل های دوربرگردان و به فواصل تقریبی 600 متر به یکدیگر متصل می گردند. عرض این دستک های ترافیکی 2/6 متر و ارتفاع آن ها 5 متر می باشد. در نزدیکی محل تقاطع، دهانه تونل اصلی تعریض می شود. عرض تعریض شدگی 4/16 متر و ارتفاع آن 10 متر می باشد. تعداد کل دستک های ترافیکی در تونل البرز 10 دستگاه می باشد. این تحقیق با هدف بررسی تأثیر حفاری 3 مورد از این دستک ها که هر کدام در سازند ها و شرایط زمین شناسی متفاوت قرار دارد بر پایداری تونل های اصلی با استفاده از نرم افزار flac 3d انجام گرفته است. منطقه اول در فاصله 600 متر از دهانه شمالی و در سازند شمشک واقع شده است. عمق روباره منطقه تقاطع 230 متر می باشد. این منطقه از نظر جابجایی ها و سیستم نگهداری (شاتکریت با ضخامت 25 سانتی متر و سیستم بولت گذاری)، در وضعیت پایداری قرار دارد. منطقه دوم در فاصله 3000 متر از دهانه شمالی و در بین سازند شمشک و سازند درود واقع شده است. عمق روباره این منطقه تقاطع 850 متر می باشد. جایجایی نهایی سقف تونل اصلی 6/63 میلی متر است که در معیار ساکورایی ناپایدار و از نظر هوک پایدار است. استفاده از سیستم نگهداری شامل شاتکریت با ضخامت 30 سانتی متر، قاب فولادی با فاصله 5/0 متر و سیستم بولت گذاری، پایداری تقاطع این منطقه را تامین می کند. منطقه سوم در فاصله 5850 متری از دهانه شمالی و در سازند کرج واقع شده است. عمق روباره منطقه تقاطع 323 متر می باشد. منطقه سوم نیز از نظر وضعیت جابجایی ها و سیستم نگهداری (شاتکریت با ضخامت 25 سانتی متر و سیستم بولت گذاری)، در وضعیت پایداری قرار می گیرد. با حفر تونل دوربرگردان در هر سه منطقه، جابجایی ها و پایداری سیستم نگهداری تونل اصلی نسبت به منطقه تعریض شده کمتر تحت تأثیر قرار میگیرد و حفر تعریض شدگی تأثیر بیشتری در پایداری تونل اصلی دارد.

ایجاد شکست کششی بر روی دیواره چاه و یا نوک شکستگی اولیه موجود و گسترش آن در سنگ، که در نتیجه فشار حاصل از سیال بر روی دیواره قسمتی از چاه و یا شکستگی صورت می?گیرد، را شکافت هیدرولیکی می?گویند. این روش یکی از تکنیک?های تحریک چاه? بوده که برای مخازنی با نفوذپذیری کم تا متوسط که اگر با روش اسیدی تحریک شوند، نرخ تولید اقتصادی را فراهم نمی?کنند، مناسب است. به دلیل اهمیت مکانیزم شروع و گسترش شکست هیدرولیکی در بهبود استخراج نفت و گاز از داخل چاه حفاری، در سال های اخیر تلاش های بسیاری برای مدلسازی این فرآیند صورت گرفته است. در این بین فهم بهتر فرآیند ایجاد و یا گسترش ترک در مدل هندسی با شکل نزدیک به واقعیت که در روشهای بکار رفته قبلی انجام نشده است، هدف انجام این تحقیق میباشد. از اینرو در این مطالعه، ابتدا با استفاده از نرم افزار المان مجزای pfc3d در مدلی با مقیاس آزمایشگاهی و با استفاده از داده های اطلاعاتی مخزن نفت اهواز - بنگستان، فرآیند مربوط به امکان شروع شکستگی و تاثیر پارامتر میدانی رژیم تنش برجا، بر روی عملکرد این فرآیند بررسی شده است. سپس این پدیده در اندازه نمونه بلوکی و با استفاده از نرم افزار المان مجزای سه بعدی 3dec، با استفاده از تکنیک درزه های ساختگی مدلسازی شده و مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تأثیر پارامترهای عملیاتی فرآیند شکست هیدرولیکی از قبیل گرانروی و نرخ تزریق سیال و نیز اثر رژیم تنش برجا، بر روی عملکرد این فرآیند مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از مدلسازی بوسیله ی نرم افزار pfc3d نشان می دهد که شکستگی حاصل در راستای تنش بیشینه ی افقی برجای منطقه گسترش می یابد. علاوه بر این، تحلیل حساسیت صورت گرفته با استفاده از نرم افزار 3dec نشان می دهد که با افزایش گرانروی سیال تزریقی سرعت گسترش شکاف هیدرولیکی کاهش، میزان بازشدگی درزه ها افزایش و تمرکز فشار اطراف چاه و رشد شکستگی در جهت تنش کمینه ی برجا افزون می گردد. از سوی دیگر افزایش نرخ تزریق سیال تزریقی باعث افزایش سرعت گسترش شکست هیدرولیکی، افزایش فشار سیال تزریق و افزایش جابجایی های القایی ناشی از فشار سیال، بر روی دیواره ی چاه می گردد. تحلیل حساسیت مربوط به نسبت تنش های برجای افقی نیز بیانگر این موضوع است که با افزایش نسبت تنش بیشینه ی افقی به تنش کمینه ی افقی، فشار در جهت تنش بیشینه افزایش و در راستای دیگر شدیداً کاهش می یابد. در مورد میزان جابجایی های به وجود آمده نیز بدون در نظر گرفتن حالت تنش افقی یکسان، مقادیر جابجایی ها در جهت تنش کمینه ی افقی افزایش و در جهت تنش بیشینه ی افقی،کاهش می یابد. در حالت حاکم بودن شرایط تنش برجای افقی یکسان، فشار و جابجایی بدست آمده برای نقاط پایش در هر چهار جهت بسیار بیشتر از دیگر حالات تنش می باشد و رشد شکستگی در هر چهار جهت تقریباً متقارن می باشد.

یک محیط سنگی همواره شامل ناپیوستگیهای متعددی می باشد که بلوک های زیادیرا درآن محیط تشکیل داده است.روش شبکه درزه های مجزا این امکان را فراهم می آورد که مدل هندسی نزدیک به واقعیت تری نسبت مدل های بدون درزه و یا با شبکه درزه های منظم ساخته شود. از طرف دیگر روش عددی المان مجزا امکان اندازه گیری جابجاییهای کلی توده سنگ و همچنین بین بلوک های موجود را نیز فراهم می آورد. این گونه جابجایی ها در پی یک سد می تواند عامل به وجود آمدن نشستهای نامتقارنی در قسمت های مختلف پی باشد و پایداری سد را تحت تاثیر قرار دهد. چنین نشست هایی در صورت وجود فشار آب منفذی در یک طرف سد افزایش می یابد. به گونه ای که فشار آب منفذی عاملی برای برخاستن بلوک ها در یک طرف سد وعامل تهدید کننده مهمی برای پایداری سد می باشد. علاوه بر این بار های دینامیکی تاثیراتی بر روی محیط های ناپیوسته دارد که با مدل سازی پیوسته نمی توان آنها را بررسی نمود. نیرو های دینامیکی از جمله زمین لرزه نیز باعث نوسان بلوک ها شده که این امر عامل مهمی در ناپایداری سازه مورد نظر می باشد.تاکنون تحقیقات مدون و نظام مندی راجع به تاثیرات فوق الذکر بر روی پایداری پی سدها بروش عددی تلفیقی شبکه درزه های مجزا- روش المان مجزا انجام نگرفته و گزارش نشده است که هدف تحقیق حاضر می باشد. در این تحقیق با استفاده از اطلاعات حاصل از برداشت در منطقه پی سد رودبار لرستان به مدل سازی عددی و بررسی نتایج پرداخته می شود.مدل ساخته شده شامل ترکیبی از محیط ناپیوسته و معادل پیوسته می باشد. به منظور حذف اثر تولید کتره ای تعداد زیادی شبکه ناپیوسته تولید و مدل سازی شده است. کلیه مراحل ذکر شده هم برای محیط خشک و هم برای محیط اشباع و همچنین تحت بار دینامیکیبا استفاده از زلزله مبنای طرح (design basis earthquake)انجام شده است. نتایج به دست آمده عدم هماهنگی محیط پیوسته و ناپیوسته را در محاسبه نشست ها که در بعضی قسمت ها تا 10 سانتیمتر بوده را نشان می دهد. همچنین نامتقارنی در نشست های پی، ناشی از فشار آب منفذی که در اثر بالا زدن بلوک های تشکیل دهنده پی در قسمت بالا دست می باشد، نشان داده شده است. نتایج مدل سازی در حالت دینامیکی نیز بیشترین نوسان را برای قسمت های حیاتی منطبق بر هسته پی در هر دو حالت خشک و اشباع حد اکثر باندازه 4.7 سانتیمتر نشان می دهد.

دشت اردبیل با داشتن سطح بالغ بر یکصد هزار هکتار اراضی مستعد، سالانه به حدود یک میلیارد متر مکعب آب مطمئن جهت کشاورزی نیازمند می باشد. از این رو اهمیت استفاده از سد و سیل بند جهت بازگرداندن میزان سطح آبی به تراز اولیه موقع برداشت در این دشت آشکار است.. ساختگاه منطقه پیرتقی بر روی زون بازالتی توف دار قرار گرفته است. در این تحقیق با هدف بررسی تاثیر احداث سازه با عرضهای مختلف و شرایط گوناگون آبگیری سد بر روی مقادیر جابجایی و نشست بستر سد با استفاده از نرم افزار انجام گرفته است.

مقرون به صرفه ترین روش برای حفاری تونل در توده سنگ های سخت و مقاوم، در حالتی که مقاومت فشاری تک محوری بیش از mpa 200 باشد، روش چال زنی و آتشباری می باشد. مهمترین نگرانی در این روش شکست ناخواسته القایی به وسیله انفجار در خارج محیط تونل می باشد. برای کاهش این شکست، عموماً روش های آتشباری کنترل شده مانند آتشباری آرام به کار می روند. علی رغم استفاده از این روش ها، به دلیل اثرات نامطلوب انفجار مانند افزایش هزینه های نگهداری، نرخ پیشرفت کم تونل، مسائل پایداری پیش بینی نشده، جریان آب وکاهش عمر تونل، هنوز هم از روش های اندازه گیری میزان شکست ناشی از انفجار، استفاده می شود. هدف از انجام این پایان نامه، شناخت و بررسی تاثیر پارامترهای انفجار بر شکست دینامیکی در توده سنگ اطراف تونل می باشد و در راستای نیل به این هدف دو الگوی آتشباری (معمولی و کنترل شده) طراحی و شکست القایی در اثر این االگوها مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق از نرم افزار udec جهت مدل سازی استفاده شده است. برای این منظور دو الگوی آتشباری(معمولی و کنترل شده) طراحی شده و چال های محیطی این الگوها، با استفاده از اعمال بار دینامیکی در محل چال ها شبیه سازی شده اند. نتایج حاصل از تحلیل های انجام شده نشان می دهد که استفاده از مواد منفجره قوی و با چگالی و سرعت بالا در طراحی الگوی انفجاری چال های محیطی باعث ایجاد شکست و تنش القایی بیشتر در اطراف تونل می شود به طوری که تنش های القایی در اثر انفجار معمولی بیشتر تحت تأثیر موج ضربه و در مورد آتشباری آرام متأثر از تنش های القایی ناشی از توزیع مجدد تنش است. همچنین تغییرات مربوط به ماکزیمم سرعت ذره ای در توده سنگ اطراف تونل و کرنش های اعمالی و شدت و میزان بازشدگی درزه ها پس از انفجار نیز مورد مطالعه قرار گرفته است.

در سواحل جنوبی ایران با توجه به نوع مصالح در دسترس، احداث موج شکن های توده سنگی نسبت به سایر موج شکن ها متداول تر است. در احداث موج شکن های توده سنگی، بهره گیری از امکانات محلی و دسترسی به مصالح مناسب و باصرفه اقتصادی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. همچنین نگهداری این مصالح بایستی کم هزینه باشد و تأمین ایمنی و پایداری لازم را در عمر مفید خود ارائه دهد. استفاده از آهک های لوماشل اغلب به عنوان منابع قرضه در ساخت موج شکن ها، با توجه به فقر مناطق ساحلی کشور از نظر مصالح سنگی مرغوب، می تواند از جنبه اقتصادی بسیار حائز اهمیت باشد. اما، سنگ های لوماشل اغلب خواص فیزیکی و مکانیکی ضعیفی دارند و عموماً برای کاربرد در لایه حفاظ موج شکن ها، فاقد صلاحیت شمرده شده و با در نظر گرفتن پارامترهای اقتصادی، حمل سنگ مقاوم از فواصل دروتر مقرون به صرفه نخواهد بود. لذا با توجه به محدودیت های بیان شده، بهسازی مقاومتی و دوام داری سنگ های لوماشل، در صورتی که پارامترهای اقتصادی را توجیه کند، می تواند دسته ای از آن ها را که دارای خواص ضعیفی هستند در شرایطی قرار دهد که قابل استفاده باشند. در تحقیق حاضر، در قالب یک عملیات صحرایی از مصالح سنگی معدن هُلُر درگهان واقع در شمال شرقی جزیره قشم، نمونه برداری سنگ لوماشل صورت گرفت. نمونه ها به چهار دسته تقسیم شدند. دسته ای با آب آهک و دسته ای با رزین اپوکسی و دسته ای دیگر به وسیله دوغاب بیولوژیکی استحکام بخشی شدند. دسته ای نیز بدون استعمال استحکام بخش بر روی آن ها، جهت انجام آزمون های شاهد در خلال کاربرد، بررسی و مقایسه سه ماده استحکام بخش مذکور، نگه داشته شد. سپس، با انجام آزمایش های مهندسی سنجش دوام بر روی نمونه های اخذ شده، ویژگی های این مصالح مشتمل بر ویژگی های فیزیکی، مقاومتی، دوام داری شیمیایی و مکانیکی آن ها تعیین گردید. نتایج تحقیق نشان می دهد آب آهک، به علت داشتن مقدار زیاد آب، سبب تخریب بافت سنگ شده و باعث کاهش 5/8 درصدی خصوصیات مکانیکی سنگ نسبت به حالت اولیه شده است. استحکام بخشی با دوغاب بیولوژیکی، سبب کاهش جذب آب سنگ شد و 7 درصد بهبود کیفیت در سنگ ایجاد نموده است. رزین اپوکسی، نسبت به دو استحکام بخش دیگر مناسب تر است و تا 17 درصد خصوصیات سنگ را بهبود می بخشد. اما به علت داشتن خواص فیزیکوشیمیایی غیر یکسان با سنگ و عمق نفوذ کم، یک استحکام بخش سطحی محسوب شده و بایستی به صورت دوره ای بر روی سطح تجدید شود.

استفاده از روش های بهسازی بیولوژیکی برای تولید سیمان کلسیتی، روشی نوین را جهت بهسازی زمین برای مهندسین ژئوتکنیک فراهم آورده است.در این روش ها از میکروارگانیسم های غیر بیماری زایی که به طور طبیعی در محیط خاکی یافت می شوند، استفاده می شود تا موجب تولید سیمان طبیعی در بین دانه های خاک گردد. پتانسیل قابل توجهی در این روش ها برای کاهش نگرانی های زیست محیطی وجود دارد و در آینده ای نه چندان دور، این روش ها شاید بتوانند جای روش های سنتی را بگیرند. در این تحقیق،سعی شده از روش بهسازی بیولوژیکی در جهت تثبیت شن های روان و مبارزه با ریز گردها استفاده گردد. بهسازی بیولوژیکی خاک تحت شرایط بهینه ، با استفاده از باکتری های مصرف کننده اوره به نام sporosarcina pasteurii انجام گرفت. ایجاد سیمان کلسیتی توسط محققان قبلی به اثبات رسیده است لذا در مقیاس کاربردی جهت بهسازی زمین موادی را مورد مطالعه قرار داده که توانایی دربرگرفتن مواد را در بین ساختار مولکولی یا لایه ای خود دارا باشند و بتوانند در یک بازه زمانی مناسب آنرا رها کنند.در این تحقیق از بنتونیت به دلیل شرایط ویژه اش استفاده شده است. جهت تعیین میزان نفوذ ماده بهساز و عمق بهسازی توسط این ماده قالبی از جنس pvc با ارتفاع 1 متر با ماسه به صورت خشک تا چگالی gr/cm36/1 متراکم شد و مورد بهسازی قرار گرفت. با توجه به شرایط تل های ماسه ای، مواد بهساز در بین لایه های کانی های سیلیکاته قرار داده شد تا با توجه به حجم آبگیری بالاو قابلیت تبادل یونی و رها سازی بسیار کند مواد بین لایه ای، بتوان رها سازی ماده بهساز را در طی زمان به صورت یک سیکل خودکار بکار گرفت. برای کنترل میزان کارکرد روش از تست هایی نظیر نفوذ استاندارد استفاده شده است.درآزمایش نفوذ استاندارد برای بررسی کیفی مقاومت سطحی از نفوذ سمبه 250 گرمی در دو حالت تر و خشک استفاده کردیم.این آزمایش نشان داد در اثر بهسازی ماسه با مواد بهساز نفوذ سمبه 250گرمی در هر دو حالت بسیار کاهش و حتی به صفر رسیده است. جهت اثبات عدم دخالت بنتونیت در بهم چسباندن دانه های ماسه آزمایش نفوذپذیری بر روی نمونه های بهسازی شده از جنس ماسه ریخته گری t40 صورت گرفت.نتایج آزمایشات انجام گرفته بین دو نمونه بهسازی شده با بنتونیت و نمونه بهسازی شده بدون بنتونیت اختلاف چندانی را در مقادیر نفوذپذیری نشان نداده و لذا بر عدم دخالت بنتونیت در بهم چسباندن دانه های خاک صحه می گذارد.

با گسترش ساخت وسازهای شهری، چالش های جدیدی برای گود برداری و پایدارسازی در گود برداری های عمیق مطرح شده اند. یکی از عوامل موثر در طراحی ایمن و اقتصادی سازه های نگهبان،پدیده قوس شدگی خاک است. با در نظر گرفتن این پدیده می توان هزینه های ساخت سازه ی نگهبان راکاهش داد. درگام اول به منظور بررسی پارامترهای موثر در قوس شدگی خاک در سازه های نگهبان مرکب از شمع های فولادی از نوع و مهارهای فولادی، از نرم افزار جهت مدلسازی عددی سه بعدی استفاده شده است. برای مقایسه بهتر نتایج، شرایط بارگذاری خارجی و مشخصات فنی المان های سازه ای یکسان فرض شده است. برای تعیین محدوده پارامترهای موثر در خاک های ریزدانه(cl-ml) تا درشت دانه (sc-sm) ، از مشخصات خاک ایستگاه های تا خط 2 قطار شهری مشهد، با مدل رفتاری خاک سخت شونده (hs) استفاده شد. مدلسازی با فاصله افقی و قائم 2 متر آغاز شده و تا فاصله ی 4 متر افزایش یافت. سپس به ارتباط بین ضریب ایمنی و قوس شدگی پرداخته شد. به منظور ارائه یک مدل پیش بینی، 5 پارامتر زاویه اصطکاک داخلی خاک، چسبندگی، وزن مخصوص خاک، فاصله بین میل مهارها و مدول الاستیک باتوجه مطالعات انجام شده انتخاب شد وبه جز پارامتر اخیر بقیه پارامترها برای استفاده در آنالیز رگرسیون چندگانه و مدلسازی توسط شبکه عصبی مصنوعی مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان داد که بهترین مدل رگرسیونی که می توان ارائه داد، همبستگی بین مقادیر اندازه گیری شده و پیش بینی شده برابر94% است. همچنین ضریب همبستگی 99% بدست آمده از شبکه عصبی نشان داد که شبکه ی عصبی ابزار قدرتمندتری در شناخت روابط بین متغیرها و پیش بینی ضریب ایمنی است.

طبیعت و توزیع عوارض ساختاری در داخل توده سنگ رفتار توده سنگ را در مقابل بارگذاری های استاتیکی و دینامیکی تحت تأثیر قرار می دهد. به علت تأثیر مستقیم مسئله ی دینامیک در پایداری سازه های ساخته ی دست بشر، تحلیل دینامیکی و بررسی تأثیر انتشار امواج در پروژه های معدنی و عمرانی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. حرکت قطارهای شهری و تأثیر آن بر سازه های مجاور، مسئله ی انفجار در صنایع نظامی و بررسی شدت و میرایی امواج انفجار، مطالعه ی تأثیر زلزله بر روی تولید در مخازن نفتی و گازی، بررسی امواج زلزله در توده سنگ و اثرات آن روی خواص مختلف توده سنگ، همگی از کاربردهای پدیده ی انتشار امواج می باشند. عبور امواج زلزله از یک ناحیه ی خاص تأثیر بسزایی بر خواص هیدرولیکی توده سنگ در آن منطقه می گذارد. یکی از مهم ترین پارامترهای هیدرولیکی توده سنگ، نفوذپذیری می باشد. اهمیت این پارامتر در مقوله ی آب های زیرزمینی، مخازن نفتی و گازی، پایداری شیب های سنگی، پی سدها، فضاهای زیرزمینی، دفن زباله های هسته ای و در کل چگونگی و نحوه ی انتقال هر نوع سیال در داخل توده سنگ بیشتر نمود پیدا می کند. مدل سازی ها در این پژوهش به صورت ناپیوسته و با استفاده از نرم افزار udec انجام شده است. در ابتدا 8 مدل با ابعاد 20×20 متر و با 8 مدل شبکه ی درزه ی مختلف (dfn) ساخته شده است و تمامی تحلیل ها بر روی این مدل ها انجام گرفته است. کلیه ی مدل-سازی های جریان سیال در این پایان نامه را می توان در 3 گروه مختلف قرار داد. این 3 گروه عبارت اند از: گروه1) در این گروه پس از ساخت هندسه ی مدل، مدل ها بدون طی کردن سیکل مکانیکی وارد مرحله ی شبیه سازی جریان سیال می شوند. لازم به ذکر است که میزان بازشدگی درزه ها در این گروه ثابت و برابر با 6-10×65 متر در نظر گرفته شده است. گروه2) در این گروه پس از ساخت هندسه ی مدل ها، آن ها را تحت شرایط مرزی هیدرواستاتیک به تعادل استاتیکی رسانده و در مرحله ی بعد مدل ها وارد شبیه سازی جریان سیال می شوند. گروه3) در این گروه مدل ها بعد از قرارگیری تحت بارگذاری دینامیکی و تجربه کردن زلزله ی مورد نظر، وارد مرحله ی شبیه سازی جریان سیال می شوند. در مرحله ی مدل سازی دینامیکی، با در نظر گرفتن مدل رفتاری بارتن- باندیس برای درزه ها، مدل های مذکور تحت تنش دینامیکی زلزله ی پارک فیلد قرار گرفتند. در این مرحله کلیه ی ملاحظات مربوط به تحلیل دینامیکی اعم از بار ورودی، شرایط اولیه و مرزی، میرایی و عبور موج از میان توده سنگ مورد نظر به دقت مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این، در این مرحله فرکانس طبیعی محیط مورد نظر نیز محاسبه شده است. در مرحله ی مدل سازی جریان سیال نیز مدل-ها تحت شرایط مرزی هیدرولیکی قرارگرفته و جریان سیال از آن ها عبور داده شد. لازم به ذکر است که در این مرحله سیال به صورت نیوتنی و تراکم ناپذیر در نظر گرفته شده است. نتایج حاصله حاکی از آن است که عبور امواج زلزله از داخل محیط مورد نظر، باعث بروز دو مسئله می شود. مسئله ی اول این است که عبور امواج زلزله، بازشدگی را در ترک های منطقه افزایش می دهد و مسئله ی دوم نیز به این صورت نمود پیدا می کند که عبور امواج زلزله باعث جابجایی پی درپی بلوک ها و تا حدود اندکی باعث تغییر در نحوه ی قرارگیری آن ها نسبت به حالت قبل از عبور موج شده است. هر دو مسئله در نهایت باعث افزایش نفوذپذیری در منطقه ی مورد مطالعه شده اند. البته لازم به ذکر است که امواج زلزله در ناهمسان گردی هیدرولیکی منطقه نیز تأثیر گذاشته و باعث افزایش ناهمسان گردی در خصوصیات هیدرولیکی منطقه ی مورد مطالعه شده است. این مسائل مشخص می کنند که علیرغم انتظار، امواج زلزله در اعماق نیز می توانند موثر باشند و طبق نتایج به-دست آمده از این تحقیق، نفوذپذیری توده سنگ را افزایش داده اند. افزایش نفوذپذیری تبعاتی را در پی دارد که مهم ترین آن افزایش ورود آب به داخل تونل ها و فضاهای زیرزمینی است که مستقیماً در پایداری آن فضا تأثیر می گذارد.

احداث تونل در زمین های سست از گذشته تا حال، از چالش های علم مهندسی بوده است. سعی و خطاهای انجام گرفته در طول تاریخ اطلاعات ارزشمندی در اختیار اهل این فن قرار داده است. به طور کلی پایدارسازی موقت و گذر از نواحی حادثه خیز و مشکل ساز هدف اصلی در طراحی و اجرای سازه ها در شرایط غیر خودایستا زمین است. تونل کوهرنگ 3 در ناحیه گسل زرآب، نمونه ای بارز از محک زدن توانایی های مهندسی و تکنولوژی موجود بوده است. سست و گسله بودن زمین در کنار وجود روباره زیاد و قرار گیری تونل زیر سطح تراز آب های زیرزمینی، وضعیتی ایجاد کرده است که لزوم انجام تحقیقات و مطالعات پیش از اجرا، شدیدا احساس می شود. در این پایان نامه، سعی شده است با کمک پیشرفت های حاصل شده در علوم کامپیوتر و به کار گیری به روز ترین نرم افزارها، روش انجماد مصنوعی زمین که نسبتا جدید و کمتر شناخته شده است در ناحیه گسل زرآب مدل سازی شود و کارایی آن مورد بررسی قرار گیرد. شبیه سازی شرایط زمین یخ زده نیاز به شناخت از خاک و سنگ یخ زده و تغییرات زمین در طی انجماد دارد. امکانات آزمایشگاهی خوبی در بعضی کشورهای پیشرفته برای نمونه گیری و استخراج خصوصیات ژئومکانیکی وجود دارد. با کمک اطلاعات بدست آمده در آزمایشگاه ، زمین سست و به شدت ناپایدار منطقه در مدل عددی شبیه سازی شد وحفاری گام به گام در آن صورت گرفت. با توجه به روباره زیاد ، بهسازی زمین با استفاده از انجماد در اطراف تونل به تنهایی کارآمد نبوده و ایمنی را تضمین نمی کند. با ترکیب قاب فولادی و تحکیم زمین قبل از حفر با روش گفته شده، در نهایت به حالتی خاص از مدل می توان رسید که در آن ابتدا اطراف پروفیل تونل لوله های انجماد قرار داده شده و پس از خنک سازی و رسیدن به دمای تعیین شده، حفر تونل در گام مشخص آغاز می شود. متغیرهای بسیاری در شبیه سازی شرایط زمین ومصالح به کار گرفته شده وجود دارد که درک تاثیر توامان آنها نیازمند آنالیز حساسیت و انتخاب مقادیر بهینه از میان آنهاست. متغییر هایی همچون: دمای انجماد، مقاومت قاب فولادی، طول لوله های انجماد و گام حفاری و نگه داری و ترتیب حفر و نگهداری که در اصول استخراج می گنجد مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته اند. حالت نهایی که به عنوان نتیجه این تحلیل از آن یاد می شود، پیشنهاد می کند، در راستای کاهش هزینه های اجرا و سرعت بخشیدن به پیش روی، از انجماد در دمای 5- درجه سانتی گراد استفاده شود، همچنین طول لوله های انجماد 12 متر بوده و حفاری و نگهداری در گام های 1 متر از ابتدا تا انتهای متراژ 11 متر اجرا شود. مشخصات قاب فولادی مورد استفاده نیز ضمیمه شده است.

تخمین نفوذپذیری محیط و مدلسازی جریان سیال درون زمین از ملزومات اصلی مطالعات ژئوتکنیکی ، مطالعات مخازن نفتی، سدسازی و محیط زیست می باشد. در بسیاری سازندهای زمین شناسی بویژه در مناطقی که ماتریکس سنگ نفوذناپذیر می باشد، سیستم اصلی انتقال جریان سیال شبکه ی پیوسته ای از شکستگی های مجزا می باشد. در این میان شبکه شکستگی ها نیز از ساختارهای پیچیده ای برخوردار بوده و ساخت مدل های معین و کلی برای آنها امکان پذیر نیست، مطالعات تئوری و نتایج تجربی نشان داده است مدل های سه بعدی شبکه شکستگی مجزا که به صورت تصادفی تولید می شوند نتایج نزدیک به واقعیت تری نسبت به سایر مدل ها بویژه در مطالعات انتقال جریان بوسیله شبکه ی شکستگی ارائه می کنند. از این رو، تولید مدل سه بعدی شبکه شکستگی های درون زمین، نخستین گام در کلیه مطالعات مدلسازی جریان درون سنگ ها می باشد. بر این اساس، در این مطالعه که با هدف مدلسازی سه بعدی هیدرومکانیکی تخمین نفوذپذیری مخزن در سیستم شکستگی ها در محدوده زون پارس جنوبی صورت پذیرفت، در گام نخست، مدل سه بعدی شبکه شکستگی های درون سنگ مخزن تولید شد. به کمک داده های صحرایی تفسیر شده و با استفاده از کدکامپیوتری fraciutمدل سه بعدی شبکه شکستگی ها بدست آمد. کد مذکور با استفاده از الگوریتم مونت کارلو و بر اساس توزیع آماری پارامتر های هندسی دسته درزه ها، مدل های دو بعدی و سه بعدی شبکه شکستگی ها را تولید می نماید. پس از تولید مدل شبکه شکستگی ها، تاثیر تنش های درون زمین بر شبکه شکستگی ها مورد تحلیل هیدرومکانیکی قرار گرفت. کد کامپیوتری sfluiut جهت تحلیل هیدرومکانیکی وضعیت شکستگی ها توسعه داده شد. کد مذکور بوسیله مدلسازی شرایط مکانیکی وضعیت شکستگی های درون زمین، وضعیت شبکه شکستگی پس از اعمال تنش، معین نمود. پس از تولید مدل وضعیت شبکه شکستگی پس از اعمال تنش، وضعیت جریان درون شکستگی ها مورد مدلسازی سه بعدی قرار گرفت. در این راستا از کدکامپیوتری fluiutکه بر اساس مدل شبکه لوله ای جریان، توسعه داده شده است استفاده شد. پس از مدلسازی جریان، مولفه های تنسور نفوذپذیری مخزن در فضای سه بعدی تعیین گردید. نفوذپذیری در حالت دو بعدی با سه بعدی نیز مقایسه شد که نتایج نشان می دهد که نفوذپذیری در حالت سه بعدی بیشتر از حالت دو بعدی است که این هم به دلیل بزرگتر بودن چگالی در حالت سه بعدی است.

در فرآیند لیچینگ، عنصر باارزش توسط یک محلول شستشودهنده از فاز جامد به فاز مایع منتقل می شود. هیپ لیچینگ یکی از رایج ترین روش های لیچینگ در مقیاس بزرگ می باشد. عملکرد ایمن یک فرآیند لیچینگ تا حدود زیادی وابسته به پایداری سازه هیپ آن می باشد. بدون تردید آن چه در مقیاس بزرگ (ماکرو) هیپ رخ می دهد، به طور مستقیم یا غیر مستقیم متأثر از فرآیندهای حادث در مقیاس کوچک (میکرو) است. از طرفی پیش بینی وضعیت هیپ های معدنی پس از لیچینگ کمک شایانی به بهبود طراحی و مدیریت ساختار کلی هیپ می کند. هدف اصلی این تحقیق، شناخت رفتار مکانیکی هیپ های معدنی قبل و بعد از بهره برداری می باشد. در این راستا فرآیند توامان شیمیایی-هیدرو-مکانیکی موثر در محل هیپ 4 معدن مس سرچشمه به روش آزمایشگاهی و عددی مدلسازی گردید. نتایج آزمون های آزمایشگاهی انجام گرفته روی خاک هیپ قبل و بعد از لیچینگ شبیه سازی شبیه شده حاکی از کاهش وزن مخصوص دانه های خاک و ابعاد دانه های خاک می باشد. این در حالی است که نحوه توزیع دانه بندی خاک تغییر چندانی نداشته است. از طرفی نتایج آزمون های برش مستقیم انجام گرفته روی نمونه های لیچ شده کاهش 4/6 درجه ای زاویه اصطکاک خاک را نشان می دهد. پس از انجام آزمون های آزمایشگاهی نحوه انباشته شدن و لیچینگ مواد معدنی در هیپ و تاثیر آن ها بر روی پایداری هیپ به کمک نرم افزار pfc 2d در محیط دو بعدی شبیه سازی شد. در شیب های بالا با افزایش لایه ها و بالا رفتن سطح تنش در لایه های میانی، احتمال ناپایداری افزایش می یابد. در ارتفاع 4/5 متر که ارتفاع لایه های فعلی هیپ 4 معدن مس سرچشمه می باشند، تنها در شیب بستر 14 درصد لایه های دوم و سوم با کاهش زاویه قرار گیری قابل توجهی همراه هستند. مقایسه وضعیت لایه دوم و سوم هیپ در ارتفاع 6/5 متر و با شیب بستر 8 درصد نشان دهنده کاهش زاویه قرار گیری از حدود 1:2/5 به 1:3/5می باشد. در شیب بستر 14 درصد و ارتفاع 6/5 متر لایه دوم بحرانی تلقی می شود. در شیب بستر 14 درصد و ارتفاع 10 متر پس از اتمام لیچینگ 4 لایه، لغزش در لایه دوم پدیده غالب است. به نظر می رسد لیچینگ در مقیاس کوچک و در لایه های با ارتفاع کم تاثیر بسیار مخربی بر روی پایداری هیپ ندارد. بدیهی است با افزایش ارتفاع و تعداد لایه ها و افزایش شیب بستر هیپ، تامین پایداری آن یک مسئله بحرانی خواهد بود.

پیش بینی آسیب خستگی ساختارهایی که تحت بارگذاری متغیرند کار دشواری است. شکست خستگی به صورت ناگهانی اتفاق می افتد و هیچ گونه هشداری در حین فرایند خستگی نمیدهد بنابراین بررسی آسیب خستگی قطعه ای که تحت بارگذاری متناوب قرار دارد امری است مهم. در این تحقیق روش تنش – عمر به منظور بررسی اثر فرکانس بارگذاری روی عمر خستگی نمونه های مرمر سبز تحت بارگذاری کاملا معکوس شونده بوسیله دستگاه جدید طراحی شده بر اساس ماشین آزمون خستگی چرخان که عمدتا در فلزات استفاده میشود، به کار گرفته شد.نتایج نشان دادند که عمر خستگی نمونه های مرمر سبز وابسته به فرکانس بوده و با افزایش آن زیاد میشود. همچنین اثر فرکانس بارگذاری روی حد خستگی نمونه ها نیز بررسی گردید که نتایج مشخص نمود فرکانس بارگذاری تاثیری در حد خستگی سنگ ها ندارد. کاربرد روش های آسیب مجتمع منحنی، خطی و دو خطی نیز بررسی شد و برای هر روش فرمولی پیشنهاد شدکه صحت آن با آزمایشات متعدد کنترل گردید.

گسترش روزافزون انواع پروژه های مرتبط با مهندسی سنگ نیازمند شناخت بهتری از خصوصیات دگرشکلی و مقاومتی توده سنگ هاست. در میان روش های متعدد مستقیم و غیرمستقیم تعیین پارامترهای مکانیکی توده سنگ، روش شبکه شکستگی مجزا- المان مجزا (dfn-dem) به دلیل در نظر گرفتن واقعیت سیستم شکستگی ها و روش حل مبتنی بر اندرکنش سنگ بکر و شکستگی ها از برتری نسبی برخوردار است. مطالعات گسترده ای که تاکنون بصورت دو بعدی صورت گرفته است، در مقایسه با روش های سه بعدی اغلب سبب بروز فراتخمین در اندازه گیری این پارامترها می شود. در این مطالعه از یک روش اصولی عددی برای بدست آوردن پارامترهای الاستیک معادل و مقاومت توده سنگ های درزه دار در سه بعد با شبکه شکستگی های تصادفی و نامنظم استفاده شده است. بدین منظور آرایش های متفاوتی از شبکه شکستگی مجزا به روش شبیه سازی مونت کارلو و بر مبنای پارامترهای هندسی حاصل از برداشت، تولید شده و تنسور عکس سختی و نماینده حجم معادل(rev) برای پارامترهای دگرشکل پذیری و مقاومتی برای توده سنگ در حالت سه بعدی تعیین شده است. نتایج حاصل از مدلسازی عددی سه بعدی بیانگر ناهمسانگردی در پارامترهای دگرشکل پذیری توده سنگ در راستاهای مختلف است. مقدار مدول دگرشکل پذیری معادل توده سنگ در راستاهای قائم و افقی در مقایسه با مدول دگرشکل پذیری سنگ بکر به ترتیب 48 و 62 درصد کاهش یافته است، که بیانگر ناهمسانگردی در دو جهت مختلف است. ابعاد نماینده حجم معادل تعیین شده برای پارامترهای دگرشکل پذیری و مقاومتی توده سنگ در حالت سه بعدی برابر یک متر است که پیشتر با استفاده از مدلسازی دوبعدی برابر 5 متر بدست آمده بوده است. مقاومت نهائی توده سنگ در مقایسه با مقاومت فشاری تک محوری سنگ بکر به میزان زیادی کاهش یافته است. مقایسه برازش چند معیار شکست دوبعدی و سه بعدی نشان می دهد، معیارهای شکستی که صرفاً مقاومت توده سنگ را با استفاده از روابط تجربی برآورد می کنند، مطابقت چندانی با نتایج حاصل از روش های عددی ندارد. معیارهای سه بعدی که تأثیر تنش اصلی متوسط را در نظر می گیرند، نسبت به معیارهای شکست دو بعدی مقادیر متفاوتی برای پارامترهای مقاومتی برآورد می کنند. همچنین بررسی تأثیر نوع شرایط بارگذاری بیانگر وابستگی شدید پدیده ی شکست توده سنگ به مسیر بارگذاری است.

چکیده ناهمسانگردی تغییر مقدار بردار اندازه گیری خواص سنگ در جهات مختلف است. ناهمسانگردی معمولا در سنگ¬های رسوبی ، دگرگونی و گاهی سنگ¬های آتشفشانی رخ می¬دهد. در سنگ¬های کربناته ناهمسانگردی معمولا توسط فرآیندهای دیاژنتیکی و استیلولیت¬ها کنترل می¬شود، این عوامل در کیفیت سنگ مخزن نفتی و مقاومت سنگ می¬تواند اثر گذار باشد. هدف ما در این مطالعه بررسی نقش ریز ساختارها (رگه¬ها و استیلولیت¬ها) و نوع بافت سنگ در ناهمسانگردی خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ است. در این مطالعه ارتباط بین ریزساختارهای سنگ کربناته با ویژگی¬های صوتی و پارامترهای فیزیکی سنگ و تاثیر متقابل این¬ دو، بر روی سنگ¬های کربناته سازند آسماری منطقه باباحیدر چهارمحال و بختیاری صورت گرفت. برای انجام آزمایش¬ها اندازه گیری سرعت موج فشاری (p)، دو نوع سنگ کربناته بیتومین دار که به رنگ آبی و سنگ فاقد بیتومین به رنگ کرمی قابل تشخیص هستند، از سازند مذکور تهیه شد. هشت نمونه 16 وجهی (از هر نوع سنگ 2 نمونه موازی با لایه و 2 نمونه عمود بر جهت لایه بندی ) به کمک دستگاه برش واترجت با هدف نشان دادن بهتر جهت ناهمسانگردی، آماده شد و میزان سرعت صوت در هریک از وجوه نمونه¬ها تعیین گردید و با تعیین جهت ناهمسانگردی در هر نمونه¬ 16 وجهی، از وجهی که کم¬ترین و بیش¬ترین سرعت موج p را نشان دادند، مقطع نازک تهیه شد. خواص فیزیکی(تخلخل، چگالی، پوکی، درصد آب و غیره) و آزمایش مقاومت بار نقطه¬ای بر روی نمونه¬هایی که میزان سرعت موج فشاری در آن¬ها مشخص شد، به-دست آمد. در این مطالعه، مشخص گردید که سنگ آبی رنگ در جهت عمود بر لایه بندی سرعت بیش¬تری را نسبت به جهت موازی با لایه بندی نشان می¬دهد در حالی که برای مقاومت بار نقطه¬ای کم¬ترین مقدار درجهت عمود بر لایه بندی و بیش¬ترین مقدار در جهت عمود بر لایه بندی حاصل شده است. برای نمونه کرمی رنگ سرعت موج p در دو جهت تقریبا یکسان است ولی مقاومت در جهت عمود بر لایه بندی تقریبا یک و نیم برابر جهت افقی است. هر دو سنگ از نظر بافت تقریبا مشابه¬ای دارند و دارای زمینه میکریتی تا میکرواسپاری هستند و عناصر آواری و عناصر فسیلی در نمونه¬ها یافت می¬شود و بر اساس طبقه بندی فولک (1959-1962) سنگ کرمی رنگ از اینترا بایومیکریت تا اینترا بایومیکرواسپاری تغییر می¬کند درحالی که سنگ آبی رنگ غالبا اینترا بایو میکریت است و براساس طبقه بندی دانهام (1962) سنگ کرمی رنگ از وکستون تا وکستون - پکستون تغییر می¬کند، در حالی که سنگ آبی رنگ بیش¬تر به¬صورت وکستون قابل مشاهده است. تقریبا در همه نمونه¬ها رگه و استیلولیت که توسط مواد رسی، کلسیتی و آهنی پر شده است وجود دارد، میزان استیلولیت در سنگ¬های آبی رنگ به نسبت بیش¬تر است. در واقع عامل ایجاد کننده تغییر در نمونه¬ها تعداد رگه و استیلولیت¬ها و نحوه جهت گیری آن¬ها نسبت به جهت لایه بندی است. واژه¬های کلیدی: سنگ کربناته، سازند آسماری، مطالعات میکروسکپی، ناهمسانگردی، تخلخل، تراوایی، سرعت موج فشاری، خواص فیزیکی، مقاومت بار نقطه¬ای

پارامترهای مکانیکی و مقاومتی سنگ بکر از جمله پارامترهای مهم در طراحی های سنگی می باشند. در اثر تماس سنگ ها با سیالات این پارامترها دچار تغییر شده و شدت این تغییر به عواملی از جمله نوع محلولها و یونهای موجود در آنها، زمان تماس محلول ها با نمونه ها و شرایط محیطی وابسته است.ابتدا از طریق ازمونهای استاندارد مقادیر مکانیکی نمونه ها به دست آوده شده سپس نمونه ها با محلول های اسیدی در تماس قرارداده می شوند،در شروع آزمایش نتایج نفوذ فرورونده هابه داخل نمونه را از طریق مهندسی معکوس به مقاومت فشاری تعمیم داده و برای نمونه ها ثابت هایی به دست آورده می شود. پس از گذشت زمان های 7،14 و 28 روزتماس نمونه با سیالات بر روی نمونه هاآزمونها تکرار شده و با استفاده از ثابت های به دست آمده میزان مقاومت فشاری و مدول الاستیک نمونه ها به دست آورده می شوند. مشاهده می شود که با گذشت زمان میزان مقادیر مکانیکی نمونه ها کاهش بیشتری داشته اند.

به علت وجود عدم قطعیت در پارامترهای هندسی ناپیوستگی¬ها، همواره راه حل واحد و کارآمدی برای ارزیابی پایداری شیب-های سنگی درزه¬دار وجود ندارد. بدین منظور استفاده از روش¬های احتمالی می¬تواند مناسب¬تر باشد. یکی از این روش¬های احتمالی، استفاده از روش شبکه شکستگی¬های مجزا-المان گسسته (dfn-dem) است. مدل شبکه شکستگی¬های مجزا (dfn) بیان واقعی¬تری از هندسه ناپیوستگی¬ها را در زمین فراهم می¬آورد. این مدل مبتنی بر نمایش تصادفی سیستم ناپیوستگی¬ها براساس تابع چگالی احتمال پارامترهای ناپیوستگی¬ها می¬باشد. نیروهای عمل¬کننده بین بلوک¬ها با استفاده از روش¬های عددی نظیر روش المان گسسته (dem) قابل تخمین است. هدف از این مطالعه توسعه یک رویکرد تحلیل احتمالی و الگوریتم مربوط به آن با استفاده از روش dfn-dem برای تحلیل پایداری شیب¬های سنگی درزه¬دار در شرایط مختلف می¬باشد. مدل¬سازی آماری ناپیوستگی¬های توده¬سنگ در سه بعد، بر اساس پارامترهای هندسی درزه‎ها اعم از موقعیت، اندازه و چگالی آن¬ها در واحد حجم توده¬سنگ صورت می‎گیرد. تعیین اندازه و چگالی ناپیوستگی¬ها در واحد حجم توده¬سنگ به این دلیل که صفحات درزه¬ها، درون توده¬سنگ بوده و نمی‎توان آن‎ها‎ را مستقیما اندازه‎گیری کرد، بسیار دشوار است. در این تحقیق، ناپیوستگی¬های طبیعی تکیه¬گاه چپ سد بختیاری شبیه¬سازی آماری گردید. در مدل¬سازی، ناپیوستگی‎ها بصورت دیسک فرض شدند. توابع توزیع‎ نظری قطر درزه‎ها و همچنین چگالی آن¬ها در واحد حجم توده-سنگ با توجه به توزیع‎های تجربی بدست آمده از برداشت ناپیوستگی‎های ساختگاه، تخمین زده شدند. بررسی¬ها نشان دادند که پارامتر طول درزه¬ها بیشترین برازش را بر توابع چگالی احتمال لاگ¬نرمال و توانی دارد. پس از تولید دیسک¬های هم¬بعد، با استفاده از آزمون واتسون-ویلیام، dfnهای تولید شده مورد صحت¬سنجی قرار گرفتند و شبیه¬ترین dfn با برداشت¬های تجربی برای هرکدام از دسته درزه¬ها انتخاب شد. پس از تعیین پارامترهای هندسی و آماری ناپیوستگی¬ها مدل¬سازی عددی dem بر روی dfnهای تولیدشده در رویکرد dfn-dem برای ارزیابی رفتار شیروانی انجام گردید. در این مطالعه همچنین براساس تاریخچه زمین¬شناسی و تکامل تکتونیک منطقه و آزمایشات برجا، جهت تنش¬های برجا در شیروانی سنگی تکیه¬گاه چپ تعیین شد. برای تحلیل¬های پایداری شیروانی سنگی تکیه¬گاه چپ سد بختیاری از روش¬های تحلیل سینماتیکی، حدی و عددی استفاده شد. در بررسی پایداری به روش سینماتیکی امکان لغزش واژگونی در شیروانی سنگی تکیه¬گاه چپ وجود ندارد. بررسی ریزش صفحه¬ای نشان داد که در دیواره¬های میانی و بالایی احتمال لغزش صفحه¬ای تحت تاثیر دسته درزه j1 وجود دارد. در دیواره میانی و بالایی نیز برای گوه¬های حاصل از تقاطع دسته درزه j1 و لایه¬بندی از نظر هندسی امکان لغزش وجود خواهد داشت. در بررسی پایداری شیب به روش تعادل حدی کمترین مقدار ضریب ایمنی بدست آمده برای شکست صفحه¬ای مربوط به دسته درزه j1 در دیواره بالایی بوده و نتایج نشان می¬دهند که دیواره تکیه-گاه چپ پایدار است. در تحلیل عددی مشخص شد که این شیروانی نیازمند تمهیدات و نصب نگهداری می¬باشد. حجم بلوک¬های ناپایدار براساس جابجایی مجاز میل¬مهارهای مرسوم مورد استفاده در نگهداری شناسایی و مشخص شد که حجم کل بلوک¬های مورد نظر در هر تحلیل، برازش خوبی بر تابع توزیع ویبال دارد و برای سیستم نگهداری میل¬مهار به طول¬های 9، 12 و 15 متر، 80 درصد حجم بلوک¬ها به ترتیب کمتر از 132، 180 و 406 مترمکعب می¬باشند و بایستی به آن توجه شود.

در مهندسی ژئو تکنیک خصوصیات زمین برای احداث سازه ها بسیار اهمیت دارد و در صورت مناسب نبودن مشخصات زمین بایستی تا حد امکان آن را بهسازی کرد تا جهت احداث سازه مقاومت لازم را بدست آورد. در این تحقیق سعی بر آن شده است تا تاثیر تزریق تحکیمی بر رفتار مکانیکی درزه سنگ مورد بررسی قرار گیرد. این مطالعه از این رو اهمیت دارد که خصوصیات مکانیکی درزه سنگ در برآورد خصوصیات مکانیکی توده سنگ و در نتیجه طراحی های ژئوتکنیک بسیار مهم می باشد. لذا ابتدا به روش های مختلف اندازه گیری و محاسبه مدول تغییر شکل پذیری توده سنگ پرداخته شده است تا اهمیت خواص مکانیکی درزه سنگ در محاسبات ژئوتکنیک بهتر مشخص گردد. از جمله نقاط ضعف مطالعات قبلی صورت گرفته بر روی خواص مکانیکی درزه های پر شده، استفاده از درزه های طبیعی گوناگون و غیر یکسان بوده، که در این پژوهش با ساخت درزه های مصنوعی یکسان و یک شکل از مدل های واقعی(درزه سنگ های طبیعی سد چم شیر)، نقطه ضعف یاد شده بر طرف شد. برای ساخت این درزه ها با سیلیکون دندانسازی از درزه سنگ های طبیعی قالب تهیه و در ادامه با ریختن گچ دندانسازی در قالب های سیلیکونی درزه سنگ های مصنوعی ساخته شدند. خواص مکانیکی درزه سنگ های مصنوعی ساخته شده اندازه گیری شدند. برای بررسی تاثیر دوغاب بر روی خواص مکانیکی درزه سنگ، از دوغاب هایی با نسبت آب به سیمان 1:1 و نسبت آب به سیمان 2:1 استفاده شده است. بعد از انجام عملیات تزریق در درزه سنگ ها، نمونه ها به مدت 7 روز در مجاورت رطوبت صد درصد نگهداری و بعد از آن نمونه ها درون قالب های بتنی مخصوص آزمایش برش مستقیم قرار گرفتند. پس از گذشت 28 روز و رسیدن دوغاب به مقاومت بیشینه خود، درزه های مصنوعی یاد شده تحت آزمایش برش مستقیم قرار گرفتند. آزمایش های برشی انجام شده در این تحقیق از نوع آزمایش برش مستقیم با بار ثابت بوده و در طول آزمایش، اطلاعات جابه جایی برشی و نیروی برشی اندازه گیری شده است. سپس با اطلاعت به دست آمده نمودارهای تنش برشی بر حسب جابه جایی برشی رسم گردید و سختی برشی، تنش برشی بیشینه و تنش برشی باقیمانده مشخص شد. در گام بعدی با استفاده از این تنش ها نمودارهای تنش برشی بر حسب تنش قائم رسم شد تا چسبندگی و زاویه اصطکاک مربوط به هر نمودار محاسبه و با هم مقایسه گردد. در نهایت مشخص گردید که تزریق تاثیر مثبتی بر مقاومت برشی درزه سنگ دارد، اما مقدار افزایش مقاومت برشی به خواص دوغاب بسیار وابسته بوده و مشاهدات نشان دهنده آن است که با کاهش نسبت آب به سیمان در دوغاب، مقاومت فشاری دوغاب افزایش یافته ولی الزاما افزایش بیشتر مقاومت برشی درزه سنگ را به همراه نخواهد داشت.

از یک طرف گستردگی کاربرد مکانیک شکست در محیط سنگی و از طرف دیگر توانمندی و کارایی روش المان محدود توسعه یافته در حل مسائل دارای ناپیوستگی، انگیزه طرح رساله حاضر شده است. بنابراین با استفاده از روش المان محدود توسعه یافته به عنوان رویکردی نوین به مدل سازی مکانیک شکست سنگ های ترد پرداخته می شود. به همین منظور، یک برنامه کامپیوتری در چارچوب روش المان محدود توسعه یافته با بهره گیری از زبان برنامه نویسی c++ توسعه داده شده است که پس از توسعه، ابتدا به اعتبارسنجی آن با استفاده از مثال های تحلیلی و عددی موجود پرداخته شده است. نمونه های آزمایشگاهی نیم دیسک ترکدار تحت خمش سه نقطه ای، دیسک برزیلی ترکدار و دیسک ترکدار با سوراخ مرکزی در حالت های مختلف ترک و مودهای مختلف شبیه سازی می شوند. نتایج نشان دهنده تطابق بسیار خوب آن ها با نتایج ارائه شده در مطالعات گذشته است.

یکی از روش هایی که به موجب آن اهداف بهسازی حاصل می شود، تزریق دوغاب در توده سنگ می باشد. به علت پیچیدگی عوامل ذاتی توده سنگ که بر پیشروی دوغاب تزریق تأثیرگذار می باشد. تحقیق‎ های تجربی و عددی زیادی در مورد پیشروی تزریق در تک درزه و دسته درزه های منظم به صورت تحلیلی، فیزیکی و عددی صورت گرفته، ولی تحقیقات کمی درزمینه ی مدل سازی فیزیکی و عددی شبکه شکستگی های مجزا انجام شده است. ازجمله تحقیقات قابل ذکر می توان به نسخه اولیه نرم افزار groutiut2d اشاره نمود، که از روش حل افت فشار برای حل جریان در شبکه شکستگی مجزا استفاده کرده است. در اینجا سعی شده با استفاده از مدل سازی فیزیکی شبکه شکستگی در آزمایشگاه و شبیه سازی آن با مدل عددی سعی در رفع این فقدان و رفع ایرادهای نسخه اولیه نرم افزار groutiut2d درزمینه عملیات تزریق شود. با توجه به نتایج حاصل و انطباق دو مدل عددی و فیزیکی تا حدودی این مهم حاصل شده است. شبیه سازی انجام شده با روش شبکه بولتزمن قابلیت انجام محاسبات به صورت موازی را دارا می باشد که درنهایت منتج به ارائه نسخه دوم نرم افزار groutiut2d(lb) شده است؛ که قابلیت ساخت شبکه شکستگی مجزا و دریافت پارامترهای هندسی توده سنگ به عنوان عوامل ذاتی و عوامل عملیاتی مانند گرانروی و چگالی دوغاب تزریق را دارا می باشد. معیار مورداستفاده در این مطالعه مساحت سطح پخش شوندگی تزریق است که برنامه با استفاده از یک الگوریتم تعیین مساحت حول چال تزریق، در حین روند اجرا و انجام محاسبات آن را نمایش می دهد. برای مدل سازی فیزیکی با طراحی آزمایش تاگوچی، با سه شبکه شکستگی متفاوت با بعدهای فرکتال متفاوت و شرایط فشار و زمان متفاوت و سه سیال با گرانروی متفاوت روغن هیدرولیک، واسکازین و دوغاب سیمانی با نسبت آب به سیمان 1:2، و دهانه بازشدگی درزه موردبررسی قرارگرفته است. نکته مهم موردمطالعه در مدل سازی فیزیکی، وجود فشار آب به عنوان جبهه کار در عملیات تزریق و بررسی تأثیر آن بر روند تزریق می باشد. پس از انجام آزمایش های طراحی شده میزان اثرگذاری هر یک از عوامل بر سطح پخش شوندگی به دست آمد و بر اساس آن مدل سازی عددی انجام گرفت. نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان دهنده ی تأثیر عوامل گوناگون بر روی میزان خورند تزریق می باشد. از نکات مهمی که در مدل سازی فیزیکی و عددی می توان به آن اشاره نمود، تأثیر محیط خشک و اشباع بر روی مساحت پخش شوندگی بوده که نتیجه آن تأثیر منفی محیط اشباع بر پیشروی دوغاب تزریق می باشد. در ادامه با بررسی زمان و فشار در عملیات تزریق این نکته به وضوح روشن گردید که این دو عامل دارای مقادیر بهینه بوده و با افزایش بی حد این دو، تأثیری در مقادیر گسترش تزریق حاصل نمی شود. تأثیر عامل گرانروی به شدت محسوس بوده و با افزایش گرانروی سطح پخش شوندگی کاهش چشمگیری می یابد. در ادامه با شبیه سازی مدل های فیزیکی با استفاده از روش شبکه بولتزمن سعی در اعتبارسنجی مدل عددی و نرم افزار groutiut2d(lb) شده است، که درنهایت با انجام چند شبیه سازی با نرم افزار و بعدازآن ساخت مدل فیزیکی هرکدام، اعتبارسنجی نرم افزار تصدیق گردید. با استفاده از نرم افزار یک شبکه شکستگی بزرگ مقیاس حل و نتایج آن بیانگر تصدیق وجود زمان و فشار بهینه و حدی در عملیات تزریق می باشد. کلمات کلیدی: تزریق، توده سنگ، ، پیشروی تزریق، خورند تزریق، مدل سازی فیزیکی، مدل سازی عددی، groutiut2d(lb).

مقدار چقرمگی شکست، مقاومت سنگ را در برابر جوانه زنی و گسترش ترک نشان می دهد. عوامل متعددی ازجمله عوامل ذاتی، عوامل محیطی و عوامل آزمایشگاهی می توانند بر مقاومت چقرمگی شکست سنگ تأثیرگذار باشند. در میان عوامل محیطی مختلف، دگرسانی شیمیایی که سبب تغییراتی در ترکیبات کانی شناسی سنگ می شود، اثر عمده ای را بر روی مقاومت سنگ در برابر رشد و گسترش ترک می گذارد که تاکنون به اهمیت این موضوع پرداخته نشده است و هدف اصلی این مطالعه می باشد. با استفاده از روش عددی المان مجزا، ساخت نمونه هایی واقعی با ترکیب کانی شناسی سنگ و نیز مدل سازی رشد ترک با لحاظ اندرکنش مکانیکی میان ترکیبات مختلف از کانی ها امکان پذیر می باشد.

در این پایان نامه، وزن گل بهینه در منطقه مورد مطالعه، با استفاده از نرم افزار flac3d تعیین شد. سپس میزان حساسیت پارامترهای چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی، تنش های برجاو فشار منفذی بر محدوده وزن گل بهینه مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج به دست آمده، نشان می دهد که کاهش چسبندگی و زاویه اصطکاک، محدوده وزن گل بهینه را کاهش می دهد؛ همچنین کاهش فشار منفذی، محدوده بهینه وزن گل را افزایش می دهد؛ و هر چه تنش های برجای اطراف چاه به هم نزدیکتر باشند، این محدوده بیشتر است.

تخریب بلوکی یکی از معمولی ترین انواع تخریب در حفاری های زیرزمینی است. حجم بلوک هایی که پتانسیل ناپایداری دارند توسط روش های مختلفی مانند آنالیز سینماتیکی و روش شبکه ی ناپیوستگی های مجزا (dfn) محاسبه می شود. نیروهایی که روی بلوک ها اثر می کنند توسط روش های مختلف عددی و تحلیلی مانند تعادل حدی و روش المان مجزا (dem) تعیین می گردند. آنالیز سینماتیکی می تواند در یک مسیر احتمالی قرار گیرد اگر این آنالیز مبتنی بر شبیه سازی مونت کارلو با استفاده از تابع توزیع پارامترهای هندسی باشد. مدل شبکه ی ناپیوستگی های مجزا نیز می تواند مبتنی بر نمایش تصادفی سیستم ناپیوستگی ها باشد. برای این منظور باید از تابع چگالی احتمال پارامترهای ناپیوستگی ها استفاده کرد، که این توابع چگالی از نتایج برداشت شده از منطقه به دست آمده اند. برای تعیین حجم بلوک های سنگی اطراف فضای حفاری با استفاده از روش dfn های تصادفی، ابتدا باید تعداد زیادی dfn تولید کرد. مسئله ای که حائز اهمیت است این است که از بین این dfn های تولید شده، مناسب ترین آنها را انتخاب کنیم. با استفاده از بعضی از آزمون های آماری مانند تست ولیام واتسون (w-w)، می توان dfn هایی که تطابق بیشتری با نقشه ی ناپیوستگی های منطقه دارند را برای آنالیز پایداری بلوک ها انتخاب کرد. هدف این مطالعه تعیین حجم بلوک های ناپایدار و سیستم نگهداری مورد نیاز مانند یک الگوی بولت می باشد، تا بدین وسیله میزان عدم قطعیت مدل های ساخته شده توسط آنالیز احتمالی سینماتیکی- تعادل حدی (pkle) از طریق مقایسه با نتایج آنالیز شبکه ی ناپیوستگی های مجزا- روش المان مجزا (dfn-dem) که به واقعیت نزدیک تر است، تعیین گردد. معرفی و تعیین میزان عدم قطعیت مدل های ساخته شده یکی از موضوعات مهم در روند طراحی است که به آسانی نادیده گرفته می شود، اما در میزان ایمن بودن پروژه بسیار موثر است. این برای اولین بار است که میزان عدم قطعیت مدل های ساخته شده توسط روش pkle و روش هیبریدی dfn-dem برای آنالیز تخریب بلوک های تشکیل شده در اطراف یک فضای بزرگ زیرزمینی، تعیین می گردد. پارامترهای هندسی ناپیوستگی ها و همچنین خصوصیات مکانیکی سنگ ها، از یک مغار بزرگ حفاری شده در جنوب کشور سوئد برداشت شده است، همچنین یک کد به زبان fortran ، مبتنی بر تست آماری ولیام واتسون نوشته شده است. مدل های dfn که به وسیله ی تست ولیام واتسون تایید شده اند برای انجام آنالیز پایداری بلوکی به وسیله ی روش dem ، به نرم افزار udec داده می شوند. برای آنالیز pkle از نرم افزار unwedge که مبتنی بر تعادل حدی است، استفاده شده است. برای تعیین میزان عدم قطعیت مدل ها نیز از اختلاف میانگین و نسبت واریانس های دو تابع توزیع نرمال استفاده گردیده است. نتایج نشان می دهد که روش pkle حجم بلوک های ناپایدار را کمتر ( دست پایین ) تخمین می زند. محاسبات نشان می دهد که متوسط حجم بلوک های ناپایدار تعیین شده توسط روش pkle ، کمتر از روش dfn-dem است. همچنین نسبت واریانس دو تابع توزیع نرمال مربوط به طول کل بولت مورد نیاز در آنالیزهای pkle و dfn-dem با هم برابر است اما مقدار میانگین این دو تابع توزیع اختلاف معنا داری با هم دارند که این بدین معنی است که استفاده از روش pkle باعث ایجاد مقداری عدم قطعیت در آنالیز پایداری بلوک های اطراف یک مغار می گردد.