همگام با پیشرفت صنعت و رشد جمعیت نیاز بشر به ذخیره سازی هیدروکربن ها و بهره برداری از منابع انرژی همچون نفت و گاز رو به افزایش است. به منظور ذخیره سازی زیرزمینی هیدروکربن ها گزینه های زیادی وجود دارد که یکی از این گزینه ها ذخیره سازی در مغارهای نمکی است. برای ایجاد و بهره برداری از این مغارها، حفر، سیمان کاری و جداره گذاری چاه الزامی است. از طرفی سنگ نمک به دلیل نفوذپذیری و تخلخل بسیار کم یکی از عوامل انباشت هیدروکربن ها و تشکیل مخزن در مناطق مختلف جهان است. برای دستیابی به این مخازن نیز حفر چاه در سنگ نمک الزامی است. حفاری در سنگ نمک همواره با مشکلات زیادی همراه است که از این مشکلات می توان کاهش قطر چاه در اثر خزش و در نتیجه گیرکردن رشته حفاری و جداری در چاه، عدم امکان سیمان کاری مناسب و به وجود آمدن شرایط بارگذاری غیریکنواخت بر لوله جداری و گسیختگی لوله جداری را نام برد. وقوع این پدیده باعث تحمیل خسارات فراوانی بر متولیان این بخش در داخل و خارج از کشور گشته است. بر اساس مطالعات صورت گرفته، میدان نفتی مارون یکی از میادینی است که به علت مچالگی لوله جداری زیان های زیادی را متحمل گشته است. این میدان در جنوب شرقی شهرستان اهواز قرار دارد. در این میدان 48 چاه از مجموع 267 چاه حفاری شده گسیخته شدند. این بدین مفهوم است که %5/17 از چاههای این میدان دچار آسیب شده اند. شرایط ویژه و پیچیدگی های خاص سازند پر فشار گچساران در میدان مارون و مشکلات منحصر به فرد آن در زمان حفاری و بهره برداری باعث شده که مشکلات این سازند مورد توجه قرار گیرد. سازند گچساران به طور عمده از رسوبات تبخیری انیدریت و نمک با تخلخل نزدیک به صفر تشکیل شده که به خوبی قادر به نگهداری نفت و گاز فرار است. مطالعات آماری صورت گرفته علت احتمالی گسیختگی لوله جداری در این منطقه را حرکت لایه های شکل پذیر نمک ذکر کرده اند. مطالعات صورت گرفته در زمینه گسیختگی لوله جداری در مقاطع نمکی تاکنون به صورت آماری بوده و مقالات کمی در زمینه مدل سازی عددی این مشکل و طراحی لوله جداری در این شرایط به ثبت رسیده است. با توجه به اهمیت موضوع، تحلیل گسیختگی لوله جداری در مقاطع نمکی یک گام مهم و ضروری در برطرف کردن آن به شمار می رود. در این پایان نامه با استفاده از روش های عددی و نرم افزار flac به مدل سازی اثر سیال حفاری در کنترل همگرایی دیواره چاه در مقاطع نمکی پرداخته شده است. در ادامه مقاطع جداره شده، مورد بررسی و مدل سازی قرار گرفت. در صنعت از راهکارهای مختلفی برای کنترل گسیختگی لوله جداری و به تعویق انداختن آن استفاده می شود. در مدل سازی های صورت گرفته سعی شده است که با اعمال راهکارهای عملی در مدل ها، با پدیده گسیختگی لوله جداری در سنگ نمک مقابله شود. دسته ای از این راهکارها پدیده گسیختگی را برای حالت مورد بررسی به تعویق انداختند.

طراحی و ساخت مغارهای سنگی ذخیره سازی مواد هیدروکربوری شامل مراحل مختلفی است که عبارتند از ارزیابی های زمین شناسی، آنالیزهای پایداری، طراحی نگهداری اولیه سنگ، عملیات حفر مغار و طراحی مجدد نگهداری با توجه به مشاهدات حین اجرا و نوع سیال ذخیره شده. به دلیل وجود ناپیوستگی هایی مثل درزه ها، گسل ها، شکستگی ها و لایه بندی، توده سنگ اطراف یک مغار سنگی ذخیره سازی مواد هیدروکربوری یک محیط ناپیوسته را تشکیل می دهد. رفتارهای مکانیکی ناپیوستگی ها و مدل بلوکی اطراف مغار در ساخت و پایداری یک مغار سنگی نقش بسزایی دارند. بررسی های عددی و تجربی تاثیر عمده این ساختار ها را بر رفتارهای مکانیکی و هیدرولیکی توده سنگ و مکانیسم تغییر شکل و پایداری مغار تا حدودی نشان داده است. لذا در این تحقیق به دلیل اهمیت مغار از لحاظ کاربری از این جهت که مغار برای ذخیره مواد هیدروکربوری طراحی می شود و همچنین تضمین و تامین نگهداری مغار برای طولانی مدت، و به منظور دستیابی به تحلیل های بهتر و دقیق تر پایداری مغار از سه روش برای تحلیل پایداری استفاده شد. از روش تجربی بر اساس سیستم های طبقه بندی سنگ q و rmr برای تعیین کیفیت توده سنگ و طراحی سیستم نگهداری، و از تحلیل های بلوکی جهت تعیین امتداد بهینه مغار و از روش های عددی برای مدلسازی مغار و انجام آنالیزهای حساسیت و تحلیل های کمی پایداری مغار تحت شرایط مختلف نسبت به پارامتر های مختلف، استفاده شد. و همچنین از نرم افزارهای unwedge و udec کمک گرفته شد و با استفاده از آن ها راستای مغار، حجم بلوک های ناپایدار، میزان جابجایی های افقی و قائم و مساحت زون پلاستیک القا شده در اطراف مغار ذخیره سازی محاسبه شد. و نتیجه گرفته شد که نسبت تنش ها پارامتری موثر در تغییرات مساحت زون پلاستیک و جابجایی، مخصوصا سقف مغار، می باشد. افزایش عمق سبب می شود که جابجایی ها به صورت نمایی در دیواره ها و به صورت خطی در سقف تغییر کنند. تغییرات چسبندگی سنگ و مدول یانگ روندی لگاریتمی را در میزان جابجایی ها ایجاد کردند. افزایش زاویه اصطکاک داخلی درزه ها، باعث کاهش جابجایی ها و مساحت زون پلاستیک اطراف مغار شد. سختی برشی و سختی نرمال درزه ها ارتباط معکوس با جابجایی برشی و نرمال دارند و مساحت زون پلاستیک و میزان جابجایی ها را به صورت لگاریتمی تغییر می دهند. افزایش فشارهای داخلی سبب کاهش جابجایی ها شد. کلمات کلیدی: مغار- فضاهای بزرگ زیرزمینی- ذخیره سازی مواد هیدروکربوری- المان مجزا- udec- مدلسازی عدد

جهت بررسی این تغییرات در این تحقیق، مدل های پلاستری و بتنی در هفت ترکیب مختلف، از سطوح درزه های طبیعی تهیه شد و بر روی آنها آزمایش برش مستقیم در چهار سطح بار عمودی انجام گرفت. نتایج حاصل از 110 آزمایش برش مستقیم نشان داد که قابلیت تغییر-شکل پذیری مواد تأثیر زیادی بر رفتار نرمال و برشی درزه ها دارد. در مواد با مقاومت فشاری دیواره یکسان، مواد با قابلیت تغییر شکل پذیری بالاتر، مقاومت برشی بیشتری را ایجاد کردند. قابلیت تغییر شکل پذیری مواد موجب افزایش جفت شدگی درزه و سطح تماس موثر در فرآیند برش شده است. در مواد صلب، به دلیل تمرکز بار بر روی دندانه های با شیب بیشتر، سطح تماس موثر در فرآیند برش کاهش یافته است. بر این اساس با استفاده از داده های آزمایشگاهی و روش های آماری و بر مبنای مدل تجربی بارتن- بندیس روابطی جهت ارزیابی سختی برشی، مقاومت برشی اوج، جابجایی برشی اوج و میزان تغییرات اتساع سطح درزه، با در نظر گرفتن قابلیت تغییر شکل پذیری مواد ارائه شد.

ذخیره سازی زیرزمینی نفت‏خام و دیگر محصولات هیدروکربوری درون مغارهای سنگی بدون پوشش، از جمله روش‏های رایج ذخیره سازی انرژی، در عصر حاضر به شمار می رود. از جمله مسائل مرتبط با ذخیره‏سازی نفت خام در این نوع مغارها، نشت نفت خام و گاز حاصل از آن از میان ناپیوستگی‏های توده سنگ پیرامون مغار است. اطمینان از محدودیت نفت خام و گاز و کاهش نشت آن به حداقل ممکن، تأثیر بسیاری بر افزایش کارآئی و ایمنی تأسیسات ذخیره‏سازی دارد. به منظور جلوگیری از نشت نفت خام و گاز، بایستی توده‏سنگ پیرامون مغارها توسط آب اشباع گردد. این امر با استفاده از یک رژیم جریان آب زیرزمینی پایدار، پیرامون مغارها صورت می‏گیرد. در این تحقیق، نخست شرایط لازم جهت ذخیره‏سازی نفت خام درون مغارهای سنگی بدون پوشش و اصول حاکم بر محدودیت سیال هیدروکربوری مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه با استفاده از برنامه اجزا مجزای udec به مدلسازی عددی مغارهای ذخیره‏سازی نفت خام طراحی شده در ناحیه گچساران و شبیه‏سازی جریان آب زیرزمینی پیرامون این مغارها در دو فاز ساخت و بهره‏برداری پرداخته شد. با فرض اشباع کامل ناپیوستگی‏ها، یک جریان تک فاز و دائم، جهت شبیه‏سازی جریان سیال درون شکستگی‏های اطراف مغارها به کار گرفته شد. همچنین فشار حاصل از سیستم تزریق آب، توسط یک سطح آب مصنوعی در بالای تاج مغارها فراهم شد. کیفیت توده‏سنگ و پایداری مغارهای ذخیره‏سازی، تحت تأثیر حفریات مجاور و به روش‏های مختلف نظیر روش‏های طبقه‏بندی rmr، q و تحلیل عددی، مورد بررسی قرار گرفته و مقادیر نگهداری مناسب تخمین زده شد. با توجه به محاسبات صورت گرفته سیستم نگهداری پیچ‏سنگ به همراه شاتکریت مسلح، جهت پایدارسازی مغارها پیشنهاد شد. در خلال فاز بهره‏برداری، مکانیزم نشت سیال نفتی در فشارهای هیدرواستاتیک مختلف آب زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفت. در صورت طراحی مناسب سیستم تزریق آب با افزایش تدریجی فشار درون مغارها، فشار هیدرواستاتیک آب زیرزمینی پیرامون مغارها نیز افزایش یافته و محدودیت سیال نفتی برآورده می‏گردد. عمده ناپایداری مغارها در تاج و بالای دیواره مغارها اتفاق می‏افتد و بیشترین مقادیر نشت نفت خام در دیواره سمت چپ مغارها رخ می‏دهد.

چکیده در کلیه ی روش های تحلیل پایداری شیب توده سنگ ها، مقاومت برشی سطوح درزه ها و ناپیوستگی ها اهمیت زیادی دارد وتغییر کوچکی در مقدار مقاومت برشی می تواند نتایج تحلیل را بشدت متاثر کند. در همین راستا، به مقاومت برشی درزه های زبر به عنوان یک پارامتر کلیدی پرداخته شده است و به جنبه های مختلف آن از قبیل زبری و تأثیر بیش تحکیمی در مقاومت برشی توجه شده است. در این مطالعه به منظور بررسی تأثیر بیش تحکیمی بر مقاومت برشی درزه و پایداری شیب، ابتدا نمونه هایی از درزه های طبیعی تهیه شد. در ادامه با استفاده از آزمایش تحکیم یک بعدی به تعیین میزان بیش تحکیمی در معدن شماره یک گل گهر پرداخته شد. نتایج این آزمایش ها نشان داد که بیش تحکیمی، فقط در تنش های نرمال بالا باعث افزایش مقاومت برشی درزه های سنگی می شود و تأثیر چندانی بر درزه های با تنش نرمال پایین ندارد. از طرف دیگر با انجام آزمایش تحکیم بر روی لایه های رسی محدوده دیواره های معدن گل گهر شماره یک، به بررسی تاریخچه تنش اعمالی بر روی لایه های رسی پرداخته شد. نتایج این آزمایش ها گویای آن بود که در فرآیندهای زمین شناسی گذشته، بر لایه های رسی بارهائی اعمال شده است که اکنون وجود ندارند. همچنین این نتایج نشان دادند که بیش بستاری در دیواره شمالی بیشتر از دیواره جنوبی معدن است. تحلیل پایداری با استفاده از نرم افزار slide، بر روی یکی از ریزش های رخ داده در دیواره شمالی معدن نشان داد که در نظر گرفتن بیش بستاری در محاسبات باعث افزایش 10 درصدی در ضریب ایمنی می شود.

برای طراحی دیواره یک معدن روباز و یا یک فضای زیرزمینی، مطالعات ژئوتکنیکی که تنها بر اساس مطالعات سطحی صورت می گیرد جهت تشخیص خصوصیات توده سنگ کافی نیست. در این راستا حتی اگر برداشت های سطحی با دقت کافی همراه باشد هیچ تضمینی وجود ندارد که روند ناپیوستگی های موجود تا عمق مورد نظر ثابت باقی بماند. از این رو برای بررسی و تهیه اطلاعات دقیق تر علاوه بر برداشت های سطحی باید از حفر ترانشه و گمانه نیز استفاده شود. مغزه های به دست آمده از گمانه می تواند مقادیر قابل توجهی اطلاعات در مورد توده سنگی که مغزه ها از آن گرفته شده اند، در اختیار ما قرار دهند. ولی هنگام خارج کردن مغزه از درون چاه، لوله مغزه گیر بارها به دور خود چرخیده و مغزه به دست آمده نمی تواند نشان دهنده موقعیت واقعی لایه ها در داخل چاه باشد. برای تعیین موقعیت فضایی مغزه از دستگاه جهت یاب van ruth استفاده شد. برای تعیین شیب و جهت شیب واقعی ناپیوستگی موجود در مغزه ها توسط نرم افزار matlab برنامه ای نوشته شد که مقدار شیب و جهت شیب را به صورت عددی در نرم افزار excel تحویل می دهد که نسبت به نرم افزار dips دارای مزیت است. ناپیوستگی های حاصل از گمانه های جهت دار با ناپیوستگی های سطحی از لحاظ جهت داری مقایسه شد که نشان داد با افزایش عمق جهت شیب درزه های عمقی نسبت به درزه های سطحی از نظر مقداری بیشتر می شود. در ادامه به کمک داده های سطحی و درون گمانه ای هر یک به صورت جداگانه و سپس همه داده ها، با هم تحلیل سینماتیکی صورت گرفت که بهترین نتیجه از ترکیب داه ها حاصل شد. با تعیین کردن حجم بلوک های سنگی، به کمک تصاویر استریوگرافیکی مایل تحلیل سینماتیک سه بعدی صورت گرفت که در نتیجه آن بلوک های سنگی در دیواره جنوبی به طرف داخل پیت مستعد لغزش بود و در دیواره شمالی پتانسیل لغزش به دلیل تمایل حرکت بلوک ها به طرف داخل دیواره وجود نداشت.

در تعیین پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ، بهره گیری از روش های تحلیل های قطعی متداول می تواند پیامدهای گمراه کننده ای داشته باشد، به کمک تحلیل احتمالاتی دیدگاه واقع گرایانه ای نسبت به این پارامترها ایجاد می-شود. هوک و براون روشی را برای تخمین پارامترهای مقاومتی و تغییر شکل پذیری توده سنگ های درزه دار پیشنهاد کردند. زمانی که این روش پیشنهاد و به کار گرفته شد در طراحی های مهندسی سنگ به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. در این قبیل طراحی ها اغلب از میانگین مقادیر پارامترهای هوک و براون استفاده می-شود. محدود بودن مطالعات در بررسی متغیرهای تصادفی مقاومت و همچنین تغییرپذیری خواص توده سنگ در انواع توده سنگ ها مانع از اتخاذ تصمیم مناسب شده است. در چنین مواردی تحلیل احتمالاتی خواص توده سنگ اهمیت پیدا می کند. در این مطالعه بر اساس نتایج آزمایش های مکانیک سنگ بر روی نمونه های سنگی محدوده معدن گل گهر سیرجان به مدل سازی عدم اطمینان ها در تعیین پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ های موجود در معدن، بر اساس معیار شکست هوک و براون پرداخته شد، سپس با استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو خصوصیات آماری این پارامترها با استفاده از نتایج شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نهایی نشان داد که خروجی های این مطالعه در قالب فاصله های اطمینان و توابع توزیع فراوانی تعیین شده برای پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ امکان انجام طراحی های مورد نیاز در مباحث تولید و طراحی معدن را بر اساس یک سطح اطمینان مشخص و با استفاده از هر دو دسته روش های قطعی و احتمالاتی فراهم می کنند. مقایسه فاصله های اطمینان تعیین شده برای پارا مترهای ورودی به تحلیل در حالت قبل و بعد از شبیه سازی نشان دهنده افزایش اطمینان به داده های ورودی بعد از شبیه سازی است. همچنین برتری استفاده از توابع توزیعی با کران های صفر تا بی نهایت مثبت برای برازش بر داده های مقاومت فشاری تک محوره سنگ بکر اثبات شد. و نیز نشان داده شد که ضریب تغییرات پارامترهای شبیه سازی شده توده سنگ می تواند تحت تأثیر روابط استفاده شده در تحلیل قرار گیرد.

در طراحی شیب های سنگی و خاکی چه در معادن و چه در سدها و ترانشه های راه، باید کلیه عواملی که بطور مستقیم و غیر مستقیم تاثیرگذار هستند در نظر گرفته شوند.هوازدگی و دگرسانی بعنوان عوامل مخرب، پارامترهای ژئومکانیکی سنگ ها را به شدت تحت تاثیر قرار داده و مقاومت سنگ ها را به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می دهند. شیست های موجود در معدن سنگ آهن گل گهر به شدت ازهوازدگی و دگرسانی تاثیر پذیرفته اند. دخیل کردن این پدیده در تحلیل های پایداری که تا به حال از دید زمین شناسی و به صورت کیفی بررسی شده است، جز از طریق عددی و کمی سازی تاثیر آن بر روی پارامترهای ژئومکانیکی سنگ ها میسر نمی باشد.در این پایان نامه در راستای بررسی تاثیر هوازدگی ودگرسانی بر روی پارامترهای ژئومکانیکی سنگ ها در معدن سنگ آهن شماره 1 گل گهر تعداد زیادی داده های کمی گردآوری شد. درجات مختلف هوازدگی و دگرسانی سنگ ها با استفاده از اندیس های صحرائی مشخص شدند و خصوصیات فیزیکی و مکانیکی آنها در آزمایشگاه مورد مطالعه قرار گرفت. با استفاده از سیستم طبقه بندی احتمال پایداری شیب (sspc)، مقادیر فاکتور کاهش درجات هوازدگی و دگرسانی برای هر کدام از پارامترها محاسبه شد. مشخص شد اکثر پارامترهای ژئومکانیکی سنگ ها با افزایش درجه هوازدگی به شدت کاهش می یابند. مقاومت فشاری تک محوری، مقاومت کششی و مدول الاستیسیته استاتیکی بیشتر از سایر ویژگی ها تحت تاثیر هوازدگی قرار می گیرند. نتایج آزمایش نشان داد که آسیب پذیریشیست های معدن سنگ آهن گل گهر در مقابل هوازدگی، از درجه iiiبه بعد به اوج خود می رسد. همچنین مهندسی سطوح شیب دار جزء مسائل ژئوتکنیکی می باشد که عدم قطعیت بسیار زیادی بر آن حاکم است. اغلب اثرات عدم قطعیت ها روی پیش بینی پایداری سطوح شیب دار قابل توجه هستند. در روش های قطعی (تعادل حدی و . . . )، تحلیل پایداری فقط بر اساس فاکتور اطمینان انجام می شود و این روش ها قادر به مشخص نمودن اثر عدم قطعیت ها نیستند. تحلیل های احتمالاتی پایداری سطوح شیب دار، ابزاری مناسب جهت در نظر گرفتن عدم قطعیت ها در فرآیندهای طراحی می باشند. در این تحقیق سعی شده است ضمن معرفی انواع عدم قطعیت ها در برآورد پارامترهای ژئوتکنیکی، اصول و مبانی روش های مرسوم احتمالاتی از قبیل روش شبیه سازی مونت کارلو که به عنوان یکی از روش های احتمالاتی به منظور کاهش عدم قطعیت های پارامترهای ژئوتکنیکی اخیراً به طور وسیعی مورد استفاده قرار گرفته است معرفی شود. همچنین با استفاده از نرم افزار slide و انتخاب روش تعادل حدی بیشاپ به عنوان تابع عملکرد، تحلیل احتمالاتی مونت کارلو بر روی دیواره های معدن سنگ آهن شماره 1 گل گهر انجام و تاثیر هوازدگی و دگرسانی بر روی مقادیر فاکتور اطمینان مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از کمی سازی تاثیر هوازدگی و دگرسانی بر روی فاکتور اطمینان مشاهده شد که مقدار فاکتور اطمینان تا درجه iv به میزان 74/0 مقدار اولیه خود کاهش می یابد.

از مسائل مهمی که در رابطه با عملیات فروشویی توده ای وجود دارد، نیاز به آگاهی از سطح محلول باردار مس در قسمت های مختلف سازه، تعیین مناطق اشباع و غیراشباع و بررسی کیفیت و غلظت محلول در قسمت های مختلف سازه می باشد. در این پایان نامه، با استفاده از اندازه گیری های آزمایشگاهی مقاومت ویژه الکتریکی و همچنین برداشت های صحرایی ترکیبی ژئوفیزیک (شامل روش های مقاومت ویژه الکتریکی، پلاریزاسیون القایی و رادار نفوذی به زمین)، به بررسی ساختار داخلی سازه فروشویی توده ای شماره 3 معدن مس سرچشمه پرداخته شد. بدین منظور، ابتدا مطالعات آزمایشگاهی بر روی نمونه های متعدد خاک سولفیدی معدن (مورد استفاده در سازه فروشویی توده ای شماره 3) و همچنین ماسه سیلیسی اشباع از اسید سولفوریک (ph=2) و آب مقطر انجام گرفت. سپس، پس از قطع پاشش بر روی پد شماره 903 سازه فروشویی توده ای شماره 3 به مدت 10 روز، برداشت های صحرایی در طول پنج پروفیل موازی انجام شد. حداکثر عمق بررسی در برداشت های مقاومت ویژه و پلاریزاسیون القایی به دلیل مساحت کم پد شماره 903 برای گسترش آرایه الکترودی، به 20 متر محدود شد. همچنین جذب امواج رادار در محیط های با رسانندگی بالا، باعث کاهش عمق نفوذ در برداشت های ژئورادار گردید. در نهایت، با استفاده از نتایج حاصل از تفسیر داده های صحرایی با کمک نتایج آزمایشگاهی، مناطق اشباع از محلول باردار مس، مناطق خشک، مسیر های عبور محلول و نیز مناطق با رطوبت کم مشخص گردید. در بین روش های ژئوفیزیکی انجام شده، روش مقاومت ویژه الکتریکی بهترین روش برای پایش سازه فروشویی توده ای می باشد.

آنیزوتروپی ویژگی مهمی از سنگ¬های لایه¬ای و شیستی می¬باشد. این ویژگی موجب تغییرات گسترده¬ای در پارامترهای مقاومت و مدول سنگ در زوایای جهت¬داری مختلف می¬شود که تاثیر مهمی بر روی سازه¬های مهندسی حفر شده در توده سنگ¬ها دارد. هدف اصلی از ارائه این تحقیق، ارزیابی آنیزوتروپی مقاومت، در تحلیل پایداری سنگ¬های شیستی دیواره های نهائی معدن شماره یک گل¬گهر می¬باشد. بدین منظور در زوایای مشخص بین صفر تا 90 درجه (زاویه بین محور بارگذاری و امتداد سطوح آنیزوتروپی) تعداد 135 نمونه¬ از سه نوع سنگ: میکاشیست، آمفیبول¬شیست و میکاکوارتزشیست مطابق پیشنهاد isrm آماده سازی و آزمایش شد. آزمون¬های سرعت موج، مقاومت کششی، مقاومت فشاری تک¬محوره و سه¬محوره بر روی این نمونه¬های سنگی انجام شد. فشارهای جانبی در آزمایش مقاومت فشاری سه محوره 2، 4 و 6 مگاپاسکال انتخاب گردید. همچنین از هر نوع سنگ در زوایای مختلف مقطع میکروسکوپی جهت بررسی بیشتر عوامل موثر بر مقاومت، گرفته شد. سپس بر اساس داده¬های بدست آمده از آزمون¬های آزمایشگاهی و استفاده از نرم افزار slide به تحلیل پایداری شیب دیواره¬ها پرداخته شد. نتایج نشان داد که نمونه¬های میکاشیست، آمفیبول¬شیست و میکاکوارتزشیست به ترتیب در زوایای 45، 30 و 15 درجه کمترین مقدار مقاومت فشاری را به خود اختصاص دادند. میزان آنیزوتروپی در سنگ¬های ناحیه مورد بررسی متوسط تا بالا می¬باشد. افزایش کانی کوارتز، بالا رفتن درجه دگرگونی و کشیدگی بلورها باعث افزایش مقاومت تراکمی در شیست¬های این منطقه شده است. با توجه به مقادیر پایین فاکتور ایمنی در اکثر مقاطع و دیواره¬های نهایی معدن شماره یک گل¬گهر، احتمال ریزش در اکثر مقاطع وجود دارد.

دیواره نهائی معدن شماره یک گل گهر در برگیرنده مصالح آبرفتی و توده سنگی است. قسمت آبرفتی در برگیرنده آبرفت های ریزدانه (آهک مارنی) و آبرفت درشت دانه (کنگلومرا) با سنگدانه هائی به ابعاد حدود 3 میلی متر تا 70 سانتی متر که به همراه مواد سیمانی ضعیف تا سخت تشکیل شده اند. در تحلیل پایداری شیب این دیواره ها، ضروری است که ویژگی های ژئومکانیکی هر یک از مصالح در برگیرنده دیواره شیب را در محاسبات منظور نمود. در مورد مصالح آبرفتی در تحلیل های انجام شده تنها بر اساس برآوردهای اولیه، مقایسه با آبرفت های مشابه مقادیر چسبندگی و زاویه اصطکاک پیشنهاد شده است. این قبیل مصالح بر اساس نوع دانه-بندی و توزیع اندازه، شکل، جنس سنگدانه ها، جنس سیمان و نحوه ی اتصال زمینه با سنگدانه ها، رفتار مقاومتی متفاوتی از خود نشان می دهند. در این پروژه به منظور درک بهتر ویژگی های ژئومکانیکی مصالح آبرفتی بعلت آنکه قطعات سنگ در خمیره ای از سیمان ریزدانه تر قرار دارند به لحاظ ژئومکانیکی، همانند مصالح bimrocks مورد بررسی قرار گرفت و به تعیین خصوصیات ژئومکانیکی آن ها پرداخته شد. برای این منظور ابتدا دانه بندی این آبرفت ها تعیین گردید، و همچنین نمونه هایی از آبرفت ها از چاه های اکتشافی تهیه شده و با انجام آزمون های آزمایشگاهی از جمله آزمایش سرعت صوت، برزیلی و مقاومت فشاری تک محوره و سه محوره خواص ژئومکانیکی مصالح آبرفتی مشخص گردید. با تحلیل نتایج آزمایش مقاومت فشاری و نحوه شکست نمونه ها، مشخص شد که مقاومت نمونه ها به مقدار زیاد تحت تاثیر نسبت حجمی سنگدانه ها به سیمان نمونه می باشد. جهت بررسی رفتار مقاومتی کنگلومرا، با تهیه نمونه های مصنوعی از کنگلومرا و انجام آزمون مقاومت تک محوری مشخص گردید که در نمونه های طبیعی و مصنوعی با افزایش نسبت حجمی سنگدانه ها به سیمان مقاومت نمونه کاهش می یابد. در انتها با استفاده از خواص به دست آمده، به کمک نرم افزار slide تحلیل پایداری دیواره های در بر گیرنده مصالح آبرفتی صورت گرفت.

مقاومت فشاری تک محوره یکی از خصوصیات مهم سنگ می باشد، که بطور وسیعی در مهندسی معدن و مکانیک سنگ مورد استفاده قرار می گیرد. اندازه گیری این پارامتر در آزمایشگاه کاری زمان بر، دشوار و نیازمند تخریب نمونه ها می باشد، اما تعیین خواص فیزیکی سنگ از جمله امواج الکترومغناطیس و مقاومت ویژه الکتریکی پیچیدگی کمتری دارد. از آنجا که هر دو این پارامتر های فیزیکی به عنوان عاملی موثر در پیش نشانگری زمین لرزه مطرح می-باشند می توان از نتایج این گونه آزمون های غیرمخرب در فرآیند پیش بینی زلزله ها و گسلش زمین بهره مند شد. در این تحقیق رابطه خطی بین مقاومت فشاری تک محوره و مقاومت ویژه الکتریکی سنگ های گرانیت در آزمایشگاه مشخص شد. مقاومت ویژه الکتریکی همراه با افزایش کرنش ابتدا کاهش و پس از آن افزایش می یابد. روش مقاومت ویژه الکتریکی، ترکیب نتایج حاصل از رفتار فشردگی اولیه نمونه و توسعه و گسترش ریز ترک ها را تا مرحله گسیختگی بخوبی ارائه می دهد. متأسفانه به دلیل بارگذاری استاتیکی و تأثیر پتانسیل الکتریکی ایجاد شده از روش مقاومت ویژه بر روی موج الکترومغناطیس ساطع شده از سنگ، بدست آوردن ارتباطی بین این پارامتر فیزیکی و مقاومت فشاری غیر ممکن گشت. همچنین به منظور بررسی روند گسترش ریزترک ها در نمونه ای که تحت بارگذاری قرار گرفت، تصاویر توموگرافی کامپیوتری آن مورد بررسی قرار گرفت.

علیرغم پیشرفت های قابل توجه ای که در تکنیک های برداشت سطح صورت گرفته است، توصیف زبری عمدتاً در سطح تجربی باقی مانده است. از این رو، بازنگری جدی در زمینه توصیف زبری و معرفی شاخص های واقع بینانه که جنبه های مختلف زبری را پوشش دهد امری ضروری به نظر می رسد. در این رساله ابتدا هندسه سطح سه درزه سنگی با زبری های متفاوت قبل و بعد از آزمایش برش مستقیم با استفاده از یک سیستم حسگر توپومتریک پیشرفته برداشت شدند. سپس مطالعه جامعی درباره انواع سیستم های موجود برای کمی سازی زبری سطح شکستگی های سنگی، شامل روش های آماری، فرکتالی، زمین آماری، و مبتنی بر مثلث بندی سطح صورت گرفت و در هر زمینه به بهبود روش ها، و ارائه راهکارهای جدید پرداخته شد. در راستای تکمیل بخش آزمایشگاهی این مطالعه، اولین نمونه بومی دستگاه برش مستقیم کاملاً خودتنظیم به طور مشارکتی طراحی و ساخته شد. برپایه تحلیل همبستگی میان شاخص های مختلف زبری و مقاومت برشی در نهایت یک پارامتر زبری، مرکب از پارامترهای مبتنی بر مثلث بندی به عنوان "شاخص جامع زبری" معرفی شد که همه جنبه های مختلف زبری سطح شکستگی های سنگی اعم از مقیاس، بافت، و سطح تماس، در آن انعکاس یافته اند و در عمل بیشترین توافق با مقاومت برشی بدست آمده از آزمایش ها را دارد.

در تحلیل پایداری شیب غالباً از فاکتور ایمنی به عنوان شاخص ارزیابی پایداری سازه بهره گرفته می شود. در روش های قطعی تعادل حدی، فاکتور ایمنی شیب های سنگی یک مقدار ثابت است که به کیفیت داده های ورودی وابسته است. عدم قطعیت ها در تحلیل پایداری مربوط به صحت پارامتر های ژئوتکنیکی، تغییرپذیری ویژه خصوصیات ذاتی زمین، تغییرات شرایط محیطی، مکانیسم های پیش بینی نشده شکست، ساده سازی و تقریب های بکار رفته شده در مدل های ژئوتکنیکی هستند. به دلیل لحاظ نکردن عدم قطعیت ها در روش های قطعی تعادل حدی، از فاکتور های ایمنی محافظه کارانه به منظور جبران عدم قطعیت ها بهره گرفته می شود. در بعضی موارد فاکتور ایمنی تعیین شده بیشتر و در برخی موارد، کمتر از مقدار مورد نیاز است. یک راهکار گریز از این عدم قطعیت ها، بهره گیری از تحلیل قابلیت اطمینان می باشد. در این روش عدم اطمینان به صورت پراکندگی آماری مورد توجه قرار می گیرد و بجای تعیین یک مقدار مشخص برای هر پارامتر، یک تابع توزیع احتمال به آن اختصاص داده می شود. در این پروژه، برای تحلیل پایداری دیواره نهایی معدن شماره یک گل گهر، با برداشت داده های لازم از گمانه های ژئوتکنیکی در 11 مقطع مختلف کاواک به تعیین توزیع فاکتور ایمنی با استفاده از روش احتمالاتی مونت کارلو پرداخته شد. نتایج حاصل از این تحلیل گویای ناپایدار بودن اغلب دیواره های معدن بود، به منظور ارائه طرح شیب پایدار، تأثیر توأمان کاهش شیب و زهکشی مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج تحلیل احتمالاتی و قطعی نشان داد که با توجه به عدم قطعیت ها در مقاطع مختلف، برای پایدارسازی در بعضی مقاطع در سطح اطمینان 95%، به فاکتور ایمنی بیش از 3/1 نیاز است و در برخی مقاطع مقدار فاکتور ایمنی 15/1 کافی است. در خصوص تحلیل پایداری پله ها، بر مبنای قابلیت اطمینان، غالب پله ها ناپایدار بودند. با اعمال کاهش شیب و زهکشی در تحلیل پایداری پله ها، نتایج نشان داد که در سطح اطمینان 95% فاکتور ایمنی 07/1 برای پایداری پله ها کافی است.

شبکه شکستگی ها به عنوان مجاری اصلی عبور آب در توده های سنگی محسوب می شوند. تعیین مسیرنشت آب درون درزه ها و مقدار هدایت هیدرولیکی برای مدیریت مسیر فرار آب و مسائل اقتصادی و همچنین پایداری سد بسیار مهم است. پس از تعیین مسیرهای فرار آب راستای چال های تزریق تعیین می شود. راستای گمانه های تزریق باید به گونه ای باشد که دسته درزه های حاکم بر نشت آب را قطع نماید چون در غیر این صورت کارایی پرده آب بند کاهش یافته و نیاز به حفاری گمانه های جدید است که هزینه بر خواهد بود. روش تانسور هدایت هیدرولیکی می تواند با لحاظ کردن پارامتر های ناپیوستگی ها به صورت قابل قبولی مسیرهای اصلی جریان آب از طریق ناپیوستگی ها را برآورد نماید. در این راستا، یکی از مهمترین پارامتر های ناپیوستگی یعنی بازشدگی را نمی توان به راحتی به دست آورد. بنابراین روش تانسور هدایت هیدرولیکی با توجه به قانون مکعب، نمی تواند به صورت مستقل به کار برده شود. از طرف دیگر مرسوم ترین روش برای تعیین هدایت هیدرولیکی سنگ های درزه دار استفاده از آزمایش لوژان می باشد. با استفاده از آزمایش لوژان نفوذ پذیری سنگ در اطراف گمانه به صورت مستقیم تعیین می شود، اما راستای تانسور نشت را نمی توان تعیین کرد. بنابراین برای محاسبه تانسور نشت در توده سنگ، نتایج آزمایش های هیدرولیکی برجا و تانسور هدایت هیدرولیکی ترکیب می شوند. در این پایان نامه پس از برداشت ویژگی های هندسی درزه های ساختگاه، نفوذپذیری توده سنگ با استفاده از روش تانسور هدایت هیدرولیکی محاسبه و بر اساس آن جهت بهینه ی حفر چال های تزریق پیشنهاد شده است. سپس کارایی جهت چال های پیشنهادی در تزریق زون های گسله بررسی شده و در زون های ناکارامد الگوی پیشنهادی اصلاح شد. همچنین با استفاده از نتایج آزمایش های لوژان مقادیر اصلی تانسور هدایت هیدرولیکی اصلاح گردید.

سازه های فروشویی توده ای که از اجزای مهم فرآوری و استخراج فلزات در معادن می باشند، ساختارهایی متشکل از خاک و ژئوسنتتیک (ژئوممبران ها) هستند. زمانیکه یک ژئوسنتتیک در توده خاکی قرار می گیرد، پیوند بین این دو برای جلوگیری از لغزش خاک بر روی ژئوسنتتیک یا بیرون کشیده شدن ژئوسنتتیک از خاک بر اثر نیروهای کششی از اهمیت زیادی برخوردار است. در سازه های فروشویی توده ای، خاک معدنی بصورت پله هایی برروی بستری شیبدار متشکل از چند لایه طبیعی (خاک رس و ومخلوط متراکم) و مصنوعی (ژئوممبران) قرار می گیرد و می تواند ارتفاعی بیش از 100 متر داشته باشد، در نتیجه دارای پتانسیل لغزش خواهد بود. ناپایداری و لغزش در سازه های فروشویی توده ای از نظر زیست محیطی و اقتصادی اهمیت زیادی دارد. این ناپایداری می تواند ناشی از مقاومت برشی پایین ژئوممبران و خاک، وزن توده معدنی و سطح اسید در سازه باشد. برای این تحقیق پایداری سازه فروشویی توده ای شماره 2 معدن مس سرچشمه مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا برای انجام یک تحلیل پایداری مناسب با توجه به اهمیت پارامترهای مقاومتی سطح تماس ژئوممبران و خاک، این پارامترها با استفاده از آزمایشات رفتار برشی مستقیم تعیین گردید و سپس تحلیل پایداری بر اساس روش های عددی و با استفاده از نرم افزار اجزا محدود abaqus انجام شد. نتایج حاصل نشان می دهند که سطوح احتمالی لغزش در توده معدنی و در امتداد سطج تماس ژئوممبران و خاک تشکیل می گردد. با افزایش ارتفاع محلول اسیدی در توده معدنی ضریب اطمینان کاهش می یابد که این موضوع نشان می دهد یک سیستم زهکشی مناسب برای جلوگیری از عدم تشکیل سطح اسید در توده معدنی، اهمیت بسیار زیادی دارد. همچنین نتایج حاصل از توزیع تنش ها در ژئوممبران نشان داد که تنش های کششی نسبتا بالایی در برخی مناطق بخصوص در شیب های تند شکل می گیرد، این تنش ها در طولانی مدت می توانند آثار مخربی بر روی ژئوممبران داشته باشند.

روانگرایی خاک ها در اثر بارگذاری های دینامیکی همواره نگرانی مهمی برای کارهای مهندسی ژئوتکنیک بوده است که در طی آن خاک بصورت آنی مقاومت برشی خود را از دست می دهد. وضعیت لرزه خیزی شهر تبریز و نیز نوع دانه بندی خاک های واقع در مسیر خط دو متروی تبریز و عمق آب زیرزمینی در نقاط مختلف آن، این نهشته ها را مستعد روانگرایی ساخته است. عملکرد لرزه ای سازه های زیرزمینی حفر شده در خاک های با استعداد روانگرایی در طی زمین لرزه های گذشته، ارزیابی پتانسیل روانگرایی نهشته های مذکور را ضروری می-سازد. مدل های تجربی موجود برای این امر، ارزیابی پتانسیل روانگرایی را منحصرا در نقاط نمونه برداری شده امکان پذیر می سازند.

قنات از قدیمیترین روشهای استخراج آبهای زیرزمینی است که از 22 سال پیش بده -خصوص در ایران رایج بوده است. با توسعه بدی رویده شدهرها و تیییدر سیسدتم آبرسدانی شدهری بسیاری از قناتها متروکه شدهاند. در شهر کرمان نیز رشته قناتهای زیدادی وجدود دارد. امدروزه نشست ساختمانها مشکلات ناشی از عدم شناخت دقیق مکان قناتها در زیر زمین را نشدان مدی دهد. چند رشته قنات در پردیزه افضلیپور دانشگاه شهیدباهنر کرمان وجود دارند که بخش عمدده چاهها به علت سداخت و سداز پنهدان شدده اندد. در قسدمت هدایی کده چداه هدای پنهدان وجدود دارد شکستگی در ساختمانها و در قسمتهایی که ساخت و سازی صورت نگرفته است وجود میلههدا دال بر وجود قنات میباشد. در این تحقیق شناسایی رشته قناتهای موجود در پردیزه افضدلی پدور دانشگاه شهیدباهنر کرمان مورد توجه قرار گرفت. بدین منظور ابتدا عکسهای هوایی در سه بدازه 3131 و 3132 ژئورفرنس گردید و میلههای قناتها بارزسازی شددند. سدپس در ندرم زمانی 3111 افزار arcmap مسیر قناتها رسم گردید و بر روی تصویر ماهوارهای فعلی دانشگاه منطبق گردید. مطالعات انجام شده بر روی پردیزه افضلیپور دانشگاه شدهید بداهنر حداکی از وجدود هشدت رشدته قنات در منطقه مورد مطالعه میباشد. تعداد میله قناتها در منطقه مورد مطالعه 304 میباشد. تعدداد 02 ساختمان در مسیر رشته قناتها واقع شدهاند. در نهایت بهمنظور بررسی دقیقتر موقعیت قنات ها و همچنین تخمین عمق آنها روش مقاومتویدژه الکتریکد ی در محددوده هدا یی کده سداخت و سازی انجام نشده مورد استفاده قرار گرفت. بدین منظور برداشتهای دوبعدی مقاومت ویژه در دو پروفیل در دو منطقه متفاوت از پردیزه افضلیپور دانشگاه شهید باهنر کرمان و در جهت عمدود بدر مسیر قناتها که با استفاده از مطالعات دورسنجی مشخص شده بود انجام شد. بدا اسدتفاده از رو ش مقاومت ویژه عمق تقریبی قناتها در پروفیل اول 30 متر و در پروفیل دوم شش متر تفسیر شد. این مطالعه نشان داد که میتوان از عکسهای هوایی به نحو مطلوبی جهت تعیین مسیر رشته قناتهدا ی مدفون مخصوصا" در مناطقی که ساخت و سداز انجدام شدده اسدت اسدتفاده نمدود. همچندین روش مقاومت ویژه جهت بهینهسازی موقعیت قناتها و تخمین عمق آنها مناسب میباشد.

چکیده ندارد.

تونل انتقال آب قشلاق در 12 کیلومتری شمال شرقی شهر سنندج قرار دارد. هدف از احداث تونل، انتقال آب از دریاچه پشت سد قشلاق(وحدت ) به میزان 6 متر مکعب بر ثانیه به منظور تامین آب شرب درازمدت شهر سنندج و آب مورد نیاز 2750 هکتار از زمینهای کشاورزی پایین دست می باشد. در این تحقیق که به منظور تحلیل پایداری تونل انتقال آب قشلاق و ارائه سیستم نگهداری بهینه صورت گرفته، از چهار روش تحلیل تجربی، تئوری، ساختاری و عددی استفاده شده است . با توجه به عواملی مانند ارتفاع روباره، هوازدگی، وجود آب و امتداد تونل، تونل قشلاق به دو بخش a و b تقسیم شد. با استفاده از روش تجربی این نتیجه حاصل شد که تونل در بخش b نیاز به نگهداری موقت دارد. نتایج روش تئوری نشان داد که در بخش b تغییر شکل پلاستیک ایجاد خواهد شد. تحلیل ساختاری نیز با استفاده از نرم افزارunwedge برای بخشهایی از تونل که امکان تشکیل گوه وجود داشته، انجام شد. نتایج تحلیل پایداری به روش عددی با استفاده از نرم افزار phases نیز موید نتایج حاصل از تحلیلهای تجربی و تئوری بود. طرح نگهداری نهایی، که بوسیله نرم افزارphases مدلسازی شد، 20 سانتیمتر پوششی بتنی که 10 سانتیمتر آن توسط الیاف فولادی مسلح شده، پیشنهاد شد. نتایج نرم افزارunwedge نشان داد که برای نگهداری گوه ها باید از پیچ سنگ به طول و فاصله 1/5 متر استفاده شود.

سازه فروشویی شماره 2 سرچشمه در مساحتی بالغ بر 300000 مترمربع بر روی دره ای شیبدار در غرب معدن بنا شده است . فونداسیون این سازه بایستی پایدار باشد بگونه ای که از حرکت یا گسیختگی بستر لاینر تحت وزن توده اکسیدی که ممکن است به ارتفاع نزدیک به 90 متر برسد، جلوگیری کند.

با افزایش عمق محدوده معدنکاری در معدن سنگ آهن چغارت، نفوذ آب به درون معدن نه تنها کاهش راندمان عملیات را در پی داشته بلکه هزینه های عملیات معدنکاری را به شدت افزایش داده است. براساس قیمتهای سال 1378، هزینه سالیانه ناشی از نفوذ آب در معدن در حدود ده میلیارد ریال برآورد شده است. این نکته ضرورت بررسی رفتار هیدروئولوژیکی توده سنگهای محدوده معدن را نشان می دهد. آبهای موجود در محدوده معدن تنها از طریق جریانهای زیرزمینی تغذیه می شوند و به علت نفوذپذیری بسیار پایین ماده معدنی و سنگ دربرگیرنده آب تنها در مسیر شکستگیهای نفوذپذیر موجود در معدن جریان می یابد. در طی این تحقیق مشخص گردید که به لحاظ تئوریکی امکان حرکت آبهای زیرزمینی از سفره های قطروم و حسن آباد به سمت محدوده عملیاتی معدن وجود دارد. ضروری است که قطعیت این موضوع به کمک آزمایشات خاص مورد بررسی قرار گیرد. علاوه بر آن با توجه به عملکرد ساختارهای مختلف زمین شناسی لزوم استقرار یک شبکه پیزومتری در درون و خارج از محدوده معدنکاری و نیز انجام آزمایشات پمپاژ محرز گردید. به کمک شبکه پیزومتری و آزمایشات پمپاژ می توان به شناسایی رفتار آبهای زیرزمینی، تعیین خصوصیات هیدرولیکی توده سنگ، رد یا قبول فرضیه های مطرح شده در ارتباط با چگونگی نفوذ آب به درون معدن و نهایتا به طراحی روشهای زهکشی در معدن پرداخت. با توجه به بررسیهای انجام شده، زهکشی به کمک حفر چاههای پمپاژ در نواحی مناسب در داخل و خارج معدن به منظور جلوگیری از ورود آب به محدوده عملیاتی و حفر چالهای افقی در دیواره های معدن از جمله روشهایی است که می توانند در کوتاه مدت مشکلات نفوذ آب در معدن را کاهش دهند. ارائه طرح بلندمدت پس از مطالعه برروی نتایج طرح کوتاه مدت و آزمایشات تکمیلی امکان پذیر است.

پیشرفت عملیات استخراجی در عمق، تغییراتی را در میدان تنش بدنبال خواهد داشت . بررسی روند این تغییرات در مراحل مختلف معدنکاری با توجه به ناپایداری در بعضی از دیواره های معدن هر روز محسوس تر می گردد.بدلیل عملکرد عوامل تکتونیکی در معدن مس سرچشمه ، چندین سیستم شکستگی توده سنگهای معدن را متاثر ساخته و محیطی با خردشدگی بالا را بوجود آورده است. در این تحقیق به منظور تحلیل پایداری دیواره غربی ناپیوسته ، نمونه سنگهایی انتخاب و مشخصات ذاتی ناپیوستگیها از طریق انجام آزمایشهای آزمایشگاهی برروی آنها تعیین گردید.با توجه به وضعیت محیط از جهت ناپیوستگیها ، با استفاده از روش عددی المان مجزا تحلیل پایداری در مقاطع تهیه شده از دیواره غربی معدن انجام و وضعیت پایداری آن در جهات مختلف این دیواره مورد بررسی قرار گرفت.