در روش حفر مکانیزه مدت زمان حفر تونل را نرخ پیشروی ماشین تعیین می کند. از فاکتور های مهم که بر سرعت حفاری یا نرخ پیشروی tbm تأثیر می گذارد، نرخ نفوذ آن است. نرخ نفوذ، نسبت فاصله حفاری شده به زمان انجام آن در طول حفاری پیوسته است. روشهای پیش بینی نرخ نفوذ به طور کلی در چهار گروه اصلی روش های تجربی، تئوری، شبیه سازی با شبکه عصبی مصنوعی و روش عددی قرار می گیرند. مدلی می تواند پیش بینی قابل قبولی از نرخ نفوذ ارائه دهد که در آن، مجموعه ای از پارامتر های موثر از قبیل سنگ بکر و توده سنگ به همراه مشخصات ماشین مد نظر قرار گرفته باشد. در بسیاری از مدلهای تجربی و تئوری ارائهشده، تنها یک یا تعداد اندکی از پارامتر ها را شامل می شوند که خود می تواند دلیلی بر عدم جامعیت آنها باشد. شبکه عصبی مصنوعی می تواند ارتباط پارامترهای موثر بیشتری را در نظر بگیرد. یکی از اهداف این پروژه پیش بینی نرخ نفوذ با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی در تونل بلند زاگرس و هدف دیگر آن، بررسی اثر پارامترهای هندسی درزه های مجزا بر نرخ نفوذ tbm با استفاده از روش ترکیبی جدید شبکه درزه مجزا- روش المان مجزا در همان تونل می باشد. پارامترهای هندسی درزه ها و همچنین خصوصیات مکانیکی سنگ و درزه ها از تونل زاگرس برداشت شده است، همچنین با استفاده از کد fraciut2d که به زبان c مبتنی بر روش مونت-کارلو نوشته شده است مدلهای شبکه درزه مجزای زیادی تولید و و اثر درزه داری توده سنگ بر نرخ نفوذ به وسیله ی روش المان مجزا تحلیل شده است. سطح تراشه شدگی در اثر نیروی دیسکهای tbm می تواند بیانگر نرخ نفوذ باشد. ضرایب تطبیق 83 درصد و 79 درصد بین مقادیر پیش بینی شده با شبکه عصبی مصنوعی و مقادیر واقعی به ترتیب در مجموعه آزمون و مجموعه داده های نیم کیلومتر جدید، نشان می دهد که شبکه ساخته شده ابزاری مناسب به منظور پیش بینی نرخ نفوذ در این پروژه می باشد. با توجه به تحلیل حساسیت انجام شده در یک مقطع سنگی بر روی نیروی پیشران و گشتاور، می توان گفت که مقدار نیروی پیشران و گشتاور در یک حد بهینه موجب افزایش نرخ نفوذ می شوند و به منظور دستیابی به نرخ نفوذ قابل قبول در این مقطع سنگی بهتر است مقدار نیروی پیشران و گشتاور به صورت هماهنگ تغییر کنند. نتایج مدلسازی های عددی نشان می دهد که میزان افزایش سطح تراشه نسبت به سنگ بکر از تابع توزیع نرمال با میانگین 07/46 و انحراف معیار 51/15 تبعیت می کند. با احتمال 80 درصد، میزان افزایش سطح تراشه نسبت به حالت سنگ بکر بیش از 33 درصد و با احتمال 95 درصد، میزان افزایش سطح تراشه نسبت به حالت سنگ بکر بیش از 20 درصد است. همچنین از مقایسه کیفی بین نتایج این دو روش با تعدادی از روشهای تجربی ارائه شده این نتیجه حاصل شد که این دو روش مناسب ترین روشها می باشند اما در عین حال روش عددی نسبت به روش شبکه عصبی مصنوعی این برتری را دارد که روش عددی می تواند در مرحله طراحی استفاده شود در حالیکه روش شبکه در مرحله اجرا قابل استفاده است.

تونل انتقال آب سبزکوه به طول تقریبی 11 کیلومتر در راستای تقریباً شمالی- جنوبی از ارتفاعات کلار مشرف بر دریاچه سد چغاخور در استان چهارمحال و بختیاری و در حدود ?0 کیلومتری جنوب شهرکرد می گذرد و هدف نهایی آن انتقال 90 میلیون متر مکعب آب در سال از حوزه سبزکوه به سد چغاخور و تأمین آب مورد نیاز برای مصارف کشاورزی و شرب شهرستان بروجن از طریق افزایش ارتفاع این سد است. هدف اصلی این تحقیق، انتخاب یک tbm مناسب برای حفاری تونل انتقال آب سبزکوه و تعیین پوشش سگمنتی این تونل می باشد. با استفاده از نتایج آزمایش های آزمایشگاهی و برداشت های صحرایی، توده های سنگی مسیر تونل مورد مطالعه بر اساس سیستم های طبقه بندی rmr، q و gsi طبقه بندی شده و پارامترهای ژئومکانیکی توده های سنگی با استفاده از روابط تجربی رایج، تخمین زده شده است. در نهایت سه زون ژئوتکنیکی با ویژگی های زمین شناسی و پارامترهای ژئومکانیکی تقریبا مشابه برای توده های سنگی مسیر تونل انتقال آب سبزکوه تعیین گردیده است. انتخاب tbm مناسب برای حفاری تونل انتقال آب سبزکوه با بررسی ویژگی-های زمین شناسی و پارامترهای ژئومکانیکی هر یک از این سه زون و نیز مطالعه خصوصیات و شرایط کاربرد انواع tbmهای مورد استفاده برای حفاری سنگ انجام شده است. با توجه به پارامترهای ژئومکانیکی هر زون و خصوصیات ماشین انتخاب شده، تحلیل عددی به روش پیوسته و با استفاده از نرم افزار flac3d انجام شده است. شرایط تحلیل برای هر کدام از زون ها به صورت شرایط خشک و شرایط همراه با آب زیرزمینی بوده است و برای زون هایی که تحت فشار بالای هیدرواستاتیک بوده اند، تحلیل ها با در نظر گرفتن زون پیش تزریق انجام شده است. از آنجایی که زون های مسیر تونل انتقال آب سبزکوه به واسطه روباره زیاد و نیز خواص ژئومکانیکی ضعیف مستعد پدیده مچاله شوندگی هستند، در نظر گرفتن اضافه حفاری بهینه برای tbm به منظور جلوگیری از گیر کردن سپر فولادی آن و وارد شدن بارهای فراتر از مقاومت سگمنت های بتنی، در تمام تحلیل های فوق ضروری است. تعیین میزان میلگرد فولادی لازم برای تسلیح سگمنت های پوششی تونل بر اساس آئین نامه aci 318 – 5 انجام گرفته است. در نهایت پس از بررسی نتایج حاصل از تحلیل-های عددی، ضخامت و میزان تسلیح فولادی بهینه پوشش سگمنتی بتنی تونل تعیین شده است.

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 مراحل اولیه طراحی یک سازه ی سنگی و یا خاکی، آزمایش های آزمایشگاهی و درجا و جداول و نمودارهای پیشنهادی، ابزار مناسبی جهت قضاوت هستند. اما به دلیل محدودیت در انجام آزمایش ها و عدم آگاهی از عکس العمل توده ی خاک یا سنگ نمی توان نتیجه نهایی را گرفت. به همین دلیل پس از شروع ساخت سازه، در مراحل مختلف، اطلاعات مهندسی از سازه و محیط اطراف آن کامل تر می شود. رفتارنگاری سریع ترین و ارزان ترین روش برای تکمیل این اطلاعات بشمار می رود. از بین روش های مختلف رفتارنگاری اندازه گیری جابجایی ها به دلیل سادگی و بیان صریح عکس العمل سازه ،بیش از دیگر روش ها کاربرد دارد. طرح سد ونیروگاه برق آبی مسجد سلیمان در جنوب غربی ایران ، دراستان خوزستان و در 30کیلومتری شمال شرقی شهر مسجد سلیمان، بر روی رودخانه کارون اجرا شده است. زمین شناسی منطقه مورد نظر در محل نیروگاه سد مسجد سلیمان همانند وضعیت زمین شناسی زاگرس کوهپایه ای، چین خورده می باشد. این واحد زمین شناسی از توالی لایه های گل سنگ ، کنگلومرا و ماسه سنگ تشکیل شده است. مغار اصلی فاز یک با عرض 30 متر،ارتفاع 50 مترو طول 125 متر، در این لایه ها حفر شده است. ویژگی بارز این واحد زمین شناسی، تورم پذیر بودن لایه های گل سنگی آن است. با توجه به اهمیت تأثیر این رفتار تورمی بر جابجایی های رخ داده در مغار و با بررسی برخی کارهای انجام شده در خصوص تورم تاکنون، ویژگی های مربوط به حد فاصل لایه های تورمی گل سنگ با سایر لایه ها، سختی نرمال و سختی برشی، به منظور انجام تحلیل برگشتی انتخاب شدند. زمانی که درزه ها و لایه بندی، مغار را قطع می کند، روش المان مجزاء، که محیط های ناپیوسته و درزه دار را بررسی می کند، یک ابزار قوی برای مدل سازی این محیط ها مطرح می شود. تحلیل حساسیت در خصوص پارامترهای سنگ بکر، چسبندگی و زاویه اصطکاک و همچنین پارامترهای مربوط به حد فاصل انجام و پارامترهای مهم شناسایی و کالیبره گردیدند. نتایج نشان دادند که جابجایی ها نسبت به پارامترهای سنگ بکر و همچنین پارامترهای مقاومتی حد فاصل، چسبندگی و زاویه اصطکاک، حساسیت کمتری نشان می دهد. در این پایان نامه، مدل عددی منطقه اطراف مغار نیروگاه فاز اول سد مسجد سلیمان ساخته و رفتار تورمی لایه های گل سنگی موجود در منطقه بررسی گردید که بدین منظور،خصوصیات مربوط به حد فاصل لایه ی گل سنگ با سایر لایه ها در منطقه، با استفاده از روش تحلیل برگشتی مستقیم، مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج حاصل از تحلیل برگشتی و تحلیل حساسیت پارامترها، کمترین مقدار تابع خطا در میان مدل های موجود، شناسایی گردید که نهایتاً بهترین مقدار برای سختی نرمال و سختی برشی مربوط به حد فاصل لایه گل سنگ با سایر لایه ها، به ترتیب 108×5 پاسکال/متر و 107×2 پاسکال/متر به دست آمد و مطابق با این مقادیر، یکسری مدل های پیش بینی به منظور ارزیابی جابجایی ها در آینده ارائه شده است. نتایج حاصل از مدل های پیش بینی حاکی از آن است که اکثر جابجایی های به دست آمده در محدوده سمت راست سقف مغار و دیواره های راست و چپ آن، از مقادیر مجاز جابجایی های مربوط به بولت های نصب شده، متجاوز است که این موضوع، وضعیت ناپایداری را در این محدوده ها نشان می دهد و تقویت سیستم نگهداری و استفاده از بولت ها با طول و ظرفیت بالاتر را می طلبد.

اجرای سازه های بزرگ زیرزمینی، انتخاب شکل هندسی و اندازه مقطع، تحلیل پایداری و طراحی سیستم نگهداری آن ها، تابع خواص ژئومکانیکی و شرایط تنش منطقه می باشد. تعیین پارامترهای مقاومتی توده سنگ، خصوصاً سنگ های شکسته مشکل می باشد. در صورت داشتن خواص مقاومتی توده سنگ، طراحی و اجرای سازه هایی که بر سنگ و یا در سنگ قرار دارند با مشکلات کمتری مواجه خواهد شد. برای دستیابی به این مهم یا باید بطور مستقیم با انجام آزمایشات برجا، خواص مقاومتی و تغییرشکل پذیری توده سنگ را تعیین کرد، و یا با استفاده از نتایج ابزار دقیق و به کمک تحلیل برگشتی پارامترهای مقاومتی توده سنگ را ارزیابی کرد. استفاده از تحلیل برگشتی می تواند در این خصوص بسیار با اهمیت و کم هزینه تر از انجام آزمایشات مستقیم باشد. راه آهن اصفهان- شیراز یک پروژه ملی است و شامل پنج تونل به طول 5/4151 متر می باشد. از این پنج تونل، تونل شماره 1 و 2 دارای شرایط تکتونیکی پیچیده ای می باشند. تونل شماره 1 راه آهن اصفهان-شیراز که در این مطالعه مورد تحلیل قرار گرفته است، در زون تحت تنش سنندج-سیرجان واقع شده است. قبل از حفر تونل هیچگونه مطالعات ژئومکانیکی و ژئوفیزیکی جهت شناسایی جنس طبقات و وضعیت آب در مسیر تونل انجام نشده است. این تونل در سازند شمشک متعلق به دوره ژوراسیک واقع شده و از نظر وضعیت و تشکیلات زمین شناسی اغلب شامل شیل های زغالی و لنزهای ماسه سنگی می باشد. در زمان حفرتونل، به دلیل مشکلات ناشی از ناپایداری تونل، مترهای همگرایی جهت اندازه گیری همگرایی دیواره ها بعد ازحفر و در زمان حفاری، نصب شده است. با توجه به تغییرشکل های زیاد که با گذشت زمان مقدار آن ها در حال افزایش بوده است، نیاز به تعیین تنش های برجا و پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ می باشد. در این مطالعه برای اولین بار تحلیل برگشتی بهینه شده مستقیم با استفاده از الگوریتم ژنتیک برای تونل شماره 1 راه آهن اصفهان- شیراز بوسیله ی نرم افزار سه بعدی تفاضل محدود (flac3d) انجام شده است. مدول الاستیک، چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی و نسبت تنش های برجا با به کارگیری روش جدیدی تعیین شده اند. در این روش همگرایی تونل بصورت تابعی از این پارامترها درنظرگرفته شد و با انتگرال گیری از دیفرانسیل این تابع، معادلاتی بدست آمد. با حل این معادلات بوسیله ی الگوریتم ژنتیک، پارامترها تعیین شدند. نتایج تحقیق نشان می دهد که پارامترهای محاسبه شده، تطابق خوبی با شرایط زمین شناسی و تکتونیکی منطقه دارند. استفاده از الگوریتم ژنتیک نشان می دهد که این روش، ابزار قوی برای ارزیابی و بهینه سازی پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ می باشد. انجام تحلیل حساسیت بر روی نسبت تنش های برجا و پارامترهای ژئومکانیکی توده سنگ نشان می دهد که همگرایی تونل به شدت به مدول تغییرشکل پذیری توده سنگ و نسبت تنش های برجا وابسته می باشد. همچنین در این مطالعه، سیستم نگهداری موقت تونل مورد تحلیل قرار گرفته است. سیستم نگهدارنده موقت تونل مورد مطالعه شامل اجرا و نصب قاب های فولادی و شبکه های فولادی و شاتکریت است. در این مطالعه با استفاده از روش اثر متقابل نگهداری- زمین، بارهای اعمالی بر روی نگهداری موقت تعیین و با استفاده از دیاگرام های ظرفیت نگهداری، ایمنی این سیستم نگهداری بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که سیستم نگهداری از ایمنی لازم برخوردار نمی باشد.

کنترل آبهای زیرزمینی همواره یک مساله ی مهم در احداث بیشتر سازه های زیرزمینی در توده سنگ می باشد. عدم کنترل این عامل می تواند بیش از هر عامل دیگری دلیل اصلی هزینه ی اضافی و تاخیر در برنامه ی ساخت سازه گردد. از این رو تخمین مناسب نرخ نفوذ آب می تواند در تعیین راستای بهینه ی حفر تونل، نیاز احتمالی نگهداری زمین، به دست آوردن یک برنامه ی دقیق و تخمین هزینه بسیار مهم باشد. در این پایان نامه سعی شده است روشی به کار گرفته شود که امکان تعیین دبی نفوذی به تونل با در نظر گرفتن دقیق سیستم درزه ی موجود در منطقه در آن وجود داشته باشد. بدین منظور اقدام به توسعه ی کدی مکمل گردید که در آن به عنوان پایه از ترکیب کدهای fraciut3d و fluiut3d استفاده شده است که به ترتیب به منظور تولید شبکه ی درزه و حل جریان در سیستم درزه طراحی شده اند. این کدها قابلیت مدل کردن درزه ها را به صورت دیسکی و سه بعدی داشته و برای حل جریان از روش شبکه ی جریان لوله ای استفاده می کنند. در کد توسعه داده شده، تونل به صورت استوانه در نظر گرفته شده است که در مقابل تونل های خطی که در روش شبکه ی جریان لوله ای استفاده می شوند یک روش جدید محسوب می شود. به عنوان مطالعه ی موردی ، تونل بلند زاگرس انتخاب شد که از داده های زمین شناسی آن برای ساخت مدل استفاده شده است. چگالی سه بعدی، که یکی از پارامترهای ورودی به مدل به شمار می رود، با استفاده از یک تحلیل برگشتی ساده و با دانستن تعداد برخورد درزه با پنجره ی برداشت محاسبه شده است. با استفاده از ساخت شبکه ی شکستگی های مختلف ابتدا مدل مورد نظر از لحاظ هندسی به وسیله ی آزمون واتسون- ویلیامز با منطقه ی مورد مطالعه مطابقت داده شد. به منظور واسنجی هیدرولیکی مدل، از داده های آزمایش های لوژان انجام شده در منطقه استفاده شده است. از آنجاکه این کد قابلیت انجام چنین آزمایشی را در خود نداشت، کد مکمل دیگری توسعه داده شد و سپس این آزمایش ها در آن صورت گرفت. بازشدگی درزه به دست آمده از این مرحله برای ادامه ی مدلسازی ها مورد استفاده قرار گرفت. با استفاده از نتایج به دست آمده، تنسور نفوذپذیری موجود در منطقه، به منظور بررسی امکان جهت یافتگی جریان، محاسبه و از آن برای بررسی عدم قطعیت نتایج به دست آمده در مرحله ی قبل استفاده گردید و پس از اطمینان از صحت مدلسازی به تعیین میزان دبی نفوذی به درون تونل پرداخته شد. بررسی تنسور نفوذپذیری منطقه نشان داد که سیستم درزه ی موجود در محیط مورد مطالعه، باعث هدایت جریان به جهت خاصی نمی گردد، بنابراین در تعیین راستای بهینه ی حفر تونل عامل ناهمسانگردی در نفوذپذیری تاثیرگذار نیست. مقایسه ی مقدار نفوذپذیری به دست آمده با اعداد لوژان مورد استفاده در مدل نشان داد که نفوذپذیری حاصل از مدل مطابقت بیشتری با روابط تجربی دارد. میزان دبی به دست آمده از مدل نیز از مقدار بیشتری نسبت به مقادیر پیش بینی شده توسط روابط تحلیلی برخوردار بود.

یکی از عوامل مهمی که در توده سنگ های ضعیف باعث بروز مشکل در عملیات تونل سازی می شود، پدیده مچاله شوندگی است. تنش های القایی باعث ناپایداری در سنگ های ضعیف می شوند که با مفهوم مچاله شوندگی توصیف می شوند. مچاله شوندگی رفتاری در رابطه با تغییر شکل توده سنگ ضعیف و ویژگی های مقاومتی آن می باشد. این پدیده با تغییر شکل های بزرگ و همگرایی های وابسته به زمان در طی حفاری تونل همراه است. در اثر ایجاد و ترکیب تنش های القایی، تنش موجود از حد مقاومت برشی گذشته و توده سنگ به داخل محدوده حفر شده رانده می شود. این تغییر شکل ها ممکن است در طی حفر تونل یا در دوره زمانی طولانی مدت ادامه داشته باشد. تونل انتقال آب گلاب در استان اصفهان در حاشیه جنوب شرقی دره زاینده رود و سد تنظیمی زاینده رود واقع شده است. این تونل با هدف انتقال آب زاینده رود به کاشان به میزان 2 متر مکعب در ثانیه حفر شده است. این پروژه به طول تقریبی 5/10 کیلومتر، شامل تونل اصلی، تونل دسترسی و ایستگاه پمپاژ زیرزمینی می باشد. روش حفاری این تونل به صورت مکانیزه و با استفاده از یک دستگاه ماشین حفاری تمام مقطع با شیلد تلسکوپی و سیستم نگهداری آن پوشش بتنی پیش ساخته (سگمنت) از نوع هگزاگونال می باشد که از دهانه ورودی به سمت دهانه خروجی با شیب منفی حفاری شده است. توده های سنگی مسیر تونل عمدتاً انواع سنگ های شیست، میکاشیست، اسلیت، شیل، ماسه سنگ، سنگ آهک و کنگلومرا می باشد. بنابراین احتمال پتانسیل مچاله شوندگی در سنگ های فوق وجود دارد. به همین منظور در این پروژه، به ارزیابی این پدیده به روش های تجربی، تحلیلی و نیمه تحلیلی پرداخته شده است. سپس مقطع بحرانی از نظر بیشترین پتانسیل مچاله شوندگی تعیین شده و در نهایت مدل سازی عددی این پدیده انجام شده است. در این تحقیق بر اساس نتایج حاصل از روش های تجربی و تحلیلی، توده سنگ های مقطع فیلیتی به عنوان مقطع مچاله شونده شناسایی شد. در مرحله بعد پارامترهای خزشی مقطع فیلیتی مطابق با مدل برگر در آزمایشگاه استخراج شد. سپس مدل سازی مقطع فیلیتی با استفاده از نرم افزارهای flac2d وflac3d با مدل برگر به مدت 100 روز (دراز مدت) انجام شد. نتایج این مدل سازی جابجایی های بسیار بزرگی را نشان داد که ناشی از کیفیت بسیار پایین توده سنگ در این پهنه از تونل است. نتایج مدل سازی عددی در کوتاه مدت، نشان داد که سپر tbm در این مقطع گیر خواهد کرد. همچنین مدل سازی این مقطع در دراز مدت، ناپایداری و شکست سیستم نگهداری سگمنتی را نشان داد. طبق گزارشات محلی پروژه، سیستم نگهداری سگمنتی این پهنه از مسیر تونل، دچار شکست شده که با نتایج حاصل از روش های عددی و تحلیلی مطابقت دارد. در پایان این مطالعه نیز، برای سیستم نگهداری مقطع فیلیتی پیشنهاداتی داده شده است.

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.

در حوزه های مختلف مهندسی سنگ نظیر طراحی سیستم نگهداری فضاهای زیرزمینی احداث شده در توده سنگ درزه دار، طراحی الگوی آتشباری توده های سنگی، بهینه سازی خردایش سنگ، تعیین بلوک دهی سنگ های ساختمانی و ... اطلاع دقیق از هندسه توده سنگ ضروری می باشد. انواع ناپیوستگی ها محیط سنگی را به صورت مجموعه ای از بلوک های سنگی در می آورند. هندسه بلوک ها یعنی شکل و حجم بلوک ها در کاربرد های مختلف در رفتار توده سنگ موثر هستند. بنابراین اطلاع از توزیع حجمی و شکل بلوک ها ضروری می باشد. یکی از اهداف انجام این پایان نامه بررسی روش های موجود تعیین هندسه بلوک های توده سنگ و انتخاب الگوریتم مناسب جهت تهیه برنامه کامپیوتری است و هدف اصلی تهیه برنامه کامپیوتری تعیین هندسه بلوک های توده سنگ می باشد. در این پایان نامه با استفاده از الگوریتم ماتریسی دو بعدی، برنامه کامپیوتری تعیین هندسه توده-سنگ در محیط نرم افزار matlab تهیه شده است. نتایج بدست آمده از برنامه کامپیوتری با توجه به اعتبار سنجی انجام شده صحیح می باشد. چند مثال کاربردی در زمینه سنگ ساختمانی، آتشباری، رقیق شدگی ماده معدنی در روش های استخراج تخریبی و پایداری بلوک های توده سنگ در معادن روباز و زیرزمینی با استفاده از این برنامه بررسی شده است. کلمات کلیدی: توده سنگ درزه دار، بلوک، برنامه کامپیوتری، روش های تعیین حجم و هندسه توده سنگ

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.

به منظور مدلسازی epb با روش المان مجزا، با استفاده از تکنیک آنالیز برگشتی تست برش پارامترهای میکرومکانیکی خاک تعیین شده است. سپس نیروی فشار جبهه کار، تراست و گشتاور حاصله از مدلسازی با مقدار واقعی مقایسه شده است. سپس پارامترهای موثر بر سیستم محرکه ماشین مورد بررسی قرار 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.

چکیده با انجام تحلیل برگشتی پارامترهای مقاومتی می توان به پارامترهای ورودی برای تحلیل پایداری، طراحی بهینه نگهداری، تعیین ایمنی نگهداری و مدل سازی حفاری مکانیزهtbm و تعیین نشست سطحی ساختمانهای اطراف که مسئله بسیار مهمی در مناطق شهریست، پرداخت. هم چنین به دلیل پیچیدگی های ساختار زمین شناسی، تعداد زیادی از آزمایش های صحرایی برای تعیین این پارامترها نیاز است و این آزمایش ها هزینه و وقت زیادی را شامل می شود. بنابراین تحلیل برگشتی می تواند با صرف هزینه و وقت کمتری، روشی قابل قبول برای تعیین پارامترهای مقاومتی توده های سنگی و خاکی باشد. در این تحقیق تحلیل برگشتی پارامترهای مقاومتی در کل مسیر بر اساس داده های ابزار دقیق ارزیابی شده است. تاثیر هر یک از پارامترها با آنالیز حساسیت بررسی شده است. در تحلیل برگشتی خط a متروی قم از دو روش الگوریتم تک متغیره مستقیم و روش الگوریتم ژنتیک، پارامترهای مقاومتی با خطای قابل قبولی بدست آورده شده است. پارامترهای مجهول در آنالیز برگشتی ، مدول الاستیسیته، ضریب تنش های برجا، زاویه اصطکاک داخلی، چسبندگی می باشد. مقادیر بهینه این 4 پارامتر با استفاده ازتحلیل برگشتی به ترتیبmpa 25 ، 8/0، 30 درجه، kpa20 حاصل شده است. کلمات کلیدی: تحلیل برگشتی، پارامترهای مقاومتی، متروی قم، آنالیز حساسیت، الگوریتم تک متغیره، الگوریتم ژنتیک

خط a قطار شهری قم با طول حدود 14700 متر و تعداد 14 ایستگاه بوده که حفر ایستگاه های a14 تا a3 با ماشین تونل زنی (tbm) و ایستگاه های a3تا a1 به روش تونلسازی مرحله ای (سنتی)پیش بینی شده است. در این تحقیق به بررسی موضوع نشست در حدفاصل ایستگاه a3 (ولیعصر) تا a2 (بقیه الله) که با روش سنتی حفر می شود، پرداخته شده است. در ادامه با به کار گیری نرم افزار flac3d و تعیین پارامتر های مقاومتی به کمک تحلیل برگشتی، تاثیر حفاری تونل بر نشست سطح زمین بررسی شد.سپس محدوده تاثیر جبهه کار و همچنین تاثیر حفاری bench (بخش پایینی تونل) بر top(بخش بالایی تونل) و تاثیر طول گام های مختلف پیشروی مورد بررسی قرار گرفته است.با استفاده از مدلسازی عددی و تحلیل نتایج، مقدار بیشینه نشست 52/1 سانتی متر ارزیابی شده است که با حفاری قسمت bench این میزان به مقدار 62/2 سانتی متر رسید. با افزایش طول گام حفاری میزان نشست ها در سطح زمین افزایش پیدا می کند.در ادامه به بررسی نشست به کمک روابط تحلیلی و تجربی پرداخته شد و نتایج حاصل با روش عددی مقایسه شده است که تطابق نسبتا خوبی بین نتایج، حاصل شد. در بخشی دیگر از این تحقیق، با کمک داده های ابزار بندی موجود در یک ایستگاه ابزار بندی، مدلی در نرم افزار flac3d ساخته شد و نتایج بدست آمده از روش عددی و روش کارگاهی با یکدیگر مقایسه شده. نتایج حاصل از اندازه گیری های ابزار بندی و روش عددی تطابق خیلی خوبی را در ابزار نشست سنج و همگرایی سنج نشان داد.

شاتکریت عبارت است از بتن ویا ملاتی که با استفاده از هوای فشرده و با سرعت زیاد به سطح مورد نظر پاشیده و به صورت دینامیکی متراکم می شود. در سالهای اخیرافزایش حفاری های زیرزمینی، باعث شده است که شاتکریت به عنوان یکی از سیستم های نگهداری مورد توجه قرار گیرد. مزایای این روش عبارت اند از: سادگی روش اجرا، در دسترس بودن مصالح اولیه، عدم نیاز به فضای گسترده به منظور عملیات اجرایی، بالا بودن سرعت اجرا، این مزایا باعث شده است که پژوهش گران با بهره گیری از پیشرفت های بوجود آمده در زمینه تکنولوژی بتن به رفع معایب این سیستم بپردازند. در این تحقیق با بهره گیری از دانش تکنولوژی بتن و پیشرفت های بوجود آمده در زمینه بتن پلیمری با خواص مکانیکی بالاکه به صورت شاتکریت قابل اجرا باشد، طراحی شده است که این سیستم را به عنوان یک سیستم نگهداری دائمی مطرح می نماید. برای این منظور مطالعه دقیق برروی اجزاء تشکیل دهنده بتن و تاثیر خواص آنها بر بتن تازه و سخت شده، مورد بررسی قرار گرفت، این امر منجر به طراحی بتنی با خواص مکانیکی ایده آل گردید. در طرح اختلاط شاتکریت عوامل مهمی همچون میزان گیرش، میزان برجهندگی، وزن مخصوص، سرعت گیرش و مقاومت بتن مورد توجه قرار می گیرد، که این عوامل به، نسبت آب به سیمان، عیار سیمان، نسبت مصالح درشت دانه به ریزدانه، نوع و مقدار افزودنی ها، هوای داخل بتن ودر نهایت میزان مهارت فرد بتن پاش بستگی دارد. با توجه به خاصیت شکنندگی بتن، تسلیح این ماده به منظور افزایش شکل پذیری از اهمیت وجایگاه خاصی برخوردار است. یکی از راه های تسلیح بتن استفاده از میلگردهای فولادی است، اما با توجه به اینکه فولاد در دراز مدت بر اثر رطوبت خورده می شود و این امر باعث پوکی بتن شده، بنابراین جایگزین کردن مواد مصنوعی به جای میل گرد های فولادی ضروری است. در این تحقیق از الیاف بارچیپ برای تسلیح داخلی بتن استفاده شده است. این الیاف علاوه برخواص خوب مقاومتی، شکل پذیری زیاد داشته ودر محیطهای اسیدی خورده نمی شود، همچنین این الیاف در برابر آتش سوزی مقاومت بیشتری نسبت به سایر الیاف مصنوعی دارد. از آنجا که بتن یکی از پرکاربردترین مصالح در ساخت و سازها به شمار می رود، هرگونه پژوهش درزمینه ی بهبود خواص این ماده می تواند تأثیر شگرفی بر روند ساخت و سازها بگذارد. از طرفی یکی از عمده ترین ضعف های این نوع مصالح مقاومت برشی پایین آن است. در مناطق لرزه خیز و در سازه های بلند نیروی برشی ایجاد شده در اجزای باربر در اثرپدیده ی زلزله باعث افزایش ابعاد و در نتیجه افزایش جرم مشارکت کننده در زلزله و به دنبال آن رشد نیروی دریافتی می گردد. به همین دلیل افزایش مقاومت برشی و شکل پذیری برشی بتن برای سازه ها سود مند بوده ومقاومت آنهارا در برابر زلزله افزایش می دهد. در این پروژه با استناد به برداشت های آزمایشگاهی نشان داده می شود که مقاومت برشی و شکل پذیری برشی بتن را با استفاده از الیاف بارچیپ تا حد چشمگیری افزایش می یابد.نتایج حاصله از این پژوهش عبارت اند از: مقاومت کششی بتن و شاتکریت به ترتیب 25و16 درصد افزایش می یابد، همچنین مقاومت برشی بتن و شاتکریت 12درصد افزایش داشته است، مقاومت چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی نمونه های بتنی، مقاومت چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی نمونه های شاتکریتی به ترتیب 10، 11 ، 5 ، 14 افزایش می یابد.میزان بهینه الیاف برای بتن5.5 کیلوگرم در متر مکعب و برای شاتکریت 5 به دست آمد.

محل مناسب نصب ابزار دقیق تأثیر به سزایی بر کارایی و هزینه تمام شده ابزار، پایداری شیب و عملیات معدن کاری می گذارد. امروزه به علت لحاظ شدن ملاحظات ایمنی، نصب ابزار دقیق به عنوان مهم ترین ابزار کنترل کننده پایداری در کشور های پیشرفته مورد استفاده قرار گرفته است. معدن مس سرچشمه با سطحی معادل 6/3 کیلومترمربع شامل حداکثر 48 پله در دیواره غربی می باشد که در حال حاضر پایداری دیواره غربی آن از مسائل مهم و مورد توجه جدی معدن می باشد. با مطالعات انجام شده در خصوص وضعیت زمین شناسی و ژئومکانیکی توده سنگ های دربرگیرنده ماده معدنی و هندسه معدن، نصب ابزار دقیق در دیواره غربی به عنوان تنها عامل کنترل کننده پایداری در نظر گرفته شده است. برای مکان یابی محل مناسب نصب ابزار دقیق در دیواره غربی معدن مس سرچشمه از سامانه اطلاعات جغرافیایی استفاده شد. انتخاب نوع ابزار و تعیین مکان مناسب برای نصب آن نیاز به شناخت شرایط زمین شناسی، وضعیت ساختاری، خواص توده سنگ و هیدروژئولوژی ناحیه مورد مطالعه دارد. لذا می توان با تعیین و جمع آوری اطلاعات مذکور و تبدیل آن ها به نقشه ، فایل استفاده در سامانه اطلاعات جغرافیایی، محققان را در انتخاب محل مناسب برای نصب ابزار یاری کرد. سپس با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی، عملیات مکان یابی صورت گرفت. در این تحقیق از روش تحلیل سلسله مراتبی و روش منطق فازی استفاده شد. پارامتر های اساسی، سنگ شناسی، آلتراسیون، ارتفاع پیزومتری، گسل، وضعیت ناپیوستگی ها، فاصله داری ناپیوستگی ها، شاخص مقاومت زمین شناسی، امتیاز توده سنگ، ضریب کیفیت سنگ، مقاومت فشاری تک محوره، ارتفاع، شیب و جهت شیب مورد بررسی قرار گرفتند و به نقشه در سامانه اطلاعات جغرافیایی تبدیل شدند. لایه اطلاعاتی مربوط به هر پارامتر بر اساس وزن هر پارامتر، در نرم افزار arcgis9.3، کلاسه بندی و وزن دهی شد و در آخر عملیات تلفیق داده ها با استفاده از روش فازی و تحلیل سلسله مراتبی انجام گرفت. سپس نقشه مناطق مطلوب جهت مکان یابی محل مناسب نصب ابزار دقیق در دیواره غربی معدن مس سرچشمه تهیه شد. در نهایت با انجام عملیات کنترل صحرایی، چندین ناحیه جهت مطالعات تکمیلی در مناطق پیشنهادی مشخص گردید.

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.

با توسعه روزافزون جوامع شهری و افزایش نیازهای آبی ساخت تونل های انتقال آب طولانی اجتناب ناپذیر است. تونل انتقال آب چشمه روزیه به طول 3200 متر با هدف انتقال آب از چشمه روزیه به سمنان اجرا شده است و قرار است این تونل بخشی از طرح انتقال آب از دریای خزر باشد. با توجه به نفوذ آبهای زیرزمینی به درون تونل در حین ساخت و پس از آن، ارزیابی تراوش آب و کنترل مناسب آب به تونل دارای اهمیت زیادی می باشد. لذا در این تحقیق ابتدا مسیر تونل بر مبنای ملاحظات هیدرولیکی و زمین شناسی پهنه بندی شده است. سپس با توجه به میزان دبی آب ورودی به تونل در حین ساخت ضریب نفوذپذیری توده سنگ میزبان تونل در هر پهنه با بهره گیری از شبیه سازی عددی دو بعدی تفاضل محدود تعیین شده و نتایج آن با روشهای تحلیلی اشلایس و پابلو بارینوا-کوشینا مقایسه شده است. در ادامه تحلیل حساسیتی بر روی نفوذپذیری و ضخامت زون تزریق و نفوذپذیری پوشش بتنی اجرا شده، انجام شده است و با توجه به مقادیر تراوش آب بعد از تزریق تونل، ضخامت زون تزریق و ضریب نفوذپذیری آن در هر پهنه تعیین شده است. بر اساس نتایج تحلیل حساسیت انجام شده؛ تغییر ضخامت زون تزریق از 3 تا 6 متر در دو حالت نفوذپذیری پوشش بتنی ثابت و نفوذپذیری زون تزریق ثابت، بر کاهش دبی ناچیز می باشد. تاثیر ضخامت زون تزریق بر دبی آب ورودی نسبت به اختلاف نفوذپذیری پوشش بتنی و زون تزریق از 4/13 درصد به 28 درصد تغییر می کند. تاثیر کوپل هیدرومکانیکی بر روی دبی آب ورودی به تونل مورد بررسی قرار گرفته که دبی آب ورودی به تونل نسبت به حالت غیر کوپل کاهش را نشان می دهد. همچنین افزایش 40 درصدی سطح مقطع تونل و تاثیر آن بر دبی ورودی آب به تونل بررسی قرار گرفته که دبی 4/94 درصد افزایش را نشان می دهد. نتایج حاصل از بررسی تاثیر فشار آب پس از تعریض تونل ب، پشت زون تزریق، نیاز به افزایش ضخامت زون تزریق در دو زون می باشد.

پایداری شیب به صورت مقاومت سطح شیبدار در مقابل شکست تعریف میشود. اهداف اصلی آنالیز پایداری شیب، پیدا کردن مناطق پرخطر، بررسی مکانیزم شکست احتمالی، تعیین حساسیت شیب به مکانیزم های مختلف تحریک و طراحی شیب بهینه با توجه به ایمنی، قابلیت اطمینان و اقتصاد، میباشد. برای طراحی دقیق شیب، می بایست به اطلاعات و دادههایی همچون خواص توده سنگ، هندسه شیب، شرایط آب زیرزمینی و تغییرات مواد در اثر عوامل تکتونیکی دسترسی داشت. در این تحقیق به بررسی تأثیر فشار آب حفره ای بر پایداری دیوارههای معدن شماره یک گلگهر سیرجان با استفاده از روش عددی تفاضل محدود و بهره گیری از نرم افزارهای flac2d و flac3d پرداخته شده است. در ابتدا، مدلسازی محیط به صورت خشک و کاملاً زهکشی شده انجام شد. سپس دیوارهها در حالت طبیعی مورد بررسی هیدرولیکی و مکانیکی قرار گرفت. و محاسبات مربوط به جریان نیز انجام شد. مقاطع و هندسه های مورد بررسی با توجه به آنالیزهایی که قبلاً با روشهای تعادل حدی انجام شده بود؛ انتخاب شدند. آنالیزها بر روی 9 برش دوبعدی و دو مدل سه بعدی انجام شد. نتایج نشان داد؛ که در تمامی برشها اختلاف ضریب ایمنی محیط کاملاً زهکشی شده و محیط آبدار حدوداً به 30 درصد میرسد. بیشترین ناپایداری، مربوط به دیواره جنوبی و غربی معدن برآورد شد. همچنین سطح شکست احتمالی در برشهای مختلف تعیین گردید؛ و با سطح شکست مدلهای سه بعدی هم مکان مقایسه شد. سطوح شکست دوبعدی و سه بعدی کاملاً مشابه بدست آمد. با توجه به ضریب ایمنی پائین دیوارهها، برای پایدار سازی دیوارهها از دو روش کاهش شیب و تونل زهکش، استفاده شد. همچنین، تحلیل حساسیتی برای تعیین محل دقیق حفر و ابعاد تونل زهکش انجام شد. نتایج نشان داد؛ که حفاری تونل زهکش در پائین ترین سطح ارتفاعی و نزدیکترین مکان به سطح پله، بهترین نتایج را به همراه دارد. افزایش ابعاد تونل، نسبت به حالت اولیه تأثیر چندانی بر پایداری و کاهش سطح آب نداشته و تنها زمان رسیدن به تعادل هیدرولیکی را کاهش میدهد. در این پروژه به تأثیر حذف پله ها در پایداری دیوارهها نیز پرداخته شده است؛ معلوم شد که با حذف پله ها و مدلسازی شیب به صورت سرتاسری، ضریب ایمنی در حدود 12 درصد از مقدار واقعی اختلاف نشان میدهد. این در حالی است که، سطح شکست تغییر چندانی نمیکند.

معدن مکانیزه زغال سنگ طبس در 85 کیلومتری شهرستان طبس در استان خراسان جنوبی واقع شده است. معدن که با بهره¬گیری از دو روش استخراج جبهه کار طولانی پسرو و اتاق¬وپایه مکانیزه برای سالیانه 5/1 میلیون تن زغال در سال طراحی شده است. تحقق این تولید، حمل و نقل مناسب افراد، مواد استخراج شده، تجهیزات معدنی و تدارکات لازمه، ایجاد شرایط مناسب جهت تهویه هوا تونل است. ایجاد شرایط فوق تنها با اطمینان ازپایداری راهروهای معدنی امکان پذیر است. یکی از مشکلات مهم در معدن زغال سنگ طبس، همگرایی در راهرو¬های معدن ناشی از جابجایی سقف، کف و دیواره های آن است. رایج ترین نوع همگرایی در معدن طبس، آماس کف می باشد. در این تحقیق همگرایی تونل های باربری و تهویه پهنه¬های استخراجی 2و3 معدن مرکزی پروده طبس با بهره¬گیری از روش تفاضل محدود و به کارگیری نرم افزار flac3d بررسی شده است. نیروی محوری پیچ¬سنگ¬ راهرو پهنه¬های استخراجی 2و3 مورد بررسی قرار گرفت که مشخص شد، پیچ¬سنگ های نصب شده در سقف تونل¬های تهویه، با ضریب ایمنی بسیار بالایی نصب شده¬اند که با تغییر فاصله نصب سیستم نگهداری، نتایج قابل قبولی حاصل شد. همچنین پیچ سنگ های دیواره در تونل های باربری در حدود 10 متری جبهه کار دچار شکستگی شده اند که با تغییر در آرایش پیچ¬سنگ ها و پیشنهاد آرایش 3 به1 ، دیواره به حالت پایدار رسید و از گسیختگی پیچ سنگ جلوگیری شد. همچنین برای آماس کف سیستم نگهداری پیشنهاد شد که با نصب آن مقدار آماس کف از 50 سانتی متر در تونل های باربری به حدود 20 سانتی متر کاهش یافت.

سد سیمره از جمله سدهای بتنی دو قوسی کشور می باشد که به منظور تأمین انرژی برق آبی، کنترل و تنظیم جریان های سطحی رودخانه و تأمین حقابه های پایین دست بر روی رودخانه سیمره احداث شده است. به دلیل دبی کم آب رودخانه سیمره، آبگیری سد مدت زمان زیادی را می طلبد. همین امر باعث ایجاد اختلاف دما میان بخشی از بدنه که زیر تراز ایستابی مخزن قرار گرفته و دمای آن تقریباً معادل دمای آب مخزن است با قسمتی از بدنه که بالای تراز ایستابی بوده و دمای آن تحت تأثیر دمای محیط و تابش نور خورشید است، می شود. به دلیل این اختلاف دما، توزیع حرارتی در بدنه به صورت یکسان نبوده و کرنش های حرارتی و در نتیجه این کرنش ها، تنش های حرارتی حاصل می گردد. در مواقعی اگر مقدار این تنش ها بیش از حد مجاز تنش تعریف شده برای سد باشد سبب بروز پدیده پوسته شدن برای بتن بدنه و ایجاد ترک می گردد. در صورتی که آبگیری سد سریعاً صورت گیرد این اختلاف دما بسیار ناچیز بوده و قابل چشم پوشی می باشد. در این تحقیق با استفاده از کد نویسی، سد سیمره و محیط اطراف آن در نرم افزار flac 3d به دو روش حل یک جای بدنه و حل آن بصورت لایه های افقی مجزا شبیه سازی و نتایج با یکدیگر مقایسه شدند. به منظور تطابق مدل عددی با شرایط واقعی، کلیه مراحل ساخت سد شامل تعادل اولیه کوله ها تحت تأثیر تنش های ثقلی، بارگذاری ثقلی ناشی از بدنه و آبگیری سد در مدل عددی لحاظ شده است. در شبیه سازی عددی، برای بدنه مدل رفتاری الاستیک و برای کوله ها و پی سد مدل رفتاری پلاستیک موهر-کلمب به کار برده شده است. در گام بعد به منظور تحلیل های هیدرو مکانیکی و ترمو-هیدرو- مکانیکی، تنش-های هیدرولیکی ناشی از آب مخزن به صورت بار گسترده به بدنه سد وارد شده و بعد از اعمال شرایط مرزی حرارتی و مکانیکی مدل حل شده است. نتایج تحلیل هیدرو- مکانیکی و ترمو-هیدرو- مکانیکی در قالب شکل های تنش و نمودارهای جابجایی بدنه نمایش داده شده و نتایج تحلیل های عددی با داده های برداشت شده توسط کشیدگی سنج ها مقایسه شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، در حالتی که بدنه به صورت لایه ای ساخته شده و حل گردد نسبت به حالتی که مجموع بدنه یکباره حل گردد کاهشی 30 درصدی در تنش ها رخ می دهد. با وارد کردن بارهیدرولیکی در ترازهای مختلف تقریبا 18 درصد بر میزان تنش های کششی نسبت به حالت بدون آب مخزن افزوده می شود. طبق نتایج، کمترین تنش کششی زمانی روی می دهد که ارتفاع آب مخزن کمتر از 80 متر و بیشتر از 140 متر است. با اعمال توزیع حرارتی 25 درصد بر تنش های کششی نسبت به حالت هیدرو- مکانیکی آن افزوده می شود. در مجموع تنش-های کششی ایجاد شده بیشتر از تنش مجاز کششی در نظر گرفته شده می باشد و احتمال وقوع ترک های کششی در قسمت مرکزی بدنه و روی محور سد زیاد است. جابجایی کلی سد مطابقت خوبی با نتایج به دست آمده از ابزار دقیق دارد.

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.

یکی از کلیدی ترین فعالیت های موجود در حوزه مکانیک سنگ و مهندسی سنگ، ارزیابی پارامترهای ژئومکانیکی مانند مقاومت فشاری تک محوره (ucs) و مدول الاستیسیته (e) می باشد. این ارزیابی، در طراحی سازه های سطحی و زیرزمینی، و اجرای پروژه های مهندسی ضروری می باشد. تعیین مستقیم این خصوصیات امری هزینه بر، زمان بر و مستلزم وجود امکانات آزمایشگاهی خاص می باشد؛ در نتیجه از روش های غیرمستقیم برای تخمین این پارامترها استفاده می شود. در این تحقیق تلاش شد با استفاده از مجموعه داده های پنج طرح سدکارون4، سیمره، خرسان 1 و3 و نیز تلمبه ذخیره ای ایلام واقع در سازند آهک آسماری، روابطی (با یک، دو، سه و چهار پارامتر مستقل) جهت پیش بینی پارامترهای ژئومکانیکی با سه روش آماری، شبکه عصبی مصنوعی و همچنین روش ماشین بردار پشتیبان تعیین گردد. در این راستا از مجموعه داده های آزمایش های فیزیکی (چگالی و تخلخل) و سرعت امواج (فشاری و برشی) که جزء آزمایش های اولیه، کم هزینه، غیرمخرب و معمولِ صورت گرفته بر روی نمونه های سنگی هستند، برای توسعه روابط استفاده شده است. معیار مقایسه و قضاوت بین روش ها و همچنین انتخاب روش بهینه، مقدار ضریب تعیین (r2) و خطای جذر میانگین مربعات (rmse) می باشد. مقایسه نتایج به دست آمده میان روابط توسعه یافته نشانگر بهبود عملکرد روابط با چهار متغیر مستقل نسبت به یک، دو و سه متغیر مستقل می باشد. دو معادله خطی با دقت بالا و خطای پایین جهت پیش بینی مقاومت فشاری تک محوره (r2=0.91, rmse=4.16) و مدول الاستیسیته (r2=0.88, rmse=3.30) با استفاده از چهار متغیر مستقل فوق الذکر، ارائه شد. بعلاوه در تمامی روابط توسعه یافته، روش ماشین بردار پشتیبان نسبت به روش های شبکه عصبی و رگرسیون، به علت آموزش نسبتاً ساده، سرعت و دقت بالا، کارایی خوب برای داده های با ابعاد بالا و نیز کنترل میزان خطا از مطلوبیت بالاتری برخوردار و نتایج آن، به واقعیت نزدیک تر می باشد.

انفجار، یکی از عملیات اصلی معدنکاری با هدف خردشدگی و جابجایی مطلوب توده سنگ می باشد. یک انفجار با خردشدگی مناسب، بر کل عملیات استخراج تأثیر می گذارد و باعث کاهش هزینه های کلی معدنکاری و افزایش راندمان تولید می شود. نامناسب بودن ابعاد مصالح در برخی موارد منجر به افزایش هزینه های خردایش شده و یا در صورتیکه مصالح تولیدی مستقیماً مورد استفاده قرار گیرند، نامناسب بودن دانه بندی قابل جبران نبوده و ممکن است بخشی از مصالح باطله تلقی گردد. از این رو پیش بینی خردایش سنگ پس از انفجار از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. در این پژوهش با استفاده از روش های عددی، خردایش در یک بلوک انفجاری شبیه سازی شده و نتایج، با روش های تجربی کاز-رام، کاز-رام اصلاح شده، اصلاح شده مدل سوئدیفو و اوچترلونی مقایسه شده است.