انجمن مکانیک سنگ ایران نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ 2588-7432 7 1 2023 06 21 The Effect of Strength Parameters of Rock Joints on the Scoure Intensity of Stilling Basin behind a Dam تاثیر پارامترهای مقاومتی ناپیوستگی‌ها بر میزان آبشستگی حوضچه آرامش پشت سد 1 21 210676 10.22034/IRSRM.2023.2125522 FA سید مصلح افتخاری دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران 0000-0002-3126-9024 علیرضا باغبانان دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران آناهید قمری مود دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران. Journal Article 2023 03 05 One of the ways to investigate the scouring phenomenon is by numerical investigation. The conventional software used in this field does not have the ability to model the rock mass, therefore, in this research, the impact of the resistance parameters of the rock mass on the erosion of the calm pond behind the dam has been analyzed. For this purpose, calculations related to the fluid have been done using FLOW-3D software. Then the appropriate output from this software has been extracted and further analysis has been done in the UDEC discrete element software. The results show the profound effect of these parameters on the shape and amount of scouring. In such a way increasing the amount of adhesion and the internal friction angle of the joints reduces the depth and width of the critical scour and also its extent. However, the severity of their impact on reducing the depth and width of critical scour and its extent is not the same. In the following, some equations are proposed to predict scour depth and width. یکی از راه کارهای بررسی پدیده‌ی آبشستگی بررسی عددی این پدیده است. نرم‌افزار‌های متعارف مورد استفاده در این زمینه توانایی مدل کردن توده سنگ را ندارند از این رو، در این تحقیق تاثیر پارامترهای مقاومتی توده سنگ بر آبشستگی حوضچه‌ی آرامش پشت سد مورد واکاوی قرار گرفته است. بدین منظور در ابتدا توسط نرم افزار FLOW-3D محاسبات مربوط به سیال انجام گرفته است. سپس خروجی مناسب از این نرم افزار استخراج و ادامه ی تحلیل در نرم افزار المان مجزای UDEC انجام گرفته است. نتایج بیانگر تاثیر عمیق این پارامترها بر شکل و میزان آبشستگی می‌باشد. به صورتی که افزایش مقدار چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی درزه‌ها از عمق و عرض آبشستگی بحرانی و همچنین از گستره‌ی آن می‌کاهد. گرچه شدت تاثیر آن‌ها بر کاهش عمق و عرض آبشستگی بحرانی و گستره‌ی آن یکسان نیست. در ادامه معادلاتی جهت پیش بینی عمق و عرض آبشستگی پیشنهاد گردیده است.

https://www.irsrmjournal.ir/article_210676_12a6be688b8bef075c008a891fc56f68.pdf

انجمن مکانیک سنگ ایران نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ 2588-7432 7 1 2023 06 21 The effect of rock chipping on the penetration rate of tunnel boring machine تاثیر تراشه شدن سنگ بر نرخ نفوذ ماشین حفاری تونل 23 43 210687 10.22034/irsrm.2023.210687 FA سید سجاد کراری گروه زمین شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران مجتبی حیدری گروه زمین شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران ابراهیم شریفی تشنیزی گروه زمین شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران Journal Article 2023 02 08 Predicting the penetration rate of a tunnel boring machine (TBM) using geological characteristics of the tunnel route rocks has led to the development of empirical models of penetration rate. This study investigated the relationship between geological factors of rock chipping, including mineralogy, grain size, grain fabric, penetration rate, and rock mass classification systems. For this purpose, data from engineering geological units of the Abglas water transfer tunnel route near Naqadeh city have been used. The evaluation of rock-chipping factors has been carried out using simple regression, linear multiple regression, and nonlinear statistical methods. The best nonlinear multiple regression relationship between the chipping penetration rate (CP1) and the rock mass quality index (RQD) is established with a coefficient of determination of 0.816 and a mean absolute percentage error (MAPE) of 8.821. Based on the proposed geotechnical limits, the highest penetration rate (more than 8 mm/rev) occurred at a chipping factor of less than 1500 and the lowest penetration rate (less than 3 mm/rev) occurred at a chipping factor of more than 4000. The results obtained in this study can help to predict the TBM penetration rates more accurately and reduce drilling costs and time. پیش‌بینی نرخ نفوذ دستگاه حفاری تونل (TBM) به کمک ویژگی‌های زمین شناسی سنگ‌های مسیر تونل باعث توسعه مدل‌های تجربی نرخ نفوذ شده است. در این پژوهش ارتباط بین فاکتورهای زمین شناسی تراشه شدن سنگ‌ها شامل: کانی شناسی، اندازه دانه، فابریک دانه با نرخ نفوذ و سیستم‌های طبقه‌بندی توده‌سنگ مورد بررسی قرار گرفته است. برای این هدف از داده‌های واحدهای زمین شناسی مهندسی مسیر تونل انتقال آب گلاس در نزدیکی شهرستان نقده استفاده شده است. ارزیابی فاکتورهای تراشه شدن سنگ‌ها با روش‌های آماری رگرسیون ساده، رگرسیون چندگانه خطی و غیرخطی انجام شده است. بهترین رابطه رگرسیونی چندگانه غیرخطی بین نرخ نفوذ با تراشه شدن (CP1) و شاخص کیفیت توده‌سنگ (RQD)، با ضریب تعیین0.816 و درصد میانگین خطای مطلق (MAPE) برابر با 8.821 برقرار است. براساس حد و مرزهای ژئوتکنیکی پیشنهاد شده، بیشترین نرخ نفوذ (بیش از 8 میلی متر بر دور) در فاکتور تراشه شدن کمتر از 1500 و کمترین نرخ نفوذ (کمتر از 3 میلی‌متر بر دور) در فاکتور تراشه شدن بیشتر از 4000 رخ داده است. نتایج بدست آمده در این پژوهش می‌تواند به پیش‌بینی دقیق‌تر نرخ نفوذ TBM و کاهش هزینه و زمان حفاری کمک کند.

https://www.irsrmjournal.ir/article_210687_056561bdb92dbc23a990aa5e587c17d8.pdf

انجمن مکانیک سنگ ایران نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ 2588-7432 7 1 2023 05 22 Development of a new method for pattern design and predicting the results of tunnel blasting based on scientific and field parametric studies under V-Cut توسعه روشی نوین برای طراحی الگو و پیش‌بینی نتایج حاصل از آتشکاری تونل براساس مطالعات پارامتریک علمی و میدانی با توجه به برش‌های زاویه‌ای 45 71 210693 10.22034/irsrm.2023.210693 FA مهدی محمدی دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران. محمد غفوری مقدم دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران. جعفر خانی دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران. احسان صالحی دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران. سینا رستم‌آبادی باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران . 0000-0002-4529-9785 Journal Article 2023 02 06 Choosing the optimal pattern for blasting and pyrotechnics in a tunnel is a challenging engineering problem considering the available methods. The most important methods for designing the pattern for blasting and pyrotechnics in a tunnel include the energy transfer method, the Norwegian method, and the Swedish method. In all the methods presented, the parameters of the type of explosive and the conditions of the rock mass (density, compressive strength, joint conditions, etc.) are not mentioned. The geomechanical properties of the rock mass for pyrotechnics are expressed as various pyrotechnic ability indices. In this study, using the parameters of the Rock Mass Classification System (RMR) and the Rock Mass Explosivity Index (BI), the Rock Mass Explosivity (RMB) parameter has been presented. Considering the Rock Mass Explosivity (RMB), the parameters of uniaxial compressive strength, joint plane direction, joint spacing, joint opening, and rock density have been rated, and finally, according to the obtained values, the RMB parameter value is calculated. The minimum and maximum values of this parameter are 8 and 115, respectively. The higher the RMB value, the harder the rock. In the following, the Geological Strength Index (GSI) has been used to examine the type of explosive. According to the results obtained, the guidelines of the new method for angular cutting are presented. Then, according to the presented method, for the Nargesi Dam tunnel, drilling and blasting patterns for angular cutting are designed. The results of the designs have shown that the advance amount is 1.35-1.45 meters, the maximum rock throw is 12 meters, the post-failure, and over-failure are 6 and 4 percent, respectively, the maximum dimensions of the rock resulting from the explosion are 25 centimeters, and the extracted volume is 18 m2. انتخاب الگوی بهینه چالزنی و آتشکاری در تونل با توجه به روش‌های موجود از مسائل چالش برانگیز مهندسی است. از مهم‌ترین روش‌های طراحی الگوی چالزنی و آتشکاری در تونل می‌توان به روش انتقال انرژی، نروژی و روش سوئدی اشاره کرد. در تمام روش‌های ارائه شده به پارامترهای نوع ماده منفجره و شرایط توده‌سنگ (چگالی، مقاومت‌فشاری، شرایط درزه‌داری و غیره) اشارهای نشده است. ویژگی‌های ژئومکانیکی توده‌سنگ به منظور آتشکاری به صورت شاخص‌های مختلف قابلیت آتشکاری بیان شده است. در این تحقیق با استفاده از پارامترهای سیستم رده‌بندی توده‌سنگ(RMR) و اندیس انفجارپذیری توده‌سنگ(BI)، پارامتر قابلیت آتشکاری توده‌سنگ(RMB) ارائه شده است. با توجه به قابلیت آتشکاری توده‌سنگ(RMB)، پارامترهای مقاومت فشاری تک محوره، جهت صفحات درزه، فاصله‌داری درزه‌ها، بازشدگی درزه‌ها و چگالی سنگ امتیازبندی شده‌اند که در نهایت با توجه به مقادیر بدست آمده، مقدار پارامتر RMB محاسبه می‌شود. کمترین و بیشترین مقدار این پارامتر به ترتیب برابر با 8 و 115 می‌باشد. هر چه مقدار RMB بیشتر باشد، نشان از سختی سنگ است. در ادامه به منظور بررسی نوع ماده منفجره از شاخص مقاومت زمین‌شناسی(GSI) استفاده شده است. با توجه به نتایج بدست آمده، دستورالعمل‌های روش جدید برای برش زاویه‌ای ارائه شده است. در ادامه با توجه به روش ارائه شده، برای تونل سد نرگسی، الگوهای چالزنی و آتشکاری برای برش زاویه‌ای طراحی شده است. نتایج طراحی‌های انجام شده نشان داده است که مقدار پیشروی 1.35-1.45متر، حداکثر پرتاب سنگ 12متر، پس‌شکست و بیش‌شکست به ترتیب 6 و 4 درصد، حداکثر ابعاد سنگ حاصل از انفجار 25 سانتی‌متر و حجم استخراجی 18 مترمربع بوده است.

https://www.irsrmjournal.ir/article_210693_a15f02188a5fe6b68eda5ea5d9aa293a.pdf

انجمن مکانیک سنگ ایران نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ 2588-7432 7 1 2023 06 21 Numerical modeling of hydraulic fracturing using ABAQUS finite element software and determining the factors affecting the fracture initiation pressure مدل‌سازی عددی شکست هیدرولیکی با استفاده از نرم‌افزار المان محدود اباکوس و تعیین عوامل موثر بر فشار شروع شکست 73 83 210695 10.22034/irsrm.2023.210695 FA رضا عشقی قهدریجانی گروه مهندسی نفت، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. رضا شیرین آبادی گروه مهندسی نفت و معدن، مرکزتحقیقات مدل‌سازی و بهینه‌سازی درعلوم و مهندسی، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. Journal Article 2023 02 03 Hydraulic fracture as a method to stimulate oil reservoirs depends on various factors. Since the hydraulic fracture operation is high-priced, predicting how the operation will progress and the required fracture pressure to determine the appropriate pump before the operation on the site is very important. In the current research, numerical modeling of hydraulic fracture in 4 different modes in ABAQUS finite element software and comparing the results with it's laboratory modeling to find the fracture pressure has been done. Then, sensitivity analysis was performed using ABAQUS software to investigate the effect of changing different parameters on the fracture pressure. These, input parameters, which are actually well data, include modulus of elasticity, horizontal stress, vertical stress, tensile strength and Poisson's ratio. The results show that the horizontal stress and tensile strength have the greatest effect on the fracture pressure, and the effect of parameters such as vertical stress and Young's modulus in determining the fracture pressure is very insignificant. In this research, the conducted modeling is similar to the laboratory models, and the samples are designed in pristine form without any initial cracks. The results of the numerical modeling had a slight difference from the laboratory modeling. This difference was calculated to be less than 1% in tests 1 and 4; in test 2, this difference was 13% and in test 3, this difference was 15%. The direction of the created cracks was in line with what was previously stated in the theoretical cases and what was obtained in the laboratory modeling. The resulting cracks appeared along the axis of the borehole and perpendicular to the horizontal stress. According to the results, numerical modeling can be used to develop hydraulic fracture operations. شکست هیدرولیکی به عنوان روشی برای تحریک مخازن نفتی به عوامل مختلفی بستگی دارد. از آنجا که عملیات شکست هیدرولیکی بسیار پرهزینه می‌باشد. پیش‌بینی چگونگی پیشرفت عملیات و همچنین پیش‌بینی فشار مورد نیاز شکست برای تعیین پمپ مناسب قبل از عملیات در سایت بسیار حائز اهمیت می‌باشد. در پژوهش حاضر به مدل‌سازی عددی شکست هیدرولیکی در 4 حالت مختلف در نرم‌افزار المان محدود اباکوس و مقایسه نتایج حاصل با مدل‌سازی آزمایشگاهی آن به منظور یافتن فشار شکست پرداخته شده است. سپس تحلیل حساسیت با استفاده از نرم‌افزار اباکوس به منظور بررسی تاثیر تغییر پارامترهای مختلف بر روی فشار شکست انجام شد. این پارامترهای ورودی که در واقع داده‌های چاه می‌باشند شامل مدول الاستیسیته، تنش جانبی، تنش محوری، مقاومت کششی و نسبت پواسون می‌باشند. نتایج نشان می‌دهد که تنش جانبی و مقاومت کششی بیشترین تأثیر را بر روی فشار شکست دارند و تاثیر پارامترهایی مثل تنش محوری و مدول یانگ در تعیین فشار شکست بسیار ناچیز است. در این تحقیق مدل‌‌سازی انجام شده مشابه مدلهای آزمایشگاهی میباشد و نمونه‌ها به صورت بکر و بدون هیچ ترک اولیه طراحی شده اند. نتایج حاصل از مدل‌سازی عددی اختلاف کمی با مدل‌سازی آزمایشگاهی داشتند، این اختلاف در آزمایش‌های 1 و 4 کمتر از 1 درصد، در آزمایش 2 این اختلاف 13 و در آزمایش 3 این اختلاف 15 درصد محاسبه شده است. جهت ترک‌های ایجاد شده با آنچه از قبل در موارد تئوری بیان شده بود و آنچه در مدل‌سازی آزمایشگاهی حاصل شد همخوانی داشت. ترک‌های حاصل در راستای محور گمانه و عمود بر تنش جانبی به وجود آمدند. با توجه به نتایج حاصل می‌توان از مدل‌سازی عددی جهت توسعه عملیات شکست هیدرولیکی استفاده کرد.

https://www.irsrmjournal.ir/article_210695_ce59c650fbf2d5547ffacb5207d7fe03.pdf

انجمن مکانیک سنگ ایران نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ 2588-7432 7 1 2023 06 21 Numerical Modeling of Surface Subsidence during Excavation Sequences in the New Austrian Tunneling Method مدل‌سازی عددی جابه‌جایی خاک و نشست سطح زمین حین پیشروی گام‌های حفاری در روش جدید تونل‌سازی اتریشی 85 106 210696 10.22034/irsrm.2023.210696 FA ستار مهدوری دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران. 0000-0002-2934-9500 محمد مهدی چهره‌پاک دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران. Journal Article 2023 03 02 As the area of metropolitan areas expands and the population increases, the volume of intra-urban traffic is also increasing. The development of underground communication networks such as underpass tunnels and metros is the most suitable option for solving traffic problems in metropolitan areas due to the lack of interference with the movement of citizens. In this regard, the New Austrian Tunneling Method (NATM) is the best option for tunnel excavation in shallow urban areas and over short distances. For the successful implementation of the NATM excavation method in shallow urban environments, it is very important to estimate and control the displacements of the roof, floor, and perimeter of the tunnel and, consequently, the ground subsidence at each stage of excavation. In this study, numerical modeling in the Plexis software environment has been used to estimate the ground subsidence in section T3 of the Amirkabir underpass tunnel in eastern Tehran. The numerical model includes a hardening soil behavior model (fully elastoplastic) for the soil mass around the tunnel and an elastic behavior model for the shotcrete retaining system (initial tunnel retaining system) and the tunnel middle wall. Based on the results of this research, after the end of the ninth excavation stage, the maximum total displacement was 54 mm, the vertical displacement of the roof was 53 mm, and the tunnel floor swell was 42 mm. The highest displacements were related to the instability of the roof and the uplift of the tunnel floor due to the increase in horizontal stresses at shallow depths. Also, the maximum ground settlement at the end of the ninth excavation stage was estimated to be about 52 mm, and a settlement depression was formed in the range of 2 to 5 meters from the tunnel middle wall at ground level and will gradually reach equilibrium as the abutment advances. Therefore, controlling the displacement of overburdened soil in the final three stages of excavation of the middle gallery of the tunnel will play a major role in controlling ground subsidence. امروزه با گسترش محدوده کلان‌شهرها و افزایش جمعیت، حجم ترافیک درون شهری نیز رو به افزایش است. توسعه شبکه‌های ارتباطی زیرزمینی مانند تونل‌های زیرگذر و مترو به علت عدم تداخل با رفت‌وآمد شهروندان مناسب‌ترین گزینه برای حل معضلات ترافیکی در کلان‌شهرها است. در این خصوص روش جدید تونل‌سازی اتریشی (ناتم) بهترین گزینه برای حفاری تونل در مناطق کم‌عمق شهری و در مسافت‌های کوتاه است. برای اجرای موفق روش حفاری ناتم در محیط‌های کم‌عمق شهری، برآورد و کنترل جابه‌جایی‌های سقف، کف و پیرامون تونل و به تبع آن نشست سطح زمین در هر مرحله از حفاری بسیار حائز اهمیت است. در این تحقیق، برای تخمین نشست سطح زمین در قطعه T3 تونل زیرگذر امیرکبیر در شرق تهران، از مدل‌سازی عددی در محیط نرم‌افزار پلکسیس استفاده شده است. در مدل عددی مدل رفتاری خاک سخت‌شونده (الاستوپلاستیک کامل) برای توده خاک اطراف تونل و مدل رفتاری الاستیک برای سیستم نگهداری شاتکریت (سیستم نگهداری اولیه تونل) و دیواره ‌میانی تونل لحاظ شده است. بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق، پس از پایان مرحله نهم حفاری حداکثر مقدار جابه‌جایی کل 54 میلی‌متر، جابه‌جایی قائم سقف 53 میلی‌متر و آماس کف تونل 42 میلی‌متر به دست آمده است. بیشترین میزان جابه‌جایی‌ها مربوط به ناپایداری سقف و بالازدگی‌ها کف تونل ناشی از افزایش تنش‌های افقی در اعماق کم می‌باشد. همچنین بیشترین میزان نشست سطح زمین در پایان نُه مرحله حفاری حدود 52 میلی‌متر برآورد شده است و گودی نشست نیز در محدوده 2 تا 5 متری از دیواره میانی تونل در سطح زمین تشکیل شده است و به تدریج با پیشروی سینه‌کار به تعادل خواهد رسید. لذا کنترل جابه‌جایی خاک روباره در سه مرحله پایانی برای حفاری گالری میانی تونل نقش اصلی را در کنترل نشست سطح زمین خواهد داشت.

https://www.irsrmjournal.ir/article_210696_a52008a7279cedfb6430eca0bf2a6df2.pdf

انجمن مکانیک سنگ ایران نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ 2588-7432 7 1 2023 06 21 Predicting pillar stability using gene expression programming algorithm in underground stope and pillar mines پیش‌بینی پایداری پایه با استفاده از الگوریتم برنامه‌نویسی بیان ژن در معادن کارگاه و پایه 107 121 210697 10.22034/irsrm.2023.210697 FA مسعود خلیفه‌قلی دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران. لهراسب فرامرزی دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران. محمد حسین کدخدایی دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران. راحب باقرپور دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران. Journal Article 2023 03 05 Partial extraction methods are one of the types of underground mining methods in which foundations are used to ensure the safety of the working environment. Foundation stability assessment is one of the most important issues in the design of underground mines, as foundation instability will lead to human and financial losses in mining operations. Therefore, foundation stability prediction is of great importance. Stability analysis in the research background includes analytical, numerical, and experimental methods that have limitations and are not highly accurate. Using genetic algorithms is a useful tool for evaluating foundation stability. In this study, the correlation between foundation stability with geometric parameters (width and height) and foundation stress has been investigated using the Gene Expression Programming (GEP) method. The proposed model has been implemented in a database derived from previous studies. The performance of the model was evaluated by four statistical indices: accuracy, sensitivity, non-discrepancy, and Meteo correlation coefficient, whose values were obtained as 0.82, 0.79, 0.86, and 0.65, respectively. The results showed that the developed model has good accuracy and is capable of predicting foundation stability. روش‌های استخراج جزئی یکی از انواع روش‌های معدنکاری زیرزمینی است که در آن به منظور تأمین ایمنی محیط کاری از پایه استفاده می‌شود. ارزیابی پایداری پایه‌ها یکی از مسائل بسیار مهم در طراحی معادن زیرزمینی است به طوریکه ناپایداری پایه‌ها منجر به خسارات جانی و مالی در عملیات معدنکاری خواهد شد. بنابراین پیش‌بینی پایداری پایه از اهمیت بسیاری برخوردار است. تحلیل پایداری در پیشینه تحقیق شامل روش‌های تحلیلی، عددی و تجربی است که دارای محدودیت بوده و از دقت بالایی برخوردار نیستند. استفاده از الگوریتم ژنتیک ابزاری مفید برای ارزیابی پایداری پایه‌ها است. در این مطالعه همبستگی میان پایداری پایه با پارامترهای هندسی (عرض و ارتفاع) و تنش پایه توسط روش برنامه‌نویسی بیان ژن (GEP) مورد بررسی قرار گرفته است. مدل پیشنهادی در یک پایگاه داده برگرفته از مطالعات پیشین اجرا شده است. عملکرد مدل توسط 4 شاخص آماری دقت، حساسیت، عدم اشتراک و ضریب همبستگی متئو مورد ارزیابی قرار گرفت که مقدار آنها به ترتیب برابر با 0.82، 0.79، 0.86 و 0.65 به دست آمده است. نتایج نشان داد که مدل توسعه داده شده از دقت مطلوبی برخوردار است و قادر به پیش‌بینی پایداری پایه می‌باشد.

https://www.irsrmjournal.ir/article_210697_7e3127c0c0cf84465745b3d0e7b71465.pdf