نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

توسعه مدل هندسی شبکه شکستگی‌های مجزای سه‌بعدی فرکتال برای انتخاب طرح آب‌بندی تونل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 فارغ التحصیل دکتری زمین‌شناسی مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس
2 عضو هیأت علمی گروه زمین‌شناسی مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس
3 عضو هیأت علمی گروه مهندسی معدن، نفت و ژئوتکنیک، دانشگاه صنعتی شاهرود
4 فارغ التحصیل دکتری زمین‌شناسی مهندسی، دانشگاه خوارزمی
چکیده
توده‌سنگ، متشکل از سنگ بکر و ناپیوستگی‌هایی مانند شکستگی‌ها می‌باشد که این شکستگی‌ها تأثیر به‌سزایی بر خصوصیات مکانیکی و هیدرولیکی آن دارند. از جمله در تحلیل‌های حساس مانند شبیه‌سازی پایداری تونل، عدم قطعیت در ساخت شبکه شکستگی می‌تواند نتایج شبیه‌سازی را کاملاً تحت تأثیر قرار دهد. از این‌رو تعیین دقیق پارامترهای درزهداری سنگ مانند جهت‌داری و طول اثر بسیار حائز اهمیت است. استفاده از شبکه شکستگی مجزا یکی از روش‌های متدوال به‌منظور شبیه‌سازی سنگ درزه‌دار میباشد. در این تحقیق یک برنامه کامپیوتری توسعه داده شده که به کمک آن می‌توان شبکه شکستگی مجزای توده‌سنگ را با دو روش آماری (DFN) و بعد فرکتال (FDFN) تولید کرد. در هر کدام از این دو روش پارامترهایی از قبیل موقعیت، چگالی، شیب، جهت شیب و طول شکستگی‌ها شبیه‌سازی شدند. به منظور کاربرد عملی برنامه توسعه یافته از داده‌های تونل امام زاده هاشم استفاده شد. به منظور طراحی آب‌بندی تونل امام‌زاده هاشم، ابتدا داده‌ها وارد نرم‌افزار DIPS شدند. نتایج نشان داد که درزه‌ها در 4 دسته اصلی تقسیم می‌شوند. سپس خصوصیات آماری مربوط به هر دسته درزه از قبیل توابع توزیع احتمال و پارامترهای توابع توزیع تعیین شدند. در مرحله بعد شبکه شکستگی مجزا برای دو حالت آماری و فرکتال ساخته شد. سپس شبکه هادی جریان سیال در دو حالت ساخته شد.. سپس با بکارگیری الگوریتم جستجوی عمق اول مسیرهای هادی جریان مشخص شدند. . به منظور دستیابی به الگوی بهینه تزریق، چندین رینگ (هر رینگ می‌تواند شامل تعداد دلخواهی گمانه باشد) با فواصل مختلف پیاده‌سازی شد. تعداد رینگ‌ها و گمانه‌ها تا دستیابی به الگوی بهینه می‌توانند به صورت دلخواه توسط کاربر در این کد تغییر یابند. حال برخورد گمانه‌های تزریق شبیه‌سازی شده با شکستگی‌های هادی جریان بررسی می‌شود. در نهایت تعداد، موقعیت، شیب و طول گمانه‌هایی بهینه تزریق محاسبه می‌شود. نتایج نشان داد که در تونل امام زاده هاشم در مقطع مورد مطالعه برای دستیابی به الگوی بهینه تزریق در حالت بعد فرکتال و آماری به ترتیب 11 و 5 گمانه باید حفاری و تزریق گردد. همچنین حداکثر طول موثر گمانه‌های تزریق برای دو حالت فرکتال و آماری به ترتیب 52/3 و 94/2 متر محاسبه شد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Snow, D. T. (1969). Anisotropie permeability of fractured media. Water resources research, 5(6), 1273-1289.
[2] Priest, S., and Hudson, J. (1976). Discontinuity spacings in rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 13(5), 135-148.
[3] Andersson, J., Shapiro, A. M., and Bear, J. (1984). A stochastic model of a fractured rock conditioned by measured information. Water Resources Research, 20(1), 79-88.
[4] Andersson, J., and Thunvik, R. (1986). Predicting mass transport in discrete fracture networks with the aid of geometrical field data. Water Resources Research, 22(13), 1941-1950.
[5] Song, W. K., Hamm, S. Y., & Cheong, J. Y. (2006). Estimation of groundwater discharged into a tunnel. Tunnelling and Underground Space Technology incorporating Trenchless Technology Research, 3(21), 460.
[6] Joolaei, A., and Baghbanan, A. (2013). Three Dimensional Fluid Flow Modeling in Fractured Rocks using NumericalPipe Network Approach. 9the International Congress on Civil Engineering (pp. 1-6). Isfahan : Isfahan University of Technology.
[7] Noroozi, M., Kakaie, R., and Jalali, S. (2015). 3D geometrical-stochastical modeling of rock mass joint networks: case study of the right bank of Rudbar Lorestan Dam plant. Journal of Geology and Mining Research, 7(1), 1-10.
[8] Fereshtenejad, S., Afshari, M. K., Bafghi, A. Y., Laderian, A., Safaei, H. and Song, J.-J,. (2016). A discrete fracture network model for geometrical modeling of cylindrically folded rock layers. Engineering Geology, 215, 81-90.
 [9] Wang, C.J. and Vecchiarelli, A., (2019). June. A geostatistical approach to modelling DFN: a block size.
[10] Smeraglia, L., Mercuri, M., Tavani, S., Pignalosa, A., Kettermann, M., Billi, A., and Carminati, E. (2021). 3D Discrete Fracture Network (DFN) models of damage zone fluid corridors within a reservoir-scale normal fault in carbonates: multiscale approach using field data and UAV imagery. Marine and Petroleum Geology, 126, 104902.
[11] Li, X., Liu, J., Gong, W., Xu, Y., and Bowa, V. M. (2022). A discrete fracture network based modeling scheme for analyzing the stability of highly fractured rock slope. Computers and Geotechnics, 141, 104558.
[12] Rouleau, A., and Gale, J. (1987). Stochastic discrete fracture simulation of groundwater flow into an underground excavation in granite. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 24(2), 99-112.
[13] Falconer, K. (1990). Fractal Geometry: Mathematical Foundations and Applications, Wiley, Chichester.
[14] Du, S., Van Wyk, B., Tu, C., Zhang, X. (2009). An Improved Hough Transform Neighborhood Map for Straight Line Segments, IEEE Transactions on Image Processing, 19: 573-585, DOI: 10.1109/TIP.2009.2036714.
]15[ بصیرت، روح الله ، تاثیر شبکه شکستگی ها بر گسترش شکست هیدرولیکی در مخازن هیدروکربنی، رساله دکتری دانشگاه تربیت مدرس،1398.
[16] Newman, M. E. J., (2005). Power laws, Pareto distributions and Zipf’s law, Contemporary Phys., 46, 323– 351.
[17] Lei, Q., and Wang, X., (2016). Tectonic interpretation of the connectivity of a multiscale fracture system in limestone, Geophys. Res. Lett., 43, 1551–1558, doi: 10.1002/2015GL067277.
]18[ بهروز، پاریاب، ، ارائه مدلی برای شبکه درزه داری و تخمین آب ورودی به داخل حفریات زیر زمینی-مطالعه موردی، رساله کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت مدرس،1391.
 [19] Mancuso, F., Di Benedetto, P., Tosolini, L., Buttironi, M. M., Beltrame, A., and Causero, A. (2021). Treatment options for massive rotator cuff tears: a narrative review. Acta Bio Medica: Atenei Parmensis, 92 (Suppl 3), e2021026.