نشریه زمین شناسی مهندسی

مقایسۀ روش گردش وارون با روش‌های مرسوم حفاری از نظر سرعت، هزینه، نوع نمونه حاصل و راندمان عملکرد، مطالعۀ موردی: معدن طلای اخترچی خمین

رضا احمدی

در پژوهش حاضر روش حفاری گردش وارون (RC) با دیگر روش های مهم، متداول و کاربردی حفاری مانند روش گردش مستقیم و مغزه گیری از نظر معیارهای مختلف نظیر سرعت پیش روی (زمان) حفاری، قیمت (هزینه)، نوع و کیفیت نمونه های حاصل و راندمان عملکرد حفاری، مقایسه شده است. هم چنین به عنوان یک بررسی میدانی در این پژوهش، گمانه های عمیق حفاری شده در معدن طلای اخترچی خمین واقع در استان مرکزی با دو روش حفاری RC و مغزه گیری، از جنبه های مختلف بررسی و مقایسه شد. در انتها نیز توانایی انتخاب مناسب ترین روش حفاری از میان روش های مختلف بررسی شد. نتایج پژوهش نشان می دهند که روش حفاری RC در مقایسه با دیگر روش های حفاری به ویژه انواع متداول و پرکاربرد، از نظر معیارهایی مانند هزینه های حفاری و سرعت پیش روی (زمان) حفاری، بسیار مطلوب و از نظر میزان عمق (متراژ) حفاری، نوع و کیفیت نمونه های حاصل و راندمان کلی عملکرد حفاری، مطلوب است. اگرچه روش حفاری مغزه گیری از نظر نوع و کیفیت نمونه های حاصل و نیز میزان عمق (متراژ) حفاری، با توانایی حفر گمانه های بسیار عمیق و گرفتن نمونه های مغزه ای، مطلوب ترین است اما در ارتباط با حفاری اکتشافی (به ویژه در مراحل اکتشاف تکمیلی) کانسارهایی که عیار پایینی دارند و اثرات ماده معدنی خیلی کم است (همانند کانسار طلای اخترچی خمین) و در نتیجه نیاز به حجم زیاد نمونه است، استفاده از روش حفاری RC مزیت نسبی داشته و دارای صرفه اقتصادی است.

بررسی مقاومت و ساختار خاک‌های مارنی تثبیت شده با سیمان و نانوسیلیس

محمد امیری

فرسایش پذیری شدید در مجاورت هوا و آب و تورم پذیری زیاد از مشکلات اصلی خاک های مارنی است که موجب ناپایداری در بستر پروژه های عمرانی می شود. اصلاح شیمیایی خاک با سیمان در بسیاری از پژوهش ها بررسی شده است، اما تغییرات ریزساختاری و بافت خاک ها در فرایند تثبیت و هم چنین نقش نانوذرات سیلیس به صورت جامع بررسی نشده است. بر این اساس هدف پژوهش حاضر ارزیابی ریزساختاری بهبود خصوصیات مهندسی خاک های مارنی با سیمان در حضور نانوسیلیس و تشکیل ترکیبات جدید ناشی از فرآیند تثبیت است. در این راستا پس از تعیین خصوصیات ژئوتکنیکی خاک مارن، بهبود ویژگی های مهندسی نمونه های تثبیت شده با درصدهای مختلف سیمان و نانوسیلیس بعد از پایان دوره عمل آوری از طریق انجام آزمایش بزرگ ساختاری مقاومت فشاری محدود نشده (UCS) و ریزساختاری (pH، پراش اشعۀ ایکس (XRD)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) و طیف سنجی پاشندگی انرژی (EDX)) تجزیه و تحلیل شد. بر اساس نتایج پژوهش حاضر حضور نانوسیلیس در فرایند تثبیت خاک مارنی به وسیلۀ سیمان، منجر به افزایش فعالیت های پوزولانی و رشد نانوساختارهای هیدرات سیلیکات کلسیم (C-S-H) و توزیع یکنواخت این نانوساختارها می شود. بر اساس نتایج پژوهش حاضر افزایش مقدار نانوسیلیس تا 1% از لحاظ ریزساختاری و درشت ساختاری مؤثر است و خصوصیات مهندسی خاک های مارنی در نمونۀ اصلاح شده با 4% سیمان و 1% نانوسیلیس میزان مقاومت فشاری را در طی 28 روز به kg/cm² 5/30 افزایش داده و نسبت به نمونه مرجع مقاومت فشاری حدود 30 برابر افزایش یافته است.

ظرفیت باربری پی نواری مستقر در شیب به روش مرز بالای تحلیل حدی اجزاء محدود

محمد مهدی امین پور

در این مقاله، ظرفیت باربری پی نواری مستقر در شیب هایی با خاک دانه ای، به روش مرز بالای تحلیل حدی اجزاء محدود بررسی شده است. این روش تحلیلی، امکان استفاده از مزیت های هر دو روش تحلیل حدی و اجزاء محدود را فراهم می آورد. تأثیر شیب های مختلف بالادست و پایین دست، عمق های مختلف گود بالادست و پایین دست، زوایای مختلف اصطکاک خاک و همچنین تأثیر انواع مش بندی بر ظرفیت باربری ارزیابی شده است. ظرفیت باربری پی با در نظرگیری لغزش بین دو المان و تحت بهینه سازی خطی حاصل شده است. مطابق نتایج حاصل، تغییرات پایین دست پی تأثیر به سزایی و تغییرات بالادست پی تأثیر اندکی بر ظرفیت باربری دارد. نتایج روش ارائه شده در این تحقیق، حد بالایی از روش های تعادل حدی و اجزاء محدود جابه جایی است. با این وجود در تحقیق حاضر، روش تحلیل حدی قطعات صلب حد بالایی از روش ارائه شده است. روش خطوط مشخصه، با توجه به زاویه شیب در برخی موارد ظرفیت باربری بیش تری و در برخی موارد مقدار کم تری را نشان می دهد.

ارزیابی میزان مناسب فشار جبهه کار تونل‌های مکانیزه حفاری شده در آبرفت‌های دانه‌ای مترو تبریز

امیرحسین رضایی

کنترل جابه جایی های ناشی از حفاری تونل در محیط های شهری اهمیت ویژه ای دارد. یکـی از دلایـل اساسـی افزایش جابه جایی ها، عدم اعمال فشار مناسب در جبهه کار تونل است. این پارامتر به ویژه در مواردی که تونل در محیط های شهری حفر می شود اهمیت بیش تری پیدا می کند. تعیین مقدار این فشار برای جلوگیری از تخریب جبهۀ کار و نشست زمین از یک سو و ممانعت از بالازدگی زمین از سوی دیگر بسیار مهم است. به طورکلی روش های تعیین فشار جبهه کار به سه دستۀ تجربی، تحلیلی و عددی تقسیم می شوند. فشار نگه داری جبهۀ کار تونل به عوامل متعددی نظیـر نوع و مشخصات مهندسی خاک از جمله مدول الاستیسیته، چسبندگی و زاویۀ اصطکاک داخلی، شرایط آب زیرزمینی، میزان روباره و سطح مقطع تونل وابسته است که در تحقیق حاضر، با کاربرد نرم افزار المان محدود ABAQUS به بررسی تأثیر برخی از این پارامترها بر میزان مناسب فشار جبهه کار تونل های مکانیزه می پردازیم. با تحلیل مدل های سه بعدی و اندازه گیری مقادیر جابه جایی های جبهه کار تونل به ازای مقادیر متفاوت فشار جبهه کار و پارامترهای بررسی شده، مقدار مناسب فشار نگه دارنده تخمین زده شده است. صحت سنجی روند مدل سازی بر اساس نتایج ابزار بندی پروژۀ خط 2 مترو تبریز انجام یافته است. نتایج حاصل نشان دهندۀ تأثیر چشم گیر مدول الاستیسیته خاک در مقدار فشار جبهه کار است و به عنوان الگوی کلی، با افزایش مدول الاستیسیته فشار مناسب جبهه کار کاهش می یابد. هم چنین، مقادیر مناسب فشار جبهه کار به دست آمده با روش های تحلیلی جانکسز-استاینر، آنگونستا-کواری و روش تجربی COB مقایسه شده است که بیش ترین تطابق با روش COBمشاهده شده است. لازم به ذکر است با پایین رفتن تراز آب زیرزمینی و در مدول های الاستیسیته کم (کم تر از 20 مگاپاسکال در پژوهش انجام شده)، رابطۀ COB فشار جبهه کار کم تری نسبت به حالت مناسب ارائه می دهد که باید در محاسبات فشار جبهه کار در نظر گرفته شود.

بررسی خصوصیات زمین‌شناسی مهندسی پریدوتیت‌ها(مطالعۀ موردی: شهرستان هرسین، استان کرمانشاه)

مهرداد امیری

بخش اعظم شرق و جنوب شرق استان کرمانشاه از رخنمون پریدوتیت ها تشکیل شده است. شناخت ویژگی های زمین شناسی مهندسی پریدوتیت های هرسین به شناخت عمومی زمین شناسی مهندسی محل کمک زیادی می کند. هدف این مقاله بررسی و معرفی خصوصیات زمین شناسی مهندسی پریدوتیت های هرسین در استان کرمانشاه است. در این پژوهش، به منظور شناخت خصوصیات و رفتار مهندسی این سنگ ها، ۱۵ بلوک از پریدوتیت های هرسین انتخاب شد و برای انجام آزمایش های آزمایشگاهی به آزمایشگاه انتقال داده شد. خصوصیات سنگ شناسی، ویژگی های فیزیکی و مکانیکی پریدوتیت ها تعیین شده است. نمونه ها تحت آزمایش های سختی چکش اشمیت، دوام وارفتگی، شاخص بار نقطه ای، مقاومت فشاری تک محوری، مقاومت کشش برزیلی و سرعت موج قرار گرفته اند. نتایج این تحقیق نشان داد که تفاوت در خصوصیات سنگ شناسی و فیزیکی منجر به تغییر در خصوصیات مکانیکی آن ها شده است. با استفاده از آنالیزهای رگرسیون نرم افزار Excell، ارتباط بین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی پریدوتیت ها تعیین شد. بر اساس نتایج به دست آمده، میزان انطباق بیش تری بین نتایج خصوصیات مکانیکی در حالت خشک نسبت به اشباع وجود دارد. بیش ترین انطباق بین آزمایش مقاومت کششی برزیلی(BTS) با سختی اشمیت (SHV) در حالت خشک است که میزان ضریب تعیین(r²) برابر ۰/۹۵ است

تأثیر اختلاط دانه‌ های ژئوفوم و خاک بر پارامترهای مقاومت برشی خاک ماسه ‌ای با استفاده از آزمایش برش مستقیم

مریم یزدی

استفاده از مخلوط دانه‏های ژئوفوم در ترکیب با خاک از موضوعات اخیر مورد توجه محققان بوده است. این امر موجب کاهش محسوس وزن مخصوص خاک شده و فشار محرک دیوارهای حائل را به شدت کاهش می‏دهد. همچنین استفاده از این ترکیب در مناطق لرزه خیز اهمیت دارد. در این مقاله به بررسی تأثیر اختلاط ژئوفوم و3 نوع خاک ماسه ای بر وزن مخصوص و پارامترهای مقاومت برشی خاک‏ها پرداختیم. خاک‏های استفاده شده، ماسه‏ 161 فیروزکوه، ماسه‏ 161 فیروزکوه با 10 درصد لای و ماسه‏ 161 فیروزکوه با 20 درصد لای است. دانه‏های ژئوفوم همگی ریزدانه است که از الک شمارۀ 10 عبور کرده اند و مقادیر وزنی اضافه شده آن‏ها به خاک 0، 2/0، 4/0، 6/0 درصد وزنی خاک است. آزمایش ها در دستگاه برش مستقیم 10×10 سانتی متر تحت سه تنش قائم 50، 100، 150 کیلوپاسکال انجام شدند. نتایج به دست آمده نشان می‏دهند که با افزایش درصد وزنی ژئوفوم، زاویۀ اصطکاک داخلی در ماسه کاهش و چسبندگی ظاهری در مخلوط خاک-ژئوفوم افزایش می‏یابد. با افزایش تنش‏های قائم در مخلوط ماسه و ژئوفوم (با درصد وزنی یک سان ژئوفوم) مقاومت برشی افزایش می‏یابد. هرچه میزان چسبندگی طبیعی خود خاک کم تر باشد تأثیر افزودن ژئوفوم در افزایش چسبندگی خاک بیش تر است. هم چنین در اختلاط حدود 4/0 درصد ژئوفوم با خاک، نرخ رشد چسبندگی خاک ها با سرعت کندتری افزایش یافته و نرخ کاهش زاویۀ اصطکاک داخلی نیز کندتر می شود. با توجه به آزمایش های انجام شده می‏توان مقادیر زاویۀ اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک‏های آزمایش شده را در صورت اختلاط با درصدهای دیگر ژئوفوم با تقریب مناسبی پیش بینی کرد.

بررسی آزمایشگاهی تأثیر شکل مهار بر جابه‌جایی دیوار پایدارسازی شده با مهار مارپیچ

محمدعماد محمودی مهریزی

مهارهای مارپیچ از روش های نوین در پایدارسازی دیواره ها و ساخت دیوارهای حایل هستند. در این پژوهش تأثیر شکل مهارهای مارپیچ بر جابه جایی دیواره پایدارسازی شده با این روش از نظر آزمایشگاهی بررسی شده است. بدین منظور از ۴ نوع مهار مارپیچ با قطر و تعداد صفحات مارپیچ متفاوت برای پایدارسازی دیواره استفاده شده است. برای بررسی میزان جابه جایی و تغییراتی که در مراحل مختلف خاک برداری در مدل سازی فیزیکی رخ می دهد از روش سرعت سنجی تصویری ذرات (PIV) استفاده شده و عکس های گرفته شده از مراحل مختلف تجزیه و تحلیل و مقایسه شده است. با توجه به نتایج حاصل از آزمایش های انجام شده می توان بیان کرد که در شیب پشت (back slope) 20 درجه، میزان جابه جایی تاج دیواره با کاهش تعداد صفحه های مارپیچ و قطر آن ها افزایش می یابد، در نتیجه میزان جابه جایی مجاز دیواره تعیین کننده نوع مهار مارپیچ استفاده شده است. با توجه به این که در شیب پشت 20 درجه مهار مارپیچ دارای 3 مارپیچ کم ترین میزان جابه جایی را در تاج دیواره ایجاد می کند و جابه جایی رخ داده از دیوار پایدارسازی شده به روش میخ کوبی کم تر است، در زمان وجود سربار استفاده از روش مهار مارپیچ به جای میخ کوبی منطقی به نظر می رسد.

بررسی نتایج آزمون بارگذاری صفحه‌ای با استفاده از شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی در ساختگاه سد بهشت‌آباد

سعید مهدوی

مدول تغییرشکل پذیری تودۀ سنگ یکی از پارامترهای اساسی در طراحی سدهای بتنی قوسی که می تواند به طور مستقیم با استفاده از آزمون های برجا یا به صورت غیرمستقیم از روابط تجربی برآورد شود. برای ارزیابی مدول تغییرشکل پذیری توده سنگ در کوله های سد بهشت آباد که بخش مهمی از پروژه انتقال آب به فلات مرکزی ایران است، از آزمایش بارگذاری صفحه ای استفاده شده است. در این تحقیق ابتدا روش های برآورد مدول تغییرشکل پذیری بررسی و بعد از توصیف ژئوتکنیکی ساختگاه سد، مدول تغییرشکل پذیری تکیه گاه سد با بهره گیری از روش های تجربی و تحلیلی برآورد شده است. روش های تجربی در سه رده دسته بندی شدند و مشخص شد مدول برآورد شده به وسیلۀ روش های تجربی که از نتایج طبقه بندی مهندسی و پارامترهای سنگ بکر به طور هم زمان استفاده می کنند، به مدول ارزیابی شده به وسیلۀ آزمون بارگذاری صفحه ای نزدیک تر است. تطابق نداشتن شرایط مرزی فرض شده در روش های تحلیلی با روش اجرا منجر به افزایش ناگهانی مدول تغییر شکل محاسبه شده بر مبنای آزمون بارگذاری صفحه ای با افزایش عمق می شود. از این رو، به منظور بررسی تأثیر شرایط مرزی موجود بر مدول تغییرشکل پذیری، نتایج آزمون بارگذاری صفحه ای با استفاده از شبیه سازی عددی سه بعدی و تحلیل برگشتی بررسی شد. بر اساس نتایج تحلیل عددی، توده سنگ همگن است و توزیع تنش حاصل از صفحات بارگذاری با آن چه با استاندارد ASTM D4394 ارزیابی می شود از صفر تا 90 درصد تفاوت دارد که میزان تفاوت با فاصله گرفتن از صفحات بارگذاری افزایش پیدا می کند.