نشریه زمین شناسی مهندسی

---

ساخت‌گاه سد البرز از سنگ‌های مارنی و ماسه سنگی تشکیل شده است. با توجه به این نکته که طرح ارائه شده برای پردۀ آب‌بند در سنگ‌های مارنی (نسبتاً نرم با خصوصیات پلاستیکی) نسبت به سنگ‌های سخت و شکننده حداقل از نظر فاصله‌های گمانه‌ها (شعاع تأثیر دوغاب)، فشار تزریق (باربری و مقاومت سنگ) و حتی ترکیب و غلظت دوغاب متفاوت هستند، در این مقاله با تأکید بر دو پارامتر مهم نفوذپذیری و خورند سیمان به ارزیابی طرح تزریق پردۀ آب‌بند سد البرز پرداخته شده است. بررسی نتایج خورند سیمان حاکی از فاصلۀ زیاد گمانه‌های اولیه و عدم ارتباط مناسب بین گمانه‌های اولیه و ثانویه است. همچنین بررسی نتایج تزریق در گمانه‌های سری پنجم و ششم نشان می‌دهد که بعضی از گمانه‌های سری ششم تا سطح آب‌بندی اجرا نشده‌اند. با بررسی نمودارهای نرخ خورند- زمان- فشار و خورند- زمان در تکیه‌گاه راست سد، می‌توان به این نتیجه رسید که فشارهای تزریق متناسب با سنگ‌های مارنی و نفوذناپذیر پی اعمال نگردیده است و باعث شده پدیده‌هایی نامطلوب، از قبیل باز و بسته شدن درزه‌ها1 و شکست هیدرولیکی2 با فراوانی زیاد، خورندسیمان در این بخش از ساخت‌گاه را به طرز چشم‌گیری افزایش دهند. شایـان ذکر است کـه نتایج گمانه‌های کنترلی در تکیه‌گاه سمت راست بیان‌گر آن است که آب‌بندی در این محدوده تا حد قابل قبولی فراهم شده است.

---

در همه مصالح سنگریزه¬ای تحت اثر تنش¬های اعمالی زیاد، شکست دانه ها رخ می¬دهد. شکست دانه‌ها و خرد شدن آنها به دانه‌های کوچک‌تر باعث کاهش مقاومت برشی و افزایش تغییرشکل می‌شود. معمولاً شکست دانه‌ها که در آزمایش‌های سه محوری مشاهده می‌شود را با شاخص شکست مارسال، ، بیان می‌کنند. در این مقاله روشی برای محاسبه در هر سطح از کرنش محوری در آزمایش‌های سه محوری ارائه می‌گردد. بدین منظور از اصل مینیمم انرژیRowe استفاده می‌شود. پارامتر کلیدی در روش یاد شده برای محاسبه ، مقدار ، زاویه اصطکاک مصالح بدون درنظرگرفتن اتساع و شکست ذرات، می‌باشد. بررسی‌ها و آزمایش‌های صورت گرفته نشان داد که ، زاویه اصطکاک مصالح سنگریزه¬ای در تنش¬های محدود کننده موثر کمتر از kPa 200 به شرط ایجاد شرایط حجم ثابت و در کرنش نظیر حالت حجم ثابت می‌باشد. همچنین تغییرات نسبت انرژی شکست و فاکتور شکست مارشال با تنش محدود کننده در کرنش نظیر گسیختگی با رابطه خطی قابل ارائه است.

---

در این مقاله با استفاده از روش مونونوبه و اکابه در مورد یک دیوار حایل بنایی غیروزنی محاط در یک قاب ساختمانی (میانقاب حایل بنایی) ، به محاسبه نیروهای دینامیکی ناشی از زلزله و اثرات آن بر دیوار پرداخته شده است. در روش مونونوبه و اکابه دیوار حایل صلب فرض شده و وضعیت غالب شکست، لغزش پای دیوار حایل و یا چرخش دیوار حایل حول پاشنه آن می‏‏‏‏باشد. درحالی‏که وضعیت غالب خرابی در یک میانقاب حایل بنایی، شکست در بدنه دیوار تحت نیروهای عمود بر صفحه می‏‏‏‏باشد. در چنین حالتی توزیع نیروی لرزه‏ای وارده بر دیوار اهمیت می‏یابد. بر این اساس در این مقاله بر مبنای روش مونونوبه و اکابه یک توزیع برای نیروهای لرزه‏ای وارد بر میانقاب حایل بنایی پیشنهاد شده است. همچنین با بررسی عملکرد عمود بر صفحه میانقاب‏های ‏بنایی به لحاظ مقاومت و معیار پذیرش، به تحلیل نحوه خرابی در بدنه دیوار ناشی از بارهای عمود بر صفحه پرداخته شده است. در ادامه روش بهسازی لرزه‏ای مورد نظر در خصوص میانقاب‏های ‏حایل بنایی آسیب پذیر ارایه شده و با معرفی یک مثال کاربردی، نتایج روش پیشنهادی با نتایج یک نرم افزار عددی کنترل شده است. در انتها ‏نیز با توجه به شرایط مختلف قابل پیش بینی برای میانقاب‏های ‏حایل بنایی، راهکار بهسازی لرزه‏ای بصورت کاربردی ارایه شده است.

---

هوک و براون روشی را برای تخمین پارامترهای مقاومتی و تغییر شکل‌پذیری توده‌سنگ‌ها پیشنهاد کردند. زمانی که این روش پیشنهاد گردید، در طراحی‌های مهندسی سنگ به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. در طراحی‌ها اغلب از میانگین مقادیر پارامتر‌های هوک و براون استفاده می‌شود، با توجه به تغییرپذیری خواص توده‌سنگ در دامنه وسیعی از اعداد این عمل نمی-تواند مناسب باشد. در چنین مواردی تحلیل احتمالاتی خواص توده‌سنگ اهمیت پیدا می‌کند. شاخص مقاومت زمین‌شناسی از مهمترین پارامترهای موجود در روابط هوک و براون می‌باشد که عدم قطعیت‌های موجود در تعیین آن بیشتر از سایر پارامترها است. در این مقاله بر ‌اساس نتایج آزمایش‌های مکانیک‌سنگ بر روی نمونه‌های سنگی معدن گل‌گهر سیرجان و همچنین برداشت‌های صحرایی مورد نیاز، به بررسی میزان حساسیت پارامترهای ژئومکانیکی توده‌سنگ نسبت به تغییر نوع تابع توزیع آماری شاخص مقاومت زمین‌شناسی در هنگام استفاده از روش شبیه‌سازی مونت کارلو در تحلیل آماری این پارامترها پرداخته شد. نتایج نشان داد که میزان حساسیت روابط هوک و براون برای تعیین پارامترهای مختلف ژئومکانیکی توده‌سنگ نسبت به تغییر نوع تابع توزیع شاخص مقاومت زمین‌شناسی یکسان نیست. به طوری که میزان حساسیت پارامترهای ژئومکانیکی زاویه اصطکاک داخلی، چسبندگی، مقاومت کلی و مدول توده‌سنگ نسبت به تغییر نوع تابع توزیع شاخص مقاومت زمین‌شناسی بسیار کمتر از مقاومت فشاری تک‌محوره و مقاومت کششی توده‌سنگ می‌باشد. بیشترین میزان تغییرات با تغییر نوع تابع توزیع شاخص مقاومت زمین‌شناسی برای پارامترهای زاویه اصطکاک داخلی، چسبندگی و مقاومت کلی کمتر از 5%، برای مدول کمتر از10%، و برای مقاومت فشاری تک‌محوره و مقاومت کششی کمتر از 25%، است.

---

در سنگ‌ها ترک‌های ریزی وجود دارد، هنگامی که سنگ تحت تأثیر تنش قرار می‌گیرد تنش در نوک این ترک‌ها متمرکز شده و باعث می‌شود که سنگ قبل از رسیدن به مقاومت نهایی خود بشکند. پارامتری که میزان بحرانی ضریب شدت تنش بر نوک ترک سنگ را نشان می‌دهد چقرمگی شکست است.
از آن‌جا که تعیین چقرمگی شکست مودI  به‌وسیلۀ انجام آزمایش، وقت‌گیر و پرهزینه است بنابراین، روشی ساده برای تعیین چقرمگی شکست سنگ  مفید است. در این پژوهش آزمون برزیلی و آزمون خمش سه  نقطه روی  نمونه‌های نیم دایره‌ای سنگ انجام شده است. پژوهش حاضر با هدف ارائۀ یک رابطۀ تجربی برای تخمین چقرمگی شکست مود I سنگ است .نتایج نشان می‌دهد که چقرمگی  شکست مود  Iسنگ‌ها را می‌توان با سطح بالایی از دقت و با استفاده از رابطۀ ارائه شده که دارای ضریب تعیین ۷۹۷۷/۰ است  برآورد کرد.
 

---

ناهم‌سانگردی یاآنیزوتروپی در تغییر رفتار مهندسی سنگ نقش مهمی دارد.اسلیت‌ها به‌عنوان سنگ‌های دارای ناهم‌سانگردی از دیرباز برای سقف شیروانی، کفپوش‌ها و  به‌عنوان منابع قرضه استفاده می‌شوند. اسلیت‌ها­ی بررسی شده در این پژوهش آهکی است و بافت پورفیرو-لپیدوبلاستیک دارند. در این بررسی برای تعیین نقش ناهم‌سانگردی بر مقاومت کششی و الگوی شکستگی، از دو متغیر ψ (زاویۀ محور مغزه‌گیری نسبت به سطح فولیاسیون) و β (زاویۀ بین محور بارگذاری و امتداد فولیاسیون) در آزمایش برزیلی استفاده شد. زوایا هر 15 درجه انتخاب شده‌اند بدین معنا که برای هم ψ و هم β، هفت زاویه 0، 15، 30، 45، 60، 75 و 90 درجه تعریف شده است (برای هر نمونه 43 حالت ممکن وجود دارد). برای نام‌گذاری و بررسی الگوی­های شکستی، 11 الگو پیشنهاد شده است. متوسط مقاومت شکست برای سه ایستگاه تنوع 21/3 تا 94/20 مگاپاسکال را نشان داد. بر اساس نتایج متوسط مقاومت کششی با دانسیته رابطۀ مستقیم دارد. با مقایسه داده‌های آزمون کشش برزیلی، مقاومت کششی در حالت اشباع 8/30 درصد کم‌تر از حالت خشک است. از طرفی طول شکستگی در مقابل ψ و β رابطه عکس نشان داده است. متوسط مقاومت کششی و شاخص ناهم‌سانگردی نشان دادند که تأثیر زاویه جهت‌گیری(ψ) بیش‌تر از زاویه بارگذاری-فولیاسیون (β) است.

---

یکی از چالش‌های مهندسان  مکانیک‌سنگ، تغییر خواص مکانیکی سنگ‌ها با تغییر اندازۀ نمونه، با عنوان تأثیر مقیاس است. در بحث تأثیر مقیاس بر مقاومت کششی، پژوهش‌های انجام شده روی سنگ‌ها بسیار محدود است و غالباً روی بتن انجام گرفته است. نتایج تعدادی از تحقیقات گذشته حاکی از کاهش مقاومت با افزایش قطر است، در حالی‌که در تعدادی دیگر بی‌تأثیر بودن مقیاس یا افزایش مقاومت گزارش شده است. هم‌چنین، اغلب این آزمایش‌ها روی دامنۀ کوچکی از قطر انجام شده و رابطه‌ای کلی که تأثیر مقیاس بر مقاومت کششی سنگ‌ها را نشان دهد و دارای مقبولیت باشد، وجود ندارد. در این مقاله، تأثیر ابعاد نمونه بر مقاومت کششی برزیلی بررسی می‌شود. برای این منظور، نمونه‌های ماسه سنگ با قطر بین 19 تا 145 میلی‌متر تهیه و آزمایش برزیلی روی این نمونه‌ها انجام شد. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش قطر نمونه مقاومت کششی کاهش می‌یابد. در ادامه این بررسی، با استفاده از آنالیز رگرسیون غیرخطی و با استفاده از مدل‌های هوک و براون، قانون تأثیر مقیاس SEL و قانون مقیاس چند فراکتال MFSL، روابطی برای تخمین مقاومت کششی در قطرهای مختلف ارائه شده و مشخص شد مدل SEL تخمین بهتری از تأثیر مقیاس بر مقاومت کششی ارائه می‌کند

---

تعیین جهت و مقدار تنش‌های برجا پیش‌نیاز اساسی در حفر چاه‌های نفت و انجام عملیات توسعه میادین نظیر شکافت هیدرولیکی محسوب می‌شود. تحلیل شکستگی‌های برشی یکی از روش‌های تعیین جهت و مقدار تنش‌های برجا است. شکستگی‌های برشی به‌دلیل اعمال فشار گل حفاری کم‌تر از مقدار بهینه، به موازات جهت تنش برجای افقی حداقل (S_h) در دیواره چاه گسترش می‌یابند. در این پژوهش، جهت و مقدار این تنش‌ها در یکی از چاه‌های نفت منطقه اهواز به‌روش تحلیل شکستگی‌های برشی اندازه‌گیری شده است. بر این اساس، جهت تنش برجای افقی حداکثر (S_H) در امتداد E35N و جهت S_h نیز در راستای W55N قرار دارد. بزرگای تنش برجای قائم (S_V) کم‌تر از مقدار S_H و بیش‌تر از مقادیر S_h است که بیان‌گر وجود رژیم تکتونیک امتدادلغز در منطقه است. تعیین جهت و مقدار این تنش‌ها امکان تخمین فشار بهینه گل حفاری و انتخاب مسیر مناسب حفاری در حفر چاه‌های انحرافی را فراهم می‌کند

---

در صنعت نفت به‌منظور افزایش شاخص تولید و بازیافت از چاه‌هایی که به‌علت برداشت طولانی مدت، بازدۀ آن کاهش یافته است یا سنگ‌های اطراف چاه میزان نفوذپذیری کمی دارند از شکست هیدرولیکی استفاده می‌شود. از آن‌جاکه عملیات شکست هیدرولیکی، عملیاتی پر هزینه است، به‌دست آوردن فشار لازم برای شکست هیدرولیکی و تعیین پمپ مناسب برای این عملیات، برای مجریان پروژه، اهمیت به‌سزایی دارد. در این تحقیق به مدل‌سازی آزمایشگاهی و عددی شکست هیدرولیکی در ماسه سنگ‌های لوشان پرداخته شد. هدف از این مدل‌سازی‌ها بررسی نحوۀ شکست هیدرولیکی، وضعیت تنش‌های اصلی در هنگام آغاز شکست و فشار لازم برای آغاز شکست در این سنگ‌ها است. در این تحقیق، مدل‌های عددی ساخته شده بدون ترک و شکستگی پیش فرض است و مسیر و نحوۀ رشد ترک بدون هیچ پیش‌داوری و تعیین قبلی بررسی شد. فشار شکست‌های به‌دست آمده از مدل‌سازی عددی با آن‌چه از آزمایشگاه به‌دست آمده است اختلاف کمی دارد. در اغلب موارد ترک از قسمت مرکزی نمونه آغاز شده و به‌سمت دو سر نمونه گسترش می‌یابد و راستای گسترش ترک در راستای محور گمانه و عمود بر تنش جانبی است. مجریان طرح شکست هیدرولیکی می‌توانند با روش ارائه شده در این تحقیق و مدل‌سازی آزمایشگاهی و عددی شکست هیدرولیکی، فشار شکست هیدرولیکی در شرایط مختلف را به‌دست آورده و پمپ مناسب برای عملیات را انتخاب کنند. با توجه به این‌که نتایج به‌دست آمده از مدل‌سازی‌های عددی مطابقت خوبی با نتایج مدل‌سازی‌های آزمایشگاهی دارد، محدودیت ظرفیت پمپ موجود در آزمایشگاه را می‌توان با مدل‌سازی عددی جبران کرد. 
 

---

در مواردی از قبیل انفجار، آتش­سوزی و حفاری­های عمیق، سنگ‌ها تحت حرارت چشم‌گیری قرار می­گیرد. از این‌رو اثر درجه حرارت بر چقرمگی شکست مود I که هدف این تحقیق است ضروری به‌نظر می­رسد. برای رسیدن به این هدف روی نمونه‌های نیم‌دایره­ای چهار نوع سنگ طبیعی شامل ماسه­سنگ، سنگ­آهک، توف، آندزیت و یک سری  نمونه­های بتنی آزمایش خمش سه­نقطه­ای برای تعیین چقرمگی شکست مود I انجام شده است. آزمایش­ها، روی نمونه­هایی انجام شده است که ابتدا تا دمای 100، 200، 300، 500 و 700 درجۀ سانتی­گراد گرم و بعد از رسیدن به دماهای مورد نظر سرد شده­اند و یک سیکل گرم شدن و سرد شدن را تحمل کرده­اند. البته یک سری آزمایش روی نمونه­ها در دمای محیط(25 درجۀ سانتی­گراد) نیز انجام شده است. سرعت افزایش دما برای نمونه­ها در کوره الکتریکی، 15 درجۀ سانتی­گراد بر دقیقه و متناسب با افزایش دما در فرآیند آتش­سوزی در نظر گرفته شده است. برای شناخت ترکیب سنگ­ها مطالعات سنگ­شناسی و تحلیل پراش اشعه ایکس (XRD) انجام شه است. علاوه بر این، به­منظور بررسی رفتار سنگ  مقدار تخلخل مؤثر و کاهش وزن نمونه‌های حرارت دیده نیز تعیین شده است. مقایسۀ نتایج آزمایش‌ها نشان داد که اثر دما بر چقرمگی شکست سنگ‌های ریزدانه بیش‌تر است. علاوه بر این، چقرمگی شکست با افزایش تخلخل مؤثر و کاهش افت وزن کاهش می‌یابد. نتایج آزمایشگاهی نشان می­دهد که مقدار چقرمگی شکست مود I  نمونه‌های ماسه سنگ، توف، سنگ آهک، آندزیت و بتن که  یک سیکل گرمایش (تا 700 درجه)- سرمایش  را تحمل کرده‌اند در مقایسه با نمونه‌های حرارت ندیده به‌ترتیب 45، 17، 44 و 5/9 و 37 درصد کاهش یافته است. 

---

بررسی شکست توده‌های سنگی، همواره مورد توجه مهندسان عمران، معدن و مکانیک بوده است. چنان‌چه در قطعات سنگی، ترکی وجود داشته باشد، اهمیت موضوع شکست قطعات سنگی را دوچندان می­کند. در این راستا، از چقرمگی شکست به‌عنوان یکی از خواص مکانیکیِ مواد سنگی برای تخمین استحکام سازه­های سنگی ترک­دار استفاده می­شود. مقدار چقرمگی شکست، با انجام آزمایش‌های استاندارد روی قطعات ترک­دار سنگی محاسبه می­شود. یکی از نکات مهم در محاسبۀ مقدار چقرمگی شکست، ابعاد قطعۀ آزمایش شده است. ضخامت قطعه به‌عنوان بُعد خارج صفحه­ای، نقش مهمی در مقدار چقرمگی شکست دارد که کم‌تر به آن توجه شده است. بنابراین، در این مقاله، اثرات ضخامت در مقدار چقرمگی شکست قطعات سنگی هم در حالت بارگذاری مود I و هم در حالت بارگذاری مود II به‌صورت آزمایشگاهی بررسی می‌شود. برای این منظور، از قطعۀ نیم دیسک با ترک ­لبه­ای تحت بار خمشی متقارن و نامتقارن استفاده شده است. قطعات آزمایش شده دارای شعاع ثابت و ضخامت‌های متغییر است. نتایج آزمایشگاهی نشان می­دهد که با افزایش ضخامتِ قطعه، مقدار چقرمگی شکست تا ضخامت خاصی روند صعودی دارد، اما بعد از آن ضخامتِ خاص، روند کاهشی پیدا می‌کند. اختلاف مقادیر چقرمگی شکست در روند کاهشی، زیاد نبوده و می­توان مقدار تقریباً ثابتی برای چقرمگی شکست در نظر گرفت. هم‌چنین، انحنای مسیر رشد ترک در حالت مود II خالص با افزایش ضخامت قطعه بیش‌تر می­شود.

---

تزریق CO₂ در سازندهای زمین­شناسی، مانند مخازن تخلیه شده نفت و گاز، علاوه بر مزیت­های زیست­محیطی یکی از روش­های مؤثر ازدیاد برداشت نفت به‌عنوان ازدیاد برداشت ثالثیه است. وجود مخازن دارای افت فشار و نیازمند به تزریق گاز در جنوب غرب ایران از یک طرف و داشتن اثرات فنی و زیست­محیطی از طرف دیگر سبب ایجاد پتانسیل مناسبی جهت تزریق گاز CO₂ برای ازدیاد برداشت در این منطقه شده است. برای انجام یک پروژه تزریق CO₂، در اولین گام، یک ارزیابی از وضعیت فشار منفذی مخزن، مقادیر و جهت‌گیری تنش‌های برجا و وضعیت شکستگی­ها و گسل­ها مورد نیاز است. در این پژوهش، ابتدا فشار منفذی بر اساس روش ایتون تغییر یافته^[1]برای 47 چاه برآورد و با داده­های آزمون مجدد سازند^[2] و فشار گل اعتبارسنجی شد. مقادیر تنش‌های برجا برای 47 چاه در طول میدان گچساران، با استفاده از روابط پوروالاستیک، تخمین زده و با استفاده از داده­های آزمون­های نشت و نشت تمدید یافته^[3] اعتبارسنجی شد. سپس جهت­گیری تنش‌های برجای افقی و شکستگی­ها بر استفاده نگاره­های تصویری بررسی شد. رژیم تنش در میدان بررسی شده نرمال تعیین شد. در نهایت با استفاده تئوری گسل در حالت تنش بحرانی وضعیت شکستگی­ها و گسل­ها از نظر فعالیت هیدرولیکی و مکانیکی ارزیابی شد. در این بررسی گسل­های شمارۀ 15، 6، 10 و 2 به‌ترتیب مستعدترین گسل­ها برای فعالیت مجدد در طی تزریق CO₂ بودند. 
 

---

شکست هیدرولیکی، یکی از مهم‌ترین روش‌های تحریک مصنوعی در سازندهایی با نفوذپذیری کم است. پارامترهای مختلفی مانند رژیم تنش­ها، مقاومت کششی سنگ، مدول الاستیسیته، شدت جریان تزریق، نوع سیال شکست، ویسکوزیته سیال، فشار منفذی، مشبک‌کاری و تنش تفاضلی بر عملیات شکست هیدرولیکی تأثیر می گذارند. در بررسی‌های آزمایشگاهی، رژیم تنش‌ها و هندسه نمونه، از جمله عوامل مهم مؤثر بر شکست هیدرولیکی هستند. در این مقاله، پارامترهای مختلف عملیات شکست هیدرولیکی در 39 نمونه مکعبی سیمانی و 60 نمونه استوانه‌ای سیمانی تحت تنش‌های قائم و جانبی مختلف بررسی شده است. نتایج بررسی‌های آزمایشگاهی نشان داد، در هر دو نوع هندسه بررسی شده، تحت تنش تک‌محوره، با افزایش تنش قائم، ابتدا میانگین فشار شکست، افزایش و سپس کاهش می‌یابد. هم‌چنین، در نمونه استوانه‌ای تحت تنش سه‌محوره، با افزایش تنش قائم، ابتدا میانگین فشار شکست افزایش یافته و سپس کاهش می‌یابد و در تنش‌های جانبی بالاتر، روند نزولی میانگین فشار شکست سریع تر رخ می‌دهد.