آخرین پیشرفت ها در مهندسی و مکانیک توده سنگ نرم در چین
آخرین پیشرفت ها در مهندسی و مکانیک توده سنگ نرم در چین – ایران ترجمه – Irantarjomeh
مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران
مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی
مقالات رایگان
شماره |
78 |
کد مقاله |
CVL78 |
مترجم |
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomehمهندس امیر رضا بخشی بهار |
نام فارسی |
آخرین پیشرفت ها در مهندسی و مکانیک توده سنگ نرم در چین |
نام انگلیسی |
Latest progress of soft rock mechanics and engineering in China |
تعداد صفحه به فارسی |
64 |
تعداد صفحه به انگلیسی |
15 |
کلمات کلیدی به فارسی |
مکانیک سنگ, مهندسی سنگ های نرم, خرابی ناشی از فروپاشی زیاد, مکانیسم تغییر شکل, برآوردها و اقدامات کنترلی |
کلمات کلیدی به انگلیسی |
Rock mechanics, Soft rock engineering, Large deformation failure, Deformation mechanism, Control countermeasures |
مرجع به فارسی |
ژورنال مکانیک سنگ و مهندسی ژئوتکنیکلابراتور کلیدی ایالتی ژئو مکانیک، دانشگاه معدن و فن آوری پکن، چینالزویر |
مرجع به انگلیسی |
Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering; tate Key Laboratory of Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining & Technology, Beijing, China; Elsevier |
قیمت به تومان |
18000 |
سال |
2014 |
کشور |
چین |
آخرین پیشرفت ها در مهندسی و مکانیک توده سنگ نرم در چین
ژورنال مکانیک سنگ و مهندسی ژئوتکنیک
لابراتور کلیدی ایالتی ژئو مکانیک، دانشگاه معدن و فن آوری پکن، چین
الزویر
2014
چکیده
پیشرفت مکانیک سنگ نرم و تکنولوژی های آن در چین توام با توسعه مهندسی معدن و افزایش فجایع ناشی از تغییر شکل بزرگ سنگ ها در حین انجام فرآیندهای مهندسی ساخت و ساز زیر زمینی بوده است. در این خصوص پژوهشگران و دانشمندان چینی مفاهیم و روش های مختلفی را در مورد سنگ های نرم بر حسب فرآیندهای اجرایی مهندسی ارائه نموده اند. مکانیزم تغییر شکل بزرگ سنگ های نرم با انجام آزمایشات متعدد قابل شناسایی می باشد و از این رو از نوعی تئوری پشتیبانی همبسته برای جاده های دارای سنگ نرم، با استفاده از مهاربندها / پیچ های مرتبط با قابلیت تغییر شکل زیاد و مقاومت پیوسته و با در نظرگیری اثر نسبت پواسون منفی و تکنولوژی کنترلی مرتبط با آن، استفاده شده است. نتایج میدانی نشان می دهند که قابلیت مرتفع سازی مشکلات ناشی از تغییر شکل های بزرگ مرتبط با موضوعات مهندسی با استفاده از این تکنولوژی به عنوان روشی موثر جهت کنترل تغییر شکل سنگ نرم وجود دارد.
کلمات کلیدی: مکانیک سنگ، مهندسی سنگ های نرم، خرابی ناشی از فروپاشی زیاد، مکانیسم تغییر شکل، برآوردها و اقدامات کنترلی
1- مقدمه
با افزایش روز افزون کمبود منابع سطحی جهانی، بهره گیری و استخراج منابع عمیق به عنوان جایگزین مناسبی مطرح می باشد. در عین حال، فضاهای زیر زمینی به عنوان منابع زمینی جدید در توسعه استخراج ژئوتکنیکی، شامل مواردی چون صنعت هسته ای، صنایع دفاعی، حمل و نقل، انتقال آب و دیگر صنایع، در دنیا شناخته می شوند. در سال های اخیر پروژه های زیر زمینی عمیق و در مقیاس بزرگ در حال ساخت بوده اند که طی آن مشکلات ناشی از الزامات کمی و کیفی موجب افزایش عمق آنها شده است. به طور مثال، حفاری فلزات به عمق 4 km و عمق حفر زغال سنگ به 1.5 km رسیده، در حالی که مهندسی هیدروالکتریک، مهندسی ترافیک و دیگر عملیات های شهری به عمق 2.5 km رسیده اند. موضوعات اصلی علمی مرتبط با پروژه های زیر زمینی عمیق در برگیرنده سه موضوع اصلی و یک مود آشفتگی (اختلال ) می باشد که شامل تنش بالا، دمای زیاد، فشار تراوش زیاد و اختلال حفاری می باشد که تشکیل دهنده محیطی ژئومکانیکی جهت مهندسی در اعماق زیاد هستند. علاوه بر این، تغییرات در ساختار سنگ های عمیق، رفتار ها و واکنش های فیزیکی- مکانیکی ناشی از اختلالات و مسائل مهندسی نشان دهنده ضعف خصوصیات مکانیکی سنگ های نرم در شکل دهی تغییر شکل های بسیار بزرگ می باشند. در نتیجه، فجایع حاصل از تغییر شکل بزرگ خاک های عمیق نرم به طرز چشمگیری افزایش یافته و باعث ایجاد تهدیدی جدی جهت حفر ایمن منابع عمیق و توسعه کارای فضاهای زیر زمینی شده است (هی و همکاران 2005 ؛ هی و کیان 2010 ).
در دهه 1950، محققین چینی شروع به تحقیق در مورد مسائل و مشکلات تغییر شکل های بزرگ و گسیختگی سنگ های نرم کردند. در دهه 1980، با توجه به افزایش عمق حفر زغال سنگ، مسائل مهندسی موجب توسعه مطالعه سنگ های نرم در حفاری عمیق زغال سنگ تحت تاثیر مفاهیم اولیه تئوری انتقال محوری، تکنولوژی تقویت ترکیبی، معیارهای تقویت مهاربند-کمان، ناحیه تخریب شده حفاری، نواحی بارگذاری اصلی و فرعی و همچنین دیگر تئوری ها و تکنیک ها شدند ( یو و کیائو 1981 ؛ لو 1986، ژنگ 1993، دانگ 1994، فنگ 1996 ). پس از دهه 1990، با توجه به مشکلات تغییر شکل بزرگ سنگ نرم، محققین چینی در شاخه های مکانیک سنگ و مهندسی معدن شروع به انجام تحقیقاتی بر روی نظریه سیستم ها، ابتکارات و خلاقیت های آزمایشگاهی و تکنولوژیکی، روانگرایی سنگ های نرم، حفاری تونل و دیگر موضوعات نمودند که در این بین به دستاوردهای زیادی نیز رسیدند. به طور مثال آزمایشگاه ژئومکانیک و مهندسی منابع زیر زمینی عمیق (SKLGDUE) در پکن، مطالعات گسترده و یکپارچه ای را در مورد مکانیک مدرن و ژئولوژی مهندسی با پیشرفت قابل توجهی در مفهوم و دسته بندی توده سنگ های نرم در ایجاد فرآیندی جهت انتقال تغییر شکل های پیچیده انجام دادند که طی آن در تئوری مکانیک توده سنگ نرم و سیستم های تکنولوژی، ایده اصلی رهاسازی ایمن انرژی پیشنهاد شد (هی 1993، 2002). می توان این نتایج را به توسعه و پیشرفت دانش مهندسی سنگ نرم در چین، نسبت داد.
این مقاله به بررسی مفاهیم پیشنهادی و دسته بندی سنگ های نرم پرداخته و مفهوم مهندسی سنگ نرم را معرفی خواهد نمود. با توجه به نتایج مختلف آزمایشگاهی، فرآیند تغییر شکل بزرگ معرفی شده و پس از آن تکنولوژی تقویت ترکیبی به منظور کنترل تغییر شکل بزرگ سنگ های نرم ارائه می شود. در این خصوص، به معرفی ماده تقویتی جدید با اثر نسبت پواسون منفی یعنی انکر ها و پیچ های دارای مقاومت ثابت و تغییر شکل بزرگ (CRLD) می پردازیم.
2- طبقه بندی توده سنگ های نرم
2-1. مفاهیم توده سنگ نرم
انجمن بین المللی مکانیک سنگ (ISRM)، تعریفی را از مکانیک سنگ در سال 1981 ارائه کرده است : انجمن بین المللی مکانیک سنگ (ISRM) سنگ را با UCS ( مقاومت فشاری /تک محوری) در بازه 0.25Mpa تا 25Mpa به عنوان بسیار ضعیف تا ضعیف تعریف می کند (ISRM 1981). در عین حال، محققین چینی تعریف دیگری را از توده سنگ نرم بر مبنای خصوصیات جرمی سنگ ،رفتار تغییر شکل و گسیختگی ارائه کرده اند که طی آن باید خصوصیات مهندسی سنگ ها مانند شاخص مقاومت هنگام تعریف سنگ های نرم در نظر گرفته شوند.
چون تعریف سنگ نرم به صورت مناسب مورد تایید قرار نگرفته است، مسائل و موانع دیگر بر سر راه تحقیقات و تبادل نظر در مورد سنگ های نرم قرار خواهد گرفت. بنابراین در کاربردهای مهندسی و تحقیقاتی تئوریک در مورد سنگ های نرم، بایستی این مفهوم در برگیرنده گستره ای از تعاریف در مورد قوانین رایج و خصوصیات اصلی سنگ های نرم و منعکس کننده عملکردهای اصلی توده سنگ نرم باشد. بر مبنای مطالعات قبلی در مورد مفهوم سنگ نرم، مفهوم جدیدی از سنگ نرم در رابطه با سنگ نرم ژئولوژیکی و سنگ نرم مهندسی پیشنهاد شده است (هی 1992، هی وهمکاران 1993، 2002 ).
سنگ نرم ژئولوژیکی در مورد سنگ هایی با تنش کم، تخلخل زیاد، گیرش ضعیف، سطح شکننده و استعداد هوازدگی بالا می باشد که اساسا حاوی مواد متورم و سست رسی و یا با لایه هایی شل، نرم وضعیف می باشند.
سنگ نرم مهندس شامل سنگ هایی است که می توانند تغییر شکل های پلاستیک زیادی را تحت اعمال نیروهای مهندسی (بارهای اعمالی) تولید کنند. مفهوم سنگ نرم مهندسی نشان دهنده اهمیت خصوصیات مقاومتی و نیروهای مهندسی با استفاده از شرایط زیر است :
2-2. خصوصیات مکانیکی اصلی توده سنگ نرم
دو شاخص اصلی در مورد خصوصیات مکانیکی سنگ نرم وجود دارد : بار بحرانی و عمق بحرانی برای نرم شدگی (هی و همکاران 1993).
-
بار بحرانی جهت نرم شدگی
هنگامی که بار خارجی اعمالی به سنگ بیشتر از مقدار حدی (آستانه) باشد، تغییر شکل پلاستیک سنگ نشان دهنده فاز شتاب واضحی خواهد بود و بنابراین به صورت یک تغییر شکل ناپایدار می باشد. به مقدار حدی بار اعمالی، بار بحرانی برای نرم شدگی گفته می شود که طی آن تغییر شکل پلاستیک زیاد می تواند ایجاد گردد. هنگامی که تنش اعمالی بر روی سنگ بزرگتر از بار بحرانی جهت نرم شدگی باشد، توده سنگ نشان دهنده خصوصیات عادی سنگ نرم برحسب تغییر شکل زیاد می باشد که به آن توده سنگ نرم گفته می شود.
-
عمق بحرانی جهت نرم شدگی