ارایه رابطه‌ای تجربی برای برآورد آبگذری در سازه‌های زیرزمینی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد تونل و فضاهای زیرزمینی؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 استاد؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

3 استادیار؛ دانشکده‌ی مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

در توده‌های سنگی ناپیوسته، آب زیرزمینی از طریق ناپیوستگی‌ها و درزه‌های موجود در توده‌سنگ به داخل فضا راه پیدا می‌کند و باعث بروز مشکلات فراوانی می‌شود. هدف اصلی این مقاله، ارایه رابطه تجربی برای تخمین مقدار جریان سیال بر مبنای پارامترهای بازشدگی و فاصله‌داری شکستگی‌های توده‌سنگ است. برای این منظور از روش شبکه شکستگی مجزا (DFN) برای مدل‌سازی شکستگی‌های توده‌سنگ و شبیه‌سازی جریان سیال، با کاربرد نرم‌افزار 3DEC استفاده شده است. با تمرکز بر توده‌سنگ ساختگاه سد مخزنی پارسیان و بر اساس برداشت‌های میدانی انجام شده، توابع توزیع آماری مربوط به هر یک از مشخصات ناپیوستگی‌ها تعیین و یک مدل DFN که معرف شرایط واقعی زمین است، ساخته می‌شود. برای حذف تاثیر اندازه مدل و تعداد درزه‌ها بر اندازه نفوذپذیری، حجم المان معرف (REV) منطقه انتخاب شد. با تحلیل جریان سیال و اعتبارسنجی به وسیله آزمایش لوژان، مدلی واقعی از نفوذپذیری ساختگاه ارایه می‌شود. در ادامه یک مدل مکعبی که تنها بر اساس پارامترهای فاصله‌داری و بازشدگی ناپیوستگی‌ها است، توسعه داده می‌شود. با استفاده از این مدل مکعبی، تحلیل‌های حساسیت با تمرکز بر تاثیر پارامترهای بازشدگی و فاصله‌داری در مقدار جریان سیال انجام می‌شود و روابطی تجربی به منظور برآورد آب‌گذری توده‌سنگ ارایه خواهد شد. با استفاده از روابط تجربی به دست آمده می‌توان آب‌گذری توده‌سنگ را بدون نیاز به مدل‌سازی‌های عددی وقت‌گیر و تنها در صورت وجود داده‌های مربوط به پارامترهای هندسی ناپیوستگی‌ها در پروژه‌های مشابه پیش‌بینی کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Andersson, J., & Dverstorp. B., (1987). Conditional simulations of fluid flow in three-dimensional networks of discrete fractures. Water Resource Res, 23, 1876–1886.
Baghbanan, A., & Jing, L., (2007). Hydraulic properties of fractured rock masses with correlated fracture length and aperture. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 44(5), 704-719.
Baghbanan, A., & Jing, L., (2008). Stress effects on permeability in a fractured rock mass with correlated fracture length and aperture. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 45 (8), 1320-1334, https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2008.01.015.
Chen, R., & Tonon, F., (2012). Fracture Cluster Modeling for Groundwater Inflow Prediction into Rock Tunnels Using Geostatistics. In GeoCongress 2012@ sState of the Art and Practice in Geotechnical Engineering, ASCE, 2372-2381.
Dershowitz, W. S., & Einstein, H. H., (1988). Characterizing rock joint geometry with joint system models. Rock Mechanics and Rock Engineering, 21, 21–51.
Farahmand, K., (2011). Sensitivity analysis of the effect of different parameters on the hydromechanical behavior of jointed rock mass, Master's thesis, College of Engineering, Isfahan University of Technology.
Farhadian, H., Katibeh, H., Hassanpour, J., & Aalianvari, A., (2009). Amirkabir tunnel site rating from groundwater hazard point of view using SGR and comparison with analytical method3rd Iranian Mining Engineering Conference, Yazd.
Hu, K., Yao, L., Liao, J., Wang, H., Luo, J., & Xu, X., (2024). Predicting Water Inflow in Tunnel Construction: A Fracture Network Model with Non-Darcy Flow Considerations. Water, 16 (13), 1885. https://doi.org/10.3390/w16131885.
Huang, Z., Zhao, K., Li, X., Zhong, W., & Wu, Y., (2021). Numerical characterization of groundwater flow and fracture-induced water inrush in tunnels. Tunnelling and Underground Space Technology, 116, 104119.
Hudson, J.A., (2005). Engineering Properties of Rocks. Vol 4, Lexinton MA, USA, p. 290.
Huseby, O., Thovert, J.F., & Adler, P.M., (1997). Journal of Physics A: Mathematical and General 30(5), 1415.
Itasca, 3. D. E. C., "Version 5.0." (2015).
Jafari, A., & Babadagli, T., (2012). Estimation of equivalent fracture network permeability using fractal and statistical network properties. Journal of Petroleum Science and Engineering, 92, 110-123, https://doi.org/10.1016/j.petrol.2012.06.007.
Javadi, M., & Sharifzadeh, M., (2012). Near Field Fluid Flow Modelling in Discontinues Fractured Media. Water Flow and Pollution National Conference, University of Tehran, Iran.
Javadi, M., Sharifzadeh, M., & Shahriar, K., (2016). Uncertainty analysis of groundwater inflow into underground excavations by stochastic discontinuum method: Case study of Siah Bisheh pumped storage project, Iran. Tunnelling and Underground Space Technology, 51, 424-438, https://doi.org/10.1016/j.tust.2015.09.003.
Karimzade, E., Sharifzadeh, M., Zarei, H.R., Shahriar, K., & Cheraghi Seifabad, M., (2017). Prediction of water inflow into underground excavations in fractured rocks using a 3D discrete fracture network (DFN) model. Arabian Journal of Geosciences 10 (9).
Lapcevic, P. A., Novakowski, K. S., & Sudicky, E. A., (1999). The interpretation of a tracer experiment conducted in a single fracture under conditions of natural groundwater flow. Water Resources Research, 35(8), 2301–2312, https://doi.org/10.1029/1999WR900143.
Lar Consultant Engineers Co., (2013). General Geological and Engineering Report of the Parsian Dam Construction Site.
Li, G., Li, C., Liao, J., & Wang, H., (2023). A New Hydro-Mechanical Coupling Numerical Model for Predicting Water Inflow in Karst Tunnels Considering Deformable Fracture. Sustainability, 15, 14703.
Long, J. C. S., Remer, J. S., Wilson, C. R., & Witherspoon, P. A. (1982). Porous media equivalents for networks of discontinuous fractures. Water Resources Research, 18 (3), 645-658.
Noroozi, M., Jalali, S.E., & Kakaie, R., (2015). Three-dimensional geometrical simulation of rock mass discontinuities network in the access tunnel of Rudbar Lorestan dam & hydropower plant. Tunneling & Underground Space Engineering (TUSE), 4(1), 53-68.
Priest, S.D., (1993). Discontinuity Analysis for Rock Engineering. Chapman and Hall, London.
Razi, P., Masoudi, M., & Soltani Mohammadi, S., (2013). Selecting the optimal relationship between the Lugeon number and the equivalent permeability value in the grouting operation of the Seymareh Dam foundation. The First Iranian Conference on Geotechnical Engineering, Ardebil.
Shams, G., Sharifzadeh, M., & Javadi, M., (2014). Identifying the main flow pathways around underground excavation by using combination of cellular automata with DFN. Iranian Journal of Mining Engineering, 8(21), 66-75.
Zhang, K., Xue, Y., Xu, Z., Su. M., Qiu, D., & Li, Z., (2021). Numerical study of water inflow into tunnels in stratified rock masses with a dual permeability model. Environmental Earth Sciences, 80 (7), 260, https://doi.org/10.1007/s12665-021-09550-5
Zhang, L., & Einstein, H.H., (2000). Estimating the Intensity of Rock Discontinuities. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 37, 819-837.