انجام پایان نامه

درخواست همکاری انجام پایان نامه  بانک مقالات رایگان انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

|

انجام پایان نامه ارشد

پایان نامه

 پایان نامه | پایان نامه معرفي و بررسي عوامل موثر در ميزان نفوذ آبهاي زيرزميني به داخل تونلهاي معدني


عنوان پروژه :
معرفي و بررسي عوامل موثر در ميزان نفوذ آبهاي زيرزميني به داخل تونلهاي معدني
چكيده :
جريان آب زيرزميني به داخل تونلها هميشه يك مشكل فني و محيطي عمده براي سازه هاي زيرزميني بوده است . پيش بيني جريان آب زيرزميني با استفاده از ابزارهاي تحليلي و عددي اغلب به علت عموميت دادن و مختصر سازي پارامترهاي مهم ، خصوصا“ در محيطهاي نامتجانس همانند سنگهاي متبلور ناموفق و بدون  نتيجه موثر، مانده است . براي مشخص كردن پارامترهايي كه در اين سنگها جريانهاي آب را كنترل مي كنند، يك تجزيه تحليل آماري اصولي در يك تول كه در سنگهاي متبلور سخت، در جنوب سوئد قرار دارد ، انجام شده است . اين پارامترها  شامل ، متغيرهاي مهم عارضه اي ، فني و زمين شناسي در سنگهاي متبلور سخت و همچنين در پوشان سنگها مي باشند. مطالعات مشخص كرد كه عوامل زيادي به خصوصيات سنگ و همچنين خصوصيات پوشان سنگ وابسته مي باشند. همچون تعداد شكافها، ضخامت پوشان سنگ ، نوع خاك و ميزان مواد پركننده در بين سنگها كه مقدار چكه و نشت را كنترل مي كنند. اين مطالعات نشان ميدهد كه يك تفاوت آشكار بين پارامترهايي كه نشتهاي عمده و نشتهاي جزئي را كنترل مي كنند وجود دارد. نشتهاي كوچكتر بيشتر به زهكشي توده سنگ مرتبط مي باشد. در صورتيكه نشتهاي عمده مشخصا“ به پارامترهاي مختلف در پوشان سنگ بستگي دارند. در صورتي كه پوشان سنگ وتوده سنگ بعنوان يك سيستم مشترك مطرح شوند، پيش بيني جريانهاي آب  زيرزميني احتمالا“ با خطا همراه است .
 
فهرست علائم اختصاري بكار برده شده در متن :
1)    V. L.F: (Very low Frequenxy )
2)    A NOVA : (Analysis Of Variance )
3)    GIS : (Geographic Information System )
4)    K- W : (Kruskal – WALLIS )
5)    K-T : (Kendall Tau )
 
فهرست مطالب
عنوان :                                                                                              صفحه
1- مقدمه . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     1
2- سنگ ها . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     4
3- مشكلات ناشي از نشت آب . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . .     5
4- آب در روزنه ها و شكاف ها . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .     5
4-1- چرخه آب شناختي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     5
4-2- روزنه داري نخستين و ثانوي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      6
4-3- سفره آب زيرزميني . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      7
4-4- واحد هاي زمين شناختي آبده ، نيم آبده و نا آبده . . . . . . . . . . .      7
5-  حركت آبهاي زيرزميني . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       7
6- قانو ن دارسي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       7
7- ضريب نفوذ پذيري يا هدايت هيدروليكي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      8
8- ضريب انتقال . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      8
9-نشست ناشي از زهكشي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    10
10- حل شدن سنگ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     10
11- رسانندگي هيدروليك سنگ ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     11
12- نگرشهاي هيدروديناميكي در مورد سنگها . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     13
13- تونل بولمن در جنوب سوئد . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    20
14- زمين شناسي و فرايند نشت در تونل بولمن . . . . . . . . . . . . . . .      22
15- پيش بيني جريانها و جمع آوري اطلاعات جربان هاي روبه داخل آبهاي زيرزميني در تونل بولمن . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     25
16- اطلاعات ورشهاي بكاربرده شده درمطالعه موردي تونل بولمن   28
17-مطالعه جريانات ورودي آب با استفاده از نقشه هاي تونل. . . . .      32
18-نتايج  بدست آمده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      35
18-1- متغيرهاي توپوگرافي . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      36
18-2- متغيرهاي خاك . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     38
18-3- متغيرهاي سنگ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     38
18-4- متغيرهاي تكنيكي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .      38
18-5- متغيرهاي ژئوفيزيكي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     39
19-آناليزرگراسيون مركب چندگانه متغيرهاي مستقل درارتباط با تونل بولمن . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   45
19-1-آناليز  رگرسيون درمقياس 100 متري تونل بولمن . . . . . . .    45
19-2-آناليز رگرسيون درمقياس 500 متري تونل بولمن . . . . . . . .    46
20-بحث و بررسي نتايج بدست آمده از مطالعه موردي تونل بولمن48
21-نتيجه گيري . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     58
22-معادل فارسي واژه هاي انگليسي بكار برده شده درمتن . . . . . .     58
23- منابع . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    61
 
فهرست اشكال
عنوان                                                                                                صفحه
شكل 1: ارتباط بين نشت واندازه مخزن درسنگهاي پوشاننده . . . . . . .  3
شكل 2: تونل بولمن در جنوب سوئد . . . . . . . . . . . . ….. . . . . . . . . . . . . . .  3
شكل 3: مفاهيم سفره آب . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …. . . . . . . . . . . . . . .   6
شكل 4: نفوذ پذيري هيدروليكي سنگها و توده هاي سنگي . . . . . . . . .   11
شكل 5: رابطه بين نفوذ پذيري و عرض شكستگي . . . . . . . . . . . . . . . .   12
شكل 6: نمودار همبستگي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... . . . . . . . . . . .  19
شكل 7: جهت اصلي تمام  درزه ها و تركها. . . . . . . . . . . . …. . . . . . . . . . . 23
شكل 8: توجيه اصلي تمام تركهاي داراي نشت . . . . . . . . … . . . . . . . . .    23
شكل 9:  توزيع فراواني تركها و تركهاي داراي نشت . . … . . . . . . . . . . .  24
شكل 10: توزيع هندسي شكافهاي با نشت جزئي . . . . . … . . . . . . . . . . .  34
شكل 11: توزيع هندسي شكافهاي با نشت عمده . . . . . …. . . . . . . . . . .   34
شكل 12: توزيع لگاريتمي نرمال  تركهاي با نشت جزئي …. . . . . . . . . .   34
شكل 13:     توزيع فراواني شكافهاي با نشت عمده . . . . . . ….. . . . . . .    36
شكل 14: نتايج كراسكال واليز آنووابه وسيله رتبه بندي. . . . …. . . . .     43
فهرست جداول
عنوان                                                                                                صفحه
جدول 1: فهرست متغيرهاي هيدرولوژي  ، توپوگرافي و   تكنيكي كه در تونل بولمن مورد تجزيه و تحليل آماري قرار گرفته اند.. . . . .  . . . . . .    30
جدول 2:   نتايج عمده همبستگي متغيرهاي مختلف در ارتباط با نشت عمده و جزئي شكافها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       37
جدول 3: نتايج حاصل از آناليز واريانس كراسكال واليزآنووا متغيرهاي توپوگرافي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       37
جدول 4: نتايج حاصل ازآناليزواريانس كراسكال واليزآنووامتغيرهاي خاك37
جدول 5: نتايج حاصل ازآناليزواريانس كراسكال واليزآنووامتغيرهاي سنگ38
جدول6:نتايج حاصل ازآناليزواريانس كراسكال واليزآنووامتغيرهاي تكنيكي39
جدول7:نتايج حاصل ازآناليزواريانس كراسكال واليزآنووامتغيرهاي ژئوفيزيكي                      
                                                                                                              39
جدول8: فرمول هاي رگرسيون خطي براي نشتهاي عمده و جزئي در مقياس 100 متري . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  47
جدول 9: فرمول هاي رگرسيون خطي براي نشتهاي عمده وجزئي در مقياس 500 متري . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   47
 
1-    مقدمه :
نشت آب به داخل تونلها و حفريات سنگي مشكل فني عمده اي براي اين سازه‌هاي زيرزميني مي باشد. تراوش جريانهاي آب به داخل سازه زيرزميني باعث افزايش چشمگير جهاني در هزينه هاي ساخت آن شده است. در ابتدا پمپاژ آبي كه به درون سازه تراوش مي كندامري ضروري است . سپس افزايش تعداد نگهداري هاو ايجاد پيش حفريات كه هركدام از آنها مشكلاتي را به همراه دارندبايد اتخاذ شود. يك قسمت قابل توجه از هزينه ها در هنگام حفر تونل در سوئد مربوط به عمليات پيش دوغاب ريزي  است كه براي محدود كردن جريان هاي آب ضروري مي باشد. همچنين جريانهاي زياد آب به داخل تونل مي تواند به طور جدي نيروي كاررا تحت خطر قرار دهد وموارد مطالعاتي بسياري و گزارشهاي متعددي درباره از دست رفتن زندگي افراد درج شده است . همچنين در حضور جريانهاي بزرگ آب ، شرايط كاركردن سخت تر واز سرعت كار كاسته مي شود. نتيجه محيطي مستقيم جريانهاي آب ، افت فشار سطوح آب زيرزميني در لايه هاي آبدار و سفره‌هاي آب زيرزميني مي باشد. افت فشار   طويل المدت بر نمو گياهان ، منابع  آب  زيرزميني و همچنين بر شيمي آبهاي زيرزميني تاثير مي گذارد (13). نشستي كه در نتيجه كاهش فشار آب در لايه هاي خاكي اتفاق مي افتد به ساختمانهاي روي سطح زمين خسارت وارد مي كند ( شكل 1) . به دليل مشكلاتي كه جريانهاي ورودي آب ايجاد مي كنند تلاش شده تا حداقل جريانهاي ورودي عمده تعيين محل و پيش بيني شوند. پيش بيني هاي صحيح و موفق در انتخاب مسير نهفته تونل وشيوه ساخت آن و همچنين در تشخيص شعاع تاثير   و مخروط فرو رفتگي  يا افت فشار كه توسط جريانهاي ورودي ايجاد  شده است كمك مي كند. اين مسائل دركاهش هزينه‌هاي ساختماني و زيست محيطي موثر است امروزه مفهوم پيش بيني به مقدار زيادي به قابليت اطمينان در مدل سازي جريان اب زيرزميني وابسته مي باشد . در سنگهاي شكاف دار و با تخلخل كم مانند سنگهاي اذرين سخت تلاشهاي فراواني در جهت توسعه روشهايي كه سعي بر در آوردن خصوصيات پيچيده هندسي شكافها و درزه ها مطابق مدل يعني مي باشد انجام گرفته است (11). همچنين روشهاي ديگري براي حل مشكلات جريان در سنگ شكاف دار همانند آناليز ها و تجزيه تحليلهاي بدون بعد   ، شبيه سازي اتفاقي  و مدل فاقد كيفيتهاي ظاهري و واقعي بكار برده مي شوند (14)  . به طور متناوب و برحسب نياز  روشهاي متجانس و خواص موثر بر مدلسازي شكافهاي مشخص استفاده شده است (7). به هرحال اغلب حتي با قابليت استفاده خوب داده ها بدرستي نشان داده شده كه مدلهاي عددي بيشتر روي يك مقياس جهاني پيش بيني هاي موفقي رامي توانند خلق كنند(8)  . بعلاوه مدلسازي عددي دقيقا“ آخرين مرحله از يك عمليات پيش بيني كننده مي باشد  واين نتيجه منحصرا“ به مدل ادراكي   كه در يك مرحله خيلي مقدماتي از اتصال اطلاعات اصلي مختلف بسط داده شده است وابسته مي باشد. بنابراين اگر دريك عمليات پيش بيني كننده در ابتدا كاملا درك شود كه چه چيزي و چگونه بايد پيش بيني شود احتمال قوي تري براي موفقيت وجود دارد (9). اگر در بعضي مواقع معرفهاي عددي توده سنگ براي پيش بيني كردن ناكافي باشند ، به اين دليل است كه بعضي از فاكتورهاي مهم در پيش بيني جريانها به حساب آورده نشده اند . هدف اين مقاله نشان دادن رابطه آماري پارامترهاي زمين شناسي در كنترل كردن جريانهاي آب به داخل تونلها مي باشد. نظر به اينكه توده هاي سنگ سخت معمولا“ داراي تخلخل خيلي كم مي باشند. هنگامي كه مخازن آبهاي زيرزميني در قسمت پوشان سنگ  يا كمر بالا قرار گرفته اند ، نشت از شكافها و درزهاي سنگها صورت مي گيرد . از اين رو، بروي فاكتورهاي مربوط به كمر بالا نيز ، مطالعات و آناليز صورت گرفته است .

 
2-    سنگ ها
همانطور كه مي دانيم سنگ ها از نظرجنس به سه دسته آذرين ، دگرگوني و رسوبي تقسيم مي شوند كه هركدام شرايط فيزيكي خاص خود را دارند. انواع سنگ هاي زير را مي توان برحسب ماهيت ارتباط بين دانه اي تشخيص داد. 1- سنگ خرد كه خطوط مكانيكي ساده اي از كانيهاي متفاوت يا دانه اي يك نوع كاني است كه ابدا“ به يكديگر متصل نيستد ( ماسه، سنگريزه، ريگ) .
2-سنگ هم چسب يا رسي كه درآن پيوندهاي كلوئيد –آب دانه هاي تشكيل دهنده سنگ را با يكديكر متصل مي كند. مشخصه عمده اين سنگ ها ، مومساني زياد آنها در حالتي است كه از آب اشباع باشند. اين گونه سنگ ها اصولا“ محصول هوازدگي شيميايي اند( رسها، آهك رسها ، بوكسيت ها ).
3-سنگ سخت كه در آن پيوند هاي كشسان صلب بين دانه هاي كاني تشكيل دهنده سنگ وجود دارد ( ماسه سنگ ها ، گرافيت ها ، ديابازها، گنايسها) . مهمترين نهادين سنگ ها ، بافت و ساختار آنهاست. مقصود از بافت ، سرشت بلورين سنگ ها ، اندازه و شكل دانه هاي كاني ، و ماهيت پيوند بين دانه‌هاست. مقصود از ساختار، نحوه استقرارمتقابل اجزاء از نظربافت متشابه سنگ است . مهمترين انواع ساختار از اين قرارند:
الف: توده اي،كه درآن قطعات سنگ فاقد جهت يافتگي ترجيجي اند و گرد هم آيي متراكمي دارند.
ب : روزنه اي ، كه در آن قطعات سنگ گرد هم آيي متراكمي ندارند.
ج: چينه اي كه درآن اجزاي سنگ تناوب دارند و چينه بندي يا لايه بندي را تشكيل مي دهند ( 2).

3-مشكلات ناشي از نشت آب :
آب زيرزميني منبع بارزشي است اما گاهي خطر ساز است و هزينه بسيار ايجاد مي كند . آب زيرزميني توانايي حل كنندگي و حمل مواد سمي را دارد. نفوذ آن به گودبرداريهاي روباز يا تونلها سبب مي شود كه آتشباري مشكل و ناايمن شود. مهندس غالبا“ ناچاراست كه مشكل درون تراويهاي ناخواسته را حل كند و حذف اين تراويها با پمپاژ ، يا آب بندي با دوغاب ريزي ، گران تمام مي شود. فشار آب ، محرك زمين لغزه هاست و درون تراويهاي آبها ، سنگ‌هاي هوازده را به شدت فرسايش مي دهد و باخودمي برد . زهكشي‌هاي اسيدي از كانسنگ هاي سولفيدي يا از توده هاي باطله يك مشكل جدي زيست محيطي است . افت تراز سفره   آب زيرزميني ، به عمد يا سهو مي تواند آثار زيانبار بسيار داشته باشد. از جمله تداخل با ذخائر آب چاهها و آب كشاورزي و گهگاه مي تواند به نشست زمين و ياحتي زمين لرزه منجرشود.

4-آب در روزنه هاي وشكاف ها:
4-1-چرخه آب شناختي
آب    زيرزميني آبي است كه از طريق بارش به زمين مي رسد، در زمين نفوذ مي كند يا به واسطه چشمه ها به سطح زمين جريان پيدا ميكند و با تبخير دوباره به هوا بر مي گردد. كل مقدار آب در اين چرخه آب شناختي ثابت باقي مي ماند . زمان سكونت آب در زمين ، بسته به مسير جريان زيرزميني مي تواند از چند هفته تا چند هزار سال باشد.

4-2- روزنه داري نخستين و ثانوي
سنك سالم روزنه ها و ترك هايي بين دانه ها و بلورها و داخل آنها دارد اين فضاي تهي را روزنه داري نخستين مي نامند. ديگر فضاهاي تهي كه به شكل درزها ، گسل هاو شكاف هاي حاصل از آتشباري هستند، روزنه داري بعدي يا ثانويه و يا روزنه داري گسستگي مي نامند. فضاهاي خالي، از آب ، هوا و يا گاهي از گازها و مايعات ديگر پرمي شوند. حجم روزن نسبي اين اجزاء ، روزنه داراي ، چگالي ، مقدار آب و درجه اشباع را تعيين مي كند.

4-3- سفره آب زيرزميني
سفره آب ، سطحي است كمابيش به موازات سطح زمين كه زمين اشباع را از زمين نا اشباع جدا مي كند(شكل 3)،اين محل مكان هندس نقاطي است كه در آنها فشار با فشار هواي سپهري برابر است . غالبا“ در بالاي سفره آب يك حاشيه مويينه وجود دارد كه در آنجا فشارهاي منفي ( كمتر از فشارهواي    سپهري ) باقي مي مانند واين به دليل نيروهاي كششي سطحي در درزها يا بين دانه هاي ريزخاك است. سنگ و خاك در بالاي اين حاشيه مويينه خشك نيستند، بلكه به طور نسبي اشباع اند.

 
4-4-واحد هاي زمين شناختي آبده ، نيم آبده ، نا آبده
آبده : يك واحد زمين شناختي است ، كه ميتواند مقادير چشمگيري آب  را در شيب هاي هيدروليك عادي گذر دهد.
ناآبده : يك واحد زمين شناختي است كه نمي تواندمقاديري چشمگيرازآب را از خودگذر دهد. واحد زمين شناختي نيم‌ آبده ، بينابين اين دواست . گسل ها ممكن است لايه هاي رس داشته باشند، كه به صورت ناآبده عمل كنند(3).

5- حركت آبهاي زيرزميني :
آبهاي زيرزمين حركتي دارند كه براساس اصول مكانيك سيالات انجام مي شود. حركت آب در طبقات آبده را مي توان با فرمول دارسي توجيه كرد. نفوذ پذيري درحركت آبهاي زيرزميني رل مهمي دارد. اندازة گيري نفوذ پذيري ممكن است در آزمايشگاه و يا در صحرا انجام شود. با استفاده از قانون دارس و اصل تداوم جريان مي توان معادلات حركت  آب  زيرزميني راتنظم كرد.

6- قانون دارسي :‌
بطوركلي فرمول دارسي را مي توان بصورت رابطه (1)    بيان كرد :
(1)                                 
كه در آن Q شدت جريان A سطح مقطع عبور جريان ،    گراديان فشار يا شيب هيدروليكي و K ضريب نفوذ پذيري يا هدايت هيدروليكي است . سرعت حركت آبهاي زيرزميني ،‌بستگي به شيب هيدروليكي و نفوذ پذيري طبقه آبده دارد.
(2)                            
(3)                            
درفرمول (3)،  Vسرعت حركت آب هاي زيرزميني و I شيب  هيدروليكي مي باشد.

7- ضريب نفوذ پذيري يا هدايت هيدروليكي :
يكي از مهمترين خصوصيات منطقي ، از نقطه نظر حركت آبهاي زيرزميني نفوذ پذيري آن است وآن ويژگي محيط متخلخل است كه اجازه مي دهد سيال معيني از آن عبور كند . براي تعيين نفوذ پذيري كوششهاي زيادي انجام گرفته است و براساس آنها فرمول هايي دراين زمينه ارائه شده است. بايستي توجه داشت كه چون نفوذ پذيري به عوامل مختلفي از جمله شكل ،ابعاد و نوع دانه بندي ذرات تشكيل دهنده بستگي دارد، لذا هيچ يك از اين فرمولها قادر نيستند اندازه دقيق اين ضريب را معين كنند.
(4)                                
به طوريكه در رابطه (4) ديده مي شود، بعد فيزيكي K همان بعد فيزيكي سرعت يعني L /T است. از سويي ديگر براساس رابطه بالا مي توان ضريب نفوذ پذيري هرمحيط را نسبت به سيال معين و دردماي معيني عبارت از حجمي از سيال دانست كه از واحدسطح مقطع محيط مزبور و در تحت شيب هيدروليكي واحد عبور مي كنند.ضريب نفوذ پذيري نه فقط به مشخصات محيط متخلخل بلكه به خصوصيات سيال نيز بستگي دارد.


انجام پایان نامه

پایان نامه

برای دریافت فایل کامل این مطلب از لینک زیر استفاده نمایید

سفارش پایان نامه