نوشته های مشابه
رده بندي توده سنگ در تونل در طي سال هاي اخير رده بندي مختلفي به منظور ارزيابي كيفي فاكتورهاي مؤثر در رفتار مهندسي توده هاي سنگي ارايه گرديده اند كه بيشتر متكي بر مسأله ارزيابي توده سنگ به هنگام حفاري در آن بوده اند.
در ﺳﻴﺴﺘﻢﻫﺎي ﻃﺒﻘﻪ ﺑﻨﺪي ﺗﻮده ﺳﻨﮓ ﺑﻴﺸﺘﺮﻳﻦ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺧﺼﻮﺻﻴﺎت ﻛﻴﻔﻲ ﻣﻮﺛﺮ ﺑﺮ ﺗﻮده ﺳﻨﮓ و ﺗﻐﻴﻴﺮات ﻣﺤﺪوده آن اﺳﺖ. ﻣﻌﻤﻮﻻٌ ﻛﻴﻔﻴﺖ ﺗﻮده ﺳﻨﮓ ﺑﻪ ﻃﻮرﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﺑﻪ وﺳﻴﻠﻪ ﻣﻘﺎدﻳﺮ ﻋﺪدي ﻳﺎ ﺗﻮاﺑﻊ ﺧﻄﻲ و ﻏﻴﺮ ﺧﻄﻲ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎﻳﻲ ﻣﻌﻴﻦ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻲﺷﻮد. اﻣﺎ ﺑﺮﺧﻼف ﺗﻌﺮﻳﻒ ﺗﻮده ﺳﻨﮓ در ﺳﻴﺴﺘﻢﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ رده ﺑﻨﺪي، ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ ارﺗﺒﺎﻃﻲ ﺑﺎ ﺧﺼﻮﺻﻴﺎت ذاﺗﻲ ﺗﻮده ﺳﻨﮓ ﻧﺪارﻧﺪ ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار ﻣﻲﮔﻴﺮﻧﺪ. ﺑﻌﻨﻮان ﻣﺜﺎل رژﻳﻢ ﻧﻴﺮوﻳﻲ، ﻓﺸﺎر آب و ﺟﻬﺖ ﺣﻔﺎري از ﺟﻤﻠﻪ اﻳﻦ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎ ﻫﺴﺘﻨﺪ
در حال حاضر، رو شهاي طبقه بندي توده هاي سنگ وناپيوستگي ها هر چه كامل تر و يكپارچه تر مي شوند، اين احتمال وجود دارد كه بتوان طراحي سازه هاي مهندسي درسنگ را با حداقل هزينه آزمايش در محل به انجام رساند.
شناخت شرایط زمین در محدوده ی حفر و اطراف آن در آغاز کار و به عنوان مبنای طراحی ابتدایی، امری ضروری است. در این مرحله با جمع آوری و تفسیر داده های حاصل از مطالعات میدانی و کار های اکتشافی، وضعیت توده سنگ در اعماق پیش بینی می شود. استفاده از طبقه بندی های توده سنگ مناسب (با توجه به شرایط) می تواند گزینه ای مناسب برای تفسیر کمی شرایط زمین باشد. از این میان دو روش RMR و Q بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. در سال های اخیر استفاده از روش اندیس توده سنگ RMi نیز رواج پیدا کرده است.
روش ترزاقي براي رده بندي بار سنگ :
رده بندي توده سنگ بيش از صد سال تاريخچه دارد از زماني كه ۱۸۷۹ سعي آرد تا يك روش تجربي را براي طراحي تونل و مخصوصاٌ پيشبيني ملزومات نگهداري مدل كند.
بعداً در سال ١٩٤٦ ، ترزاقي يك رده بندي ساده سنگ را ارائه نمود تا آن مقدار باري كه قابهاي فلزي مي توانند تحمل كنند، برآورد شود. او انواع شرايط زمين را براساس تجربة شخصي خود كه از نگهداري فلزي تونلهاي راه آهن در كوههاي آلپ به دست آورده بود، توضيح داد. او طيف گسترده اي از بار سنگ را براي شناخت مشخصات گوناگون زمين، آزمايش كرد. پس از چاپ اين مقالة مهم كه ترزاقي در آن كوشيده بود تجربه خود را به گونه اي كمي كند تا ديگران نيز بتوانند از آن استفاده كنند سبب شد كه اين روش در آمريكاي شمالي و جاهاي ديگر تا ديرزماني در طراحي هاي زيرزميني بكار رود، كه در اينجا به سبب اهميت تاريخي روش بدان اشاره خواهد شد:
ترزاقي در آغاز كار خود براي برآورد بار سنگ، بر اهميت بازرسيهاي زمين شناسي كه بايد پيش از تكميل طراحي تونل انجام شوند، تاكيد كرد. او به ويژه، به دست آوردن آگاهيهائي از كمبودهاي توده سنگ را مهم مي دانست. ترزاقي بر اين باور بود كه نقاط ضعف يك سنگ، از نوع سنگ مهمتر است. در يادداشتهاي او آمده است : از ديدگاه مهندسي دانستن نوع و شدت كاستيهاي سنگ، مي تواند مهمتر از دانستن نوع سنگ مورد مطالعه باشد. بنابراين بررسي نواقص سنگ، شايسته توجه بسيار است. گزارش زمين شناسي بايد داراي شرح مفصلي از نواقص ساختماني مشاهده شده در اين زمينه باشد. همچنين گزارش بايد شامل يك رده بندي آزمايشي از سنگ ناقص ) سنگي كه داراي ناپيوستگيها است ( در شرايط تونل زني باشد، مانند قواره بلوك سنگها ، سنگهاي لايه اي ، سنگهاي فشارنده و يا نوع آماسي .
تقسيم بندي او در اين بخش چنين است :
۱) سنگ بكر :
سنگي است كه نه درزه و نه ترك موئينه دارد. بنابراين اگر بشكند، در طول بخش سالم خود خواهد شكست و در اثر آسيب ديدن از آتشباري ممكن است پس از چند ساعت يا چند روز از سقف تونل به پائين رها شود. اين رفتار به شرايط پوسته شدن معروف است. حتي ممكن است سنگ بكر و سخت خود به خود و با شدت از ديواره يا سقف تونل جدا شود كه به اين شرايط برجهش سنگ يا سنگ تركاني گفته مي شود .
۲) سنگ لايه دار :
اين سنگ لايه اي است بدون مقاومت يا مقاومت كم كه در طول فصل مشترك لايه بندي و در بين لايه ها قرار دارد. يك لايه را ممكن است شكافهاي عرضي سست كند. در چنين سنگي پوسته شدن به طور عادي رخ مي دهد .
۳)سنگ کم و بیش درزه دار:
اين نوع سنگ داراي درزه ها و شكستگيهاي موئين است ولي پاره هاي سنگ ميان اين درزه ها درون يكديگر جوش خورده و به گونه اي قفل شده اند كه ديواره هاي عمودي سازه نياز به نگهداري جانبي ندارند. در اين گونه سنگ نيز ممكن است وضعيت پوسته شدن و يا موارد شرايط برجهش رخ دهد .
۴) سنگ قواره بندي شده و لايه اي :
شامل سنگ شيميائي بكر يا تكه سنگهائي تقريباً بكر است كه به طور كلي از هم جدا هستند و به طور دقيق به هم جوش نخورده اند. در اين گونه سنگ ممكن است ديواره هاي عمودي تونل به نگهداري جانبي نياز داشته باشد.
۵) سنگ خرد شده ولي به صورت شيميائي بكر :
ويژگيهاي سنگ خرد شده روان را دارد. اگر همه قطعات يا بيشتر آنها به كوچكي دانه هائي مانند ماسه نرم باشد و هيچگونه سيمانه شده مجددي رخ نداده باشد،سنگ خود در زير سطح آب ويژگيهاي ماسه آبدار را خواهد داشت.
۶) سنگ فشارنده :
به آهستگي و بدون هيچگونه افزايش حجمي به درون تونل پيشروي مي كند. اين گونه سنگ داراي درصد زيادي از تكه هاي كوچك اندازه و ريز اندازه كانيهاي ميكا يا كانيهاي رسي داراي آماس پذيري زياد است .
۷)سنگ آماسي :
اينگونه سنگ به ويژه به سبب باد كردگي به درون تونل پيشروي مي كند.به نظر مي رسد كه ظرفيت بادكردگي در سنگهاي داراي كانيهاي رسي ) مانند مونتموريونيت ( بسيار است .
مفهوم ساده شده اي كه ترزاقي بكار برد تا برآورد نمايد بار سنگ را كه بايد قابهاي فولادي در نگهداري تونل تحمل كنند، در شكل زير نشان داده شده است.
هنگام ساختن تونل، سست شدن اتصالهاي توده سنگ در بالا وپهلوي تونل رخ خواهد داد. سنگهاي شل شده در محدوده abcd به درون تونل حركت خواهد كرد. اين حركت با مقاومت نيروهاي اصطكاكي در مرزهاي پهلويي ca ، bd ، روبرو مي شود، اين نيروهاي اصطكاكي بخش عمده اي از وزن لايه هاي بالائي (W1 ) را از طريق پهلوهاي تونل به زمين منتقل مي كنند. پس تنها سقف و كناره هاي تونل وزن معادل با ارتفاع Hp از سقف را لازم است، نگهداري كنند. عرض ناحيه اي كه در آن سنگ به درون تونل حركت مي كند، به ويژگيهاي توده سنگ و ابعاد تونل بستگي خواهد داشت.
شكل ۱ : نمايش ساده اي از چگونگي حركت سنگ خرد شده به سمت تونل و انتقال بار به سنگ اطراف
ترزاقي در آزمايشهاي فراوان خود، ماسه هاي بهم ناچسبيده را بكار برد تا شكل چيزي را كه او طاق زمين مي ناميد، در بالاي تونل بررسي كند. او بر پايه اين آزمونها و تجربه هاي شخصي خود در تونلهاي نگهداري شده با طراحي فلزي، گسترده اي از اندازه هاي بار سنگ را در جدول ارائه كرد.
كردينگ و دير گزارش دادند كه در ٤٥ سال گذشته، اين معيار كاربرد گسترده اي داشته است و دريافتند كه براي تونل هايي كه با فولاد نگهداري مي شود گرچه اين معيار اندكي محافظه كارانه است، اما مناسب است . سسيل پي برد كه رده بندي ترزاقي كلي تر از آن است كه امكان ارزيابي كيفيت سنگ حاصل شود . اين رده بندي، آگاهي كمي ) مقداري ( از ويژگيهاي توده سنگ را به دست نمي دهد. او پيشنهاد كرد كاربرد اين معيار به برآورد بار سنگ در نگهداري با قابهاي فولادي محدود شود.
اگر سازندهاي سنگي شامل تعدادي لايه هاي افقي ماسه سنگ يا سنگ آهك يا شيل نارس باشد، حفاري تونل به طور معمول با فشردگي تدريجي سنگهاي دو سوي تونل همراه خواهد شد كه لزوماً حركت رو به پائين سقف را سبب مي شود. افزون بر اين، ممكن است مقاومت نسبتاٌ كم در برابر لغزش در فصل مشترك شيل نارس و سنگ، تحمل خم شدگي سنگ بالاي سقف را به اندازه قابل ملاحظه اي كاهش دهد. از اين رو، فشار سقف در چنين سازندهائي ممكن است به اندازه سازندهاي سنگهاي بلوك بندي شده و لايه دار باشد.
اگر چه اين طبقه بندي به مدت زمان طولاني، بيش از ٣٥ سال براي طراحي تونلهاي با نگهداري فولادي در آمريكا، به طور موفقيت آميزي مورد استفاده بوده است. اما امروزه بيشتر جنبه تاريخي دارد.
آخرين تغييرات و وارد كردن ضرائب تصحيح و تجديدنظر در بار سنگي ترزاقي در سال ١٩٨٢ توسط رز انجام گرديده است .
جدول : رده بندي بار سنگي توسط ترزاقي براي تونلهاي نگهداري شده با قابهاي فلزي
| رديف | شرايط سنگ | بار سنگ (برحسب فوت)Hp | ملاحظات |
| ۱ | سخت و بكر | صفر | اگر پوسته شدن يا برجهش رخ دهد، تنها آسترگذاري مختصري لازم است. |
| ۲ | داراي لايه بندي سخت و شيستي |
۰ – ۰٫۵ B | نگهداري مختصر و عمدتاً براي جلوگيري از پوسته شدن |
| ۳ | يكپارچه، كم و بيش درزه دار |
۰ – ۰٫۲۵ B | بار ممكن است به طور نامنظم از نقطه به نقطه ديگر تغيير كند |
| ۴ | نسبتاً تخته اي و لايه اي | (۰٫۲۵ – ۰٫۳۵) (B + Ht ) | بدون فشار جانبي |
| ۵ | بسيار تخته اي و لايه اي | (۰٫۳۵ – ۱٫۱)( B + H ) | فشار جانبي صفر يا كم |
| ۶ | كاملا خرد شده ولي از لحاظ شيميائي بكر |
۱٫۱ (B + H ) | فشار جانبي قابل توجه، نرم شدگي دراثرتراوش آب به كف تونل، نگهداري پيوسته دو انتهاي زيرين قاب لازم است ونيز قابهاي دايره اي |
| ۷ | سنگ فشارنده در عمق متوسط | (۱٫۱ – ۲٫۱) (B + Ht ) | فشار جانبي زياد است و بستهاي وارونه لازم، |
| ۸ | سنگ فشارنده در عمق زياد | (۲٫۱ – ۴٫۵) (B + Ht ) | قابهاي دايره اي پيشنهاد مي شود |
| ۹ | سنگ آماسي | تا ۲۵۰ فوت بدون در نظر گرفتن
(B + Ht ) |
قابهاي دايره اي لازم هستند. در موارد حاد، نگهداري انعطاف پذير بكار مي رود |
- فرض شده كه سقف تونل زير سطح آبهاي زيرزميني است. اگر سقف، همواره بالاي سطح آب زيرزميني باشد، ازمقادير رديفهاي ٤ تا ٦ ، ٥٠ % كم مي شود .
- برخي از شناخته شده ترين سازندهاي سنگي، داراي لايه هاي شيل است. در وضعيت هوازده، شيلهاي واقعي نامناسبتر از ديگر سنگهاي طبقه اي نيستند. به هر حال، اصطلاح شيل اغلب به آواريهاي رسي بسيار فشرده اي گفته مي شود كه هنوز ويژگيهاي سنگ را نيافته اند. چنين شيلي در يك تونل ممكن است همانند سنگ فشارنده يا حتي سنگ آماسي بنظر آيد.
طبقه بندی توده سنگ در سیستم امتیاز دهی RMR( ( Rack Mas Rating:
اين سيستم رده بندي براي توده سنگ براساس پيشنهاد بنياوسكي در سال ۱۹۷۳ ارايه شده است .اين سيستم رده بندي بارها توسط بنياوسكي دچار اصلاحات گرديد وخلاصه از آن زمان تا به حال در سال هاي ۱۹۷۴ ، ۱۹۷۵ ، ۱۹۷۶ ، ۱۹۷۹ نيز تغيير نموده است .
دقت اين روش به اندازه گيري و نمونه برداري ، مهارت وآشنايي شخص مورد نظر با مسايل ژئوتكنيكي و زمين شناسي مهندسي دارد .
او در ارائه اين رده بندي بر اين باور بود كه يك رده بندي توده سنگهاي درزه دار بايد چنين باشد:
١- بتواند توده سنگ را به گروههاي هم رفتار تقسيم بندي كند.
٢- زمينه مناسب را براي درك ويژگيهاي توده سنگ فراهم كند.
٣ -برنامه ريزي و طراحي ساختمانها را در سنگ با وجود داد ه هاي كمي، انعطاف پذير و ساده نموده تا پاسخگوي مسائل واقعي مهندسي باشد.
٤- پايه اي همگاني را براي ارتباط مؤثر ميان همه كساني كه به مسائل مكانيك زمين وابسته اند، فراهم آورد.
در اين رده بندي ۶ فاكتور يا پارامتر اساسي شركت دارند :
- مقاومت تراكمي تك محوري سنگ بكر ( UCS )
- تعيين كيفيت مغزه حفاري ( RQD )
- فاصله درزه ها
- جهت ناپيوستگي ها
- شرايط آب زيرزميني
- شرايط ناپيوستگي ها
بنياوسكي ابتدا وضع هوازدگي را به عنوان يك عامل جداگانه حذف نمود، زيرا اين عامل بر مقاومت فشاري تك محوري اثر مي نهد
در بررسي رفتار مهندسي توده سنگ در رابطه با مسايل محيط زيستي و يا مسايل معدني به عنوان يك شاخص كمي و كيفي قضاوت مهندسي است .
در اين حال مقدار محاسبه شده به نام (MRMR ) ناميده مي شود و اين مكان را فراهم مي آورد كه ما از طريق رقم محاسبه شده ، مقدار تجربي مقاومت توده سنگ را محاسبه مي كنيم اين مقدار مي تواند در طراحي سازه ها در توده سنگ ميزان مقاومت توده سنگ را جهت طراحي را به ما بدهد .
لازم به توضيح است كه كليه شش پارامتر مؤثر در رده بندي مهندسي توده سنگ در سيستم ژئو مكانيكي همگي از طريق برداشت هاي صحرايي و يا تست هاي آزمايشگاهي قابل اندازه گيري هستند و فقط از ميان پارامترهاي بالا جهت ناپيوستگي به صورت كمي قابل بيان نيست .
مقاومت تراكمي تك محوري سنگ بكر :
بيناوسكي رده بندي مقاومت فشاري تك محوري سنگبكر را كه توسط دير و ميلر ارائه شد، بكار برد كه در جدول ملاحظه مي شود. اين عامل به روشهاي مختلف اندازه گيري مي شود كه يكي كاربرد نمايه، بار نقطه اي است كه براي اندازه گيري مقاومت ماده سنگ بكر در همه سنگها، به ويژه سنگهاي كم مقاومت بكار مي رود، اما پيشنهاد مي شود كه در سنگهاي با مقاومت كمتر از ٢٥ مگاپاسكال مورد استفاده قرار نگيرد .
جدول : رده بندي سنگ بكر توسط دير و ميلر
| نمونه هاي از انواع سنگ | مقاومت فشاري تك محوري | نوع سنگ | ||
| Lbf/in٢ | Kgf/cm٢ | Mpa | ||
| گچ، سنگ نمك | ۱۵۰ – ۳۵۰۰ | ۱۰ – ۲۵۰ | ۱ – ۲۵ | بسيار كم مقاومت |
| ذغال، شيست، سنگ،لاي | ۳۵۰۰ – ۷۵۰۰ | ۲۵۰ – ۵۰۰ | ۲۵- ۵۰ | كم مقاومت |
| ماسه سنگ، شيل،سنگ لوح | ۷۵۰۰ – ۱۵۰۰۰ | ۵۰۰ – ۱۰۰۰ | ۵۰ – ۱۰۰ | مقاومت متوسط |
| گنايس، گرانيت،مرمر | ۱۵۰۰۰ – ۳۰۰۰۰ | ۱۰۰۰ – ۲۰۰۰ | >200 | مقاومت زياد |
| كوارتزيت، دلريت،گابرو، بازالت | >30000 | >2000 | مقاومت خيلي زياد | |
