مدلسازی هندسی درزه ها به روش شبکه شکستگیهای گسسته سه بعدی (مطالعه موردی ساختگاه سد لیرو)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه یزد

2 عضو هیئت علمی گروه زمین شناسی دانشگاه یزد

3 عضو هیئت علمی گروه مهندسی عمران دانشگاه یزد

چکیده

مطالعه رفتار جریان سیال در بسیاری از پروژه‌های عمرانی، معدنی و زیست محیطی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. برآورد رفتار هیدرولیکی توده‌سنگ نیازمند درک مناسبی از رفتار هیدرولیکی شکستگی‌ها و مدلی دقیق از شبکه شکستگی‌های موجود در توده-سنگ است. از طرفی عدم قطعیت و تغییرپذیری در مطالعات زمین‌شناسی مهندسی در ارتباط با توده‌سنگ‌ها که از مواد طبیعی و ناهمگن ساخته شده‌اند اجتناب ناپذیر است. در این مقاله با توجه به اهمیت بالای ویژگی‌های تصادفی هندسی درزه‌ها شامل جهت‌داری و پایایی در رفتار هیدرولیکی توده‌سنگ ساختگاه سد لیرو، مدل شبکه شکستگی‌های گسسته سه‌بعدی درزه‌ها تهیه و توسعه داده شد. به این منظور کدی در نرم‌افزار Mathemtica ، با نام 3D-DFN نوشته شد. درزه‌های ساختگاه پبه روش شبکه شکستگی‌های گسسته سه‌بعدی مدل‌سازی گردید. در نهایت مدل هندسی تهیه شده بر اساس مقایسه آماره‌های توابع توزیع بدست آمده از خروجی مدل با آماره‌های توابع توزیع ورودی مدل اعتبارسنجی شد. نتایج بدست آمده در اغلب موارد نشان دهنده‌ی انطباق بیش از 90% است. همچنین مقادیر شدت‌های درزه‌داری خطی، سطحی و حجمی( P10 ، P21 و P32 ) از مقاطع دو بعدی تهیه شده هم‌راستا با سطوح برداشت و مدل سه بعدی محاسبه شد و با مقادیر برداشت مقایسه گردید. مقادیر P10 و P32 بیش از 90% انطباق را نشان داد و مولفه P21 بیش از 75% با داده‌های واقعی انطباق داشت. نتایج حاصل از این مقاله را می‌توان به عنوان ورودی قابل اطمینان برای مدل‌سازی عددی تحلیل پایداری و تحلیل هیدرولیکی مورد استفاده قرار داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Geometric Modeling of Joints in 3D Discrete Fracture Network (Case Study: Liroo Dam construction site)

نویسندگان [English]

  • farzad gahrue bajgirani 1
  • enayat allah emami meybodi 2
  • hamid mehrnahad 3
1 Student Master of Science in Yazd University
2 Member of the Faculty of Geology, Yazd University
3 Member of the faculty of Civil Engineering Department of Yazd University
چکیده [English]

Nowadays, modeling of rock masses is widely used in order to accurately determine the properties of the rock mass and improve its behavior. In most cases, the geometric components of the fractures in the rock have a random nature.one of the most important methods to simulate the random nature of joints is the stochastic modeling of the fracture network of rock. The stochastic modeling of the fracture network makes the heterogeneous nature of rock mass with discrete elements, with geometrical properties and features that are statistically defined. In this study, the samples taken from the Liroo dam foundation are surveyed and analyzed. Then using the EasyFit that is a statistical software, the known distribution functions were determined by the maximum fitting on the surveyed geometric components and then their moments were determined. On the other hand, using the written code with Mathematica software, 3D-DFN three dimensional discrete fracture network method fractures simulated. Finally, the geometric model validated based on the comparison of the statistics of the distribution functions obtained from the model output with statistics of input distribution. The results in most cases indicate compliance of more than 90%. Also, P10, P21 and P32 values of the two-dimensional sections in a same strike with reality and in three-dimensional model were determined and compared with real values. The values of P10 and P32 showed more than 90% compliance and the P21 component was more than 75% consistent with actual data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Geometric Modeling"
  • "3D –DFN"
  • "Liroo Dam Foundation"
  • "3D discrete fracture network "
  • "Numerical Method"

افتخاری، س.م. و باغبانان، ع. و باقرپور، ر. (۱۳۹۲). تحلیل عددی تاثیر مشخصات هندسی شکستگی­های توده سنگ بر نرخ نفوذ دستگاه TBM. نشریه علمی و پ›وهشی مهندسی معدن، دوره ۸  شماره ۱۸، صفحه ۱۲-۱.

امامی میبدی، ع.، جلالی، م،  و یاراحمدی بافقی، ع.، 1395. مدل­سازی شبکه ناپیوستگی­­­ گسسته به­ منظور برآوردخردشوندگی برجای توده­ سنگ در روش­های استخراج تخریبی. مقاله نشریه انجمن زمین­شناسی مهندسی ایران. دوره 9 شماره 12 صفحه 44-27

امینی، ا.، و  یاراحمدی بافقی، ع.، 1386. مدل سازی سه بعدی هندسی، ژئوتکنیکی توده‌سنگ‌های درزه‌دار به روش آماری ( مطالعه موردی:  بلوک تکتونیکی II معدن چغارت). مجموعه مقالات سومین کنفرانس مکانیک سنگ ایران، دانشگاهصنعتی امیرکبیر، تهران.

امینی، ا.، و  یاراحمدی بافقی، ع.، 1388. شبیه‌سازی شبکه ناپیوستگی‌ها در مدل‌سازی ژئوتکنیکی فضاهای زیرزمینی توسط محیط نرم‌افزاری Mathematica،  مجموعه مقالات هشتمین کنفرانس تونل ایران، تهران.

 گودرزی، ه.، و یاراحمدی بافقی، ع.، 1392. مدل‌سازی سه‌بعدی هندسی ـ ژئوتکنیکی توده‌سنگ‌های درزه‌دار به روش دیسک‌های تصادفی (ارائه برنامه RD3DGM)، مجموعه مقالات دهمین کنفرانس ملی تونل، تهران.

Baghbanan, A., Jing, L., 2008. Hydraulic Properties of Fractured Rock Masses with Correlated Fracture Length and Aperture. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 44(5), 704– 719. DOI:10.1016/j.ijrmms.2006.11.001.

Bang, S.H., Jeon, S., Kwon, S., 2012. Modeling the Hydraulic Characteristics of a Fractured Rock Mass with Correlated Fracture Length and Aperture: Application in the Underground Research Tunnel at Kaeri. Nuclear Engineering and Technology, 44 (6), 639-652. DOI:10.5516/ 02.2011.026.

Dershowitz, W. S., Herda, H. H. (1992). “Interpretation of fracture spacing and intensity”. In: Proceedings of 33rd US Symposium on Rock Mechanics. Rotterdam: Balkema; p. 757–766.

Dershowitz, W.S., Einstein, H.H., 1988. Characterizing Rock Joint Geometry with Joint System Models. Rock Mechanics and Rock Engineering 21(1), 21–51. DOI:10.1007/BF01019674.

El-Ramly, H.; Morgenstern, N. R.; Cruden, D. M., (2002), Probabilistic slope stability analysis for practice. Can. Geotech. J. 39, 665–683.

Feng Ren,; Guowei Ma,; Lifeng Fan,; Yang Wang,; Hehua Zhu., (2017). Equivalent discrete fracture networks for modelling fluid flow in highly fractured rock mass, International Journal of  Engineering Geology. DOI: 10.1016/j.enggeo.2017.09.013

Fereshtenejad S.A, Afshari M. K, Yarahmadi Bafghi A.R, Laderian, A., Safaei, H, Song J.J., (2016). A discrete fracture network model for geometrical modeling of cylindrically folded rock layers, International Journal of  Engineering Geology. 215 pp 81-90. DOI: /10.1016/j.enggeo.2016.11.004

Gumede, H., & Stacey, T. R. (2007). Measurement of Typical Joint Characteristics in South African Gold Mines and the Use of These Characteristics in the Prediction of Rock Falls. The  Journal  of  the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 107, 335-344. ISSN: 0038-223X/3.00.

Hudson, J.A., La Pointe, P.R., 1980. Printed Circuits for Studying Rock Mass Permeability, International journal of rock mechanics and mining sciences and geomechanics abstracts, Technical Note, 17(5), 297-301. DOI:10.1016/0148-9062(80)90812-8.

Ivanova, V., Xiaomeng, Y., Veneziano, D., Einstein, H.H., 1995. Development  of Stochastic Models for Fracture Systems. Rock Mechanics, Balkema, Rotterdam, ISBN 90 5410 552 6.

Kulatilake, P.H.S.W., Chen, J., Teng, J., 1996. Discontinuity Geometry Characterization in a Tunnel Close to the Proposed Permanent Shiplock Area of the Three Gorges Dam site in China. International Journal of Rock Mechanics, Mining Science & Geomechanics Abstract, 33(3), 255-277. DOI:10.1016/0148-9062(95)00060-7.

Kulatilake, P.H.S.W., Park, J., Um, J., 2004. Estimation of Rock Mass Strength and Deformability in 3-D for a 30 m Cube at a Depth of 485 m at Aspo Hard Rock Laboratory. Geotechnical and Geological Engineering, 22(3), 313–330. DOI:10.1023/B:GEGE.0000025033.21994.c0.

Le Garzic, E., & L’Hamaide, T., & Diraison, M., & et al. (2011). Scaling and Geometric Properties of Extensional Fracture Systems in the Proterozoic Basement of Yemen, Tectonic interpretation and fluid flow implications. Journal of Structural Geology, 33(4), 519-536. DOI:10.1016/j.jsg.2011.01.012.

Lee, J. S.; Veneziano, D.; Einstein, H. H., (1990), Hierarchical fracture trace model. In: Hustrulid W A, Johnson G A, editors. Rock mechanics; contributions and challenges; proceedings of the 31st U.S.symposium. Rotterdam: A. A. Balkema; p. 261–8.

Martel, S., Hestir, K., Long, J.C.S., 1991. Generation of Fracture Patterns Using Self-Similar Function Concepts. Earth Sciences Division Annual Report, Lawrence Berkeley Lab, Berkeley, California, 52-56.

Na Huang, Yujing Jiang, Richeng Liu, Bo Li. 2017. Estimation of permeability of 3-D discrete fracture networks: An alternative possibility based on trace map analysis. International Journal of  Engineering Geology. 226. pp 12–19. http://dx.doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.05.005.

Pine R.J., Coggan, J.S., Flynn, Z., Elmo, D., 2006. The development of a comprehensive numerical modelling approach for pre-fractured rock masses. Rock Mechanics and Rock Engineering. 39. 5: 395- 419.

Priest, S.D., 1993. Discontinuity Analysis for Rock Engineering. Published by Chapman & Hall, London, p. 473. ISBN: 978-94-010-4656-5.

Priest, S.D., Samaniego, J.A., 1988. The Statistical Analysis of Rigid Block Stability in Jointed Rock Masses. 5thAustralia-New Zealand Conference on Geomachanics, (pp. 398-403), Barton, A.C.T.: Institution of Engineers, Australia, Sydney. ISBN: 0858254271 & 0858254085.

Rogers, S. F.; Kennard, D. K.; Dershowitz, W. S.; vanas, A., (2007), Characterising the in situ fragmentation of a fractured rock mass using a discrete  fracture network  approach, Rock Mechanics: Meeting Society's Challenges and Demands - Eberhardt, Stead & Morrison (eds) Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-0-415-44401-9.

Rogers, S.F., Elmo, D., Catalan, A., 2014. Volumetric Fracture Intensity Measurement for Improved Rock Mass Characterisation and Fragmentation Assessment in Block Caving Operations. International Journal of Rock Mechanics Rock Engineering, 44(5), 704– 719.

Reyes, O., Einstein, H. H., 1991. Failure Mechanics of Fractured Rock - A Fracture Coalescence Model. 7th International Society for Rock Mechanics, A.A. Balkema. Permission to Distribute –

Veneziano, D., (1978), Probabilistic models of joints in rock. Research report. Department of Civil and Environmental Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA.

Wanga, C.; Tannant, D. D.; Lilly, P. A., (2003), Numerical analysis of the stability of heavily jointed Rock slopes using PFC2D. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 40, 415–424

Xu, C., Dowd, P., 2010. A New Computer Code for Discrete Fracture Network Modeling. Computers & Geosciences, 36(3), 292–301. DOI:10.1016/j.cageo.2009.05.012.

Yu, X., 1992. Stochastic Modeling of Rock Fracture Geometry. M.S. Thesis, MIT, Cambridge, MA. URI: http://hdl.handle.net/1721.1/12176.

Xu, Ch., Fidelibus, C., Dowd, P., Wang, Z., Tian, Z., (2018) . An iterative procedure for the simulation of the steady-state fluid flow in rock fracture networks. 242. pp 160-168. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2018.06.005