پديد آورنده :
مومني، اميرحسين
عنوان :
مدلسازي توأمان آزمايشگاهي و عددي هيدرومكانيكال درزه هاي شبه سنگي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مكانيك سنگ
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
ز، 116ص. : مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
عليرضا باغبانان
توصيفگر ها :
نفوذپذيري , بازشدگي هيدروليكي , جريان سيال , قانون مكعب , مدلسازي هيدرومكانيكال
استاد داور :
لهراسب فرامرزي، راحب باقرپور
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/10/04
رشته تحصيلي :
مهندسي معدن
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/10/04
چكيده فارسي :
تنش¬هاي نرمال وارده به دليل تأثيرگذاري بر شرايط جفت¬شدگي در شكستگي¬ها، تغيير در نواحي تماس سطوح درزه، رفتار هيدروليكي شكستگي¬هاي زبر را تا حد زيادي تحت تأثير قرار مي¬دهند. از طرف ديگر عدم تكرار پذيري درزه¬هاي طبيعي مورد استفاده در آزمايش¬هاي پيشين باعث شده است كه تأثير تنش بر روي نفوذپذيري درزه سنگ¬ها به درستي مشخص نشود. اين در كنار مساله مهم محصور¬سازي و آب بندي درزه¬هاي سنگي حين آزمايش هيدرومكانيكي بسيار اهميت دارد. به همين دليل در اين مطالعه تلاش شده است با به‌كارگيري يك سلول استوانه¬اي آزمايشات هيدرومكانيكي، تأثير تنش نرمال بر جريان سيال و بازشدگي شكستگي شبيه سازي شود. با استفاده از نمونه هاي درزه سنگهاي طبيعي آهك آسماري، با ساخت قالبي از جنس سيليكون و انجام فرآيند قالب¬گيري براي ساخت نمونه¬هايي استوانه¬اي از جنس بتن، سطح شكستگي اصلي به تعداد لازم تكرار شده است. ارزيابي سطح درزه در اين مطالعه با استفاده از پروفيلومتر بارتن (روش تماسي) و محاسبات آماري و همچنين با استفاده از فرآيند فوتوگرامتري (روش غيرتماسي) صورت گرفته است. دبي سيال خروجي در تنش¬هاي جانبي پايين با انجام آزمايشات هيدرومكانيكي در آزمايشگاه و در تنش¬هاي جانبي بالا، به كمك يك كد عددي المان محدود توسعه داده شده در محيط متلب، محاسبه‌شده است. نتايج به‌دست‌آمده نشان داد، با توجه به آرام بودن جريان سيال، ضريب زبري درزه و هدايت هيدروليكي شكستگي رابطه مستقيم دارند. به عبارتي هر چه ضريب زبري بيشتر باشد، عدم جور شدگي بين سطوح شكستگي بيشتر است و درنتيجه بازشدگي اوليه (ظاهري) مقدار بيشتري دارد. محاسبه بازشدگي در سطوح مختلف تنش محصوركننده نشان داد، 52/35 درصد كاهش بازشدگي با افزايش تنش جانبي به يك مگاپاسكال و 87/05 درصد در سطح تنش سه مگاپاسكال بدست مي آيد. به همين ترتيب با افزايش تنش قائم و نزديك شدن به تنش بحراني، كه در تنشي است كه ميزان بسته شدگي درزه به 90 درصد بازشدگي اوليه مي رسد، نرخ كاهش بازشدگي و در واقع نرخ كاهش دبي سيال خروجي، كم شده و تأثير تنش قائم اعمال‌شده بر نفوذپذيري بازشدگي كاهش مي¬يابد. الگوهاي جريان سيال به‌دست‌آمده از مدلسازي عددي نشان مي¬دهد كه سطح تنش قائم بالاتر باشد، كاناليزه شدن جريان شدت بيشتري خواهد داشت. بازشدگي هيدروليكي محاسبه‌شده از روش عددي با بازشدگي اندازه¬گيري شده در آزمايشگاه تطابق بسيار مناسبي دارند، به‌گونه‌اي كه بين مقادير به‌دست‌آمده براي آن¬ها، 65/0 تا 2/39 درصد اختلاف وجود دارد.
چكيده انگليسي :
Normal stresses have a great inflence on hydraulic behavior of rough fractures since contact area may change at different normal stress levels. On the other hand, non-repeatability of surface topography of a natural joint after each stress-flow test may violate the results which mostly did not consider in previous studies beside the importancy of the enclosure and sealing of rock joints during hydromechanical tests. Therefore, in this study, an attempt was made to investigate the effect of normal stress on fluid flow and fracture aperture using an injection cylinder cell and performing hydromechanical tests. Natural rock joint samples of Asmari limestone were firstly prepared and then by making a mold of silicone and performing the molding process numbers of cylindrical specimens of concrete, which keep fracture surface roughness were produced. Joint surface roughness was evaluated by Barton profilometer (contact method) and statistical calculations and also photogrammetric process (non-contact method). Evolution of fluid flow rates at low confined stresses was measured the hydromechanical tests in laboratory and at relately high stress levels, it was evaluated numerically, using a developed finite element code in MATLAB. The results showed that due to the laminar fluid flow regime in rock joints the hydraulic conductivity of the fracture and joint surface roghness are directly correlated. Calculation of mechanical aperture at different stress levels are generally decreased. It this case, this increamental rate is 52.35% at one Mpa and 87.05% at three Mpa of confinement stresses was observed. Similarly, with increasing normal stress to the critical normal stress level, which is the the normal stress level at 90% of fracture aperture closure, the rate of reduction of the mechanical aperture and fluid flux are decreased. The fluid flow patterns obtained from numerical modeling show that with increasing normal stress, the flow is more channelized. The calculated mechanical aperture in numerical method is very well fitted with its measured in the laboratory with an error range of 0.65 to 2.39%.
استاد راهنما :
عليرضا باغبانان
استاد داور :
لهراسب فرامرزي، راحب باقرپور
