شماره مدرك
21266
شماره راهنما
18210
پديد آورنده
نجفي، مهدي
عنوان
بررسي تاثير لايه شيلي بر ناپايداري شيرواني ها
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
مكانيك سنگ
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
(ه، 99 ص.: مصور، جدول
توصيفگر ها
معدن روباز , طراحي شيب , پايداري شيرواني , ايمني , مدل‌سازي سه‌بعدي , آزمايش‌هاي مكانيك سنگ , تحليل عددي , RS3 , بهينه‌سازي
عنوان فرعي
(مطالعه موردي معدن تنگ دوزان)
تاريخ ورود اطلاعات
1405/06/02
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي معدن
دانشكده
مهندسي معدن
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/05
كد ايرانداك
23237765
چكيده فارسي
امروزه مبحث پايداري شيب يكي از پارامترهاي اصلي و تعيين‌كننده در ايمني و اقتصاد معادن روباز به‌شمار مي‌رود. تحليل پايداري شيرواني‌هاي سنگي مستلزم انجام مدل‌سازي ژئوتكنيكي است تا رفتار واقعي و دقيق‌تري از شيب ارائه گردد. اين مدل‌سازي شامل مدل‌هاي هندسي، مكانيكي و در صورت لزوم احتمالاتي بوده و نقش مهمي در ارزيابي ايمني و بهينه‌سازي طراحي شيب ايفا مي‌كند. دستيابي به پارامترهاي ژئوتكنيكي مؤثر، پيش‌نياز اصلي تحليل پايداري شيرواني‌ها محسوب مي‌شود. انتخاب شيب‌هاي ملايم، اگرچه ايمني بيشتري ايجاد مي‌كند، اما با افزايش حجم باطله‌برداري، هزينه‌هاي اقتصادي و زمان استخراج را به‌طور قابل‌توجهي افزايش مي‌دهد. در مقابل، طراحي ديواره‌هاي پرشيب موجب كاهش ضريب ايمني و افزايش احتمال ناپايداري و ريزش‌هاي گسترده مي‌گردد. از اين‌رو، تعيين شيب بهينه‌اي كه بتواند تعادلي مناسب ميان ايمني، پايداري و صرفه اقتصادي برقرار سازد، امري ضروري است. پايداري شيرواني‌ها تحت تأثير مجموعه‌اي از عوامل زمين‌شناسي و ژئوتكنيكي از جمله ويژگي‌هاي ناپيوستگي‌ها، جنس و مقاومت سنگ، ميزان هوازدگي، شرايط آب‌هاي زيرزميني، ارتفاع شيب و اثر بارهاي ديناميكي قرار دارد. هر يك از اين عوامل به‌تنهايي يا در تركيب با ساير عوامل مي‌توانند زمينه‌ساز ناپايداري شيب شوند. در اين پژوهش، با هدف تحليل پايداري و طراحي بهينه شيب، معدن باريت تنگ‌دوزان به‌عنوان مطالعه موردي انتخاب گرديد. بررسي‌هاي اوليه نشان داد كه تاكنون مطالعه جامعي در زمينه مكانيك سنگ و طراحي شيب در اين معدن انجام نشده و با توجه به گزارش‌هاي متعدد از وقوع ريزش‌هاي موضعي، انجام تحليل‌هاي دقيق پايداري امري اجتناب‌ناپذير بوده است. بدين منظور، نمونه‌هايي از واحدهاي سنگي شيل و آهك از ديواره‌هاي معدن برداشت و مجموعه‌اي از آزمايش‌هاي مكانيك سنگ شامل مقاومت فشاري تك‌محوره، مقاومت فشاري سه‌محوره، مقاومت كششي و تعيين چگالي در آزمايشگاه انجام شد. نتايج حاصل از اين آزمايش‌ها به‌عنوان مبناي اصلي بخش مكانيكي مدل‌سازي مورد استفاده قرار گرفته و پارامترهاي ورودي نرم‌افزار RS3 را تشكيل داد. استفاده از پارامترهاي واقعي استخراج‌شده از آزمايش‌هاي آزمايشگاهي، دقت تحليل‌ها و قابليت اعتماد نتايج مدل‌سازي عددي را به‌طور چشمگيري افزايش داد. در ادامه، مدل‌سازي سه‌بعدي هندسه ديواره‌هاي معدن با استفاده از نرم‌افزارهاي Rhino وRS3 انجام شد. نتايج تحليل‌ها نشان داد كه ديواره جنوبي با شيب تند حدود 80 درجه، داراي ضريب كاهش مقاومت (SRF) در حدود 1 و جابه‌جايي حدود 13 سانتي‌متر بوده كه بيانگر قرارگيري آن در وضعيت بحراني و احتمال وقوع ريزش‌هاي جدي در آن وجود دارد. همچنين نتايج نشان داد كه حضور آب و شدت هوازدگي نقش مؤثري در تشديد ناپايداري اين ديواره ايفا مي‌كنند. تطابق مناسب نتايج حاصل از مدل‌سازي عددي با مشاهدات ميداني ريزش‌هاي گذشته در معدن، اعتبار نتايج به‌دست‌آمده را تأييد مي‌كند. در ادامه پژوهش، به‌منظور بررسي اثر تغيير زاويه شيب بر پايداري ديواره، تحليل‌هاي دوبعدي با استفاده از نرم‌افزار Phase2 انجام شد و شيب‌هاي مختلف مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج اين تحليل‌ها نشان داد كه شيب 45 درجه با ضريب ايمني 33/1 در بازه قابل قبول معيار طراحي (3/1≥ ضريب ايمني) قرار داشته و مي‌تواند به‌عنوان شيب بهينه پيشنهادي براي معدن مورد مطالعه معرفي شود. در مرحله بعد، شيب بهينه پيشنهادي در يك مدل سه‌بعدي بازسازي و مورد تحليل قرار گرفت. نتايج تحليل سه‌بعدي نشان داد كه با اعمال اين شيب، جابجايي ديواره به حدود 5/6 سانتي‌متر كاهش يافته و ضريب ايمني از مقدار بحراني حدود 1 به حدود 8/1 افزايش يافته است. اين نتايج بيانگر بهبود قابل توجه وضعيت پايداري ديواره معدن مي‌باشد. در مجموع، نتايج اين پژوهش نشان مي‌دهد كه استفاده از شيب بهينه پيشنهادي علاوه بر افزايش ايمني ديواره‌ها، مي‌تواند از ريزش‌هاي ناگهاني و توقف‌هاي ناخواسته عمليات معدني جلوگيري نمايد. نوآوري اصلي اين تحقيق در ارائه نخستين مدل‌سازي سه‌بعدي پايداري شيب در معدن تنگ‌دوزان و تلفيق تحليل‌هاي عددي، پارامترهاي واقعي آزمايشگاهي و شواهد ميداني نهفته است. در پايان پيشنهاد مي‌شود در مطالعات آتي، اثر بارهاي ديناميكي ناشي از زلزله، تغييرات بلندمدت هوازدگي و نقش سيستم‌هاي زهكشي آب‌هاي زيرزميني در پايداري شيب‌ها با دقت بيشتري مورد بررسي قرار گيرد.
چكيده انگليسي
Nowadays, slope stability is considered one of the main and decisive parameters affecting the safety and economic efficiency of open-pit mines. The analysis of rock slope stability requires geotechnical modeling in order to provide a more realistic and accurate representation of slope behavior. Such modeling includes geometric, mechanical, and, where necessary, probabilistic models, and plays a crucial role in safety assessment and optimization of slope design. Obtaining reliable geotechnical parameters is regarded as a fundamental prerequisite for slope stability analysis. Although designing gentle slopes increases safety, it significantly raises the volume of waste removal, leading to higher operational costs and longer extraction times. Conversely, designing steep slopes reduces the factor of safety and increases the likelihood of instability and large-scale slope failures. Therefore, determining an optimal slope angle that establishes a proper balance between safety, stability, and economic efficiency is essential. Slope stability is influenced by a wide range of geological and geotechnical factors, including discontinuity characteristics, rock type and strength, degree of weathering, groundwater conditions, slope height, and dynamic loading effects. Each of these factors, either individually or in combination with others, may contribute to slope instability. In this study, the Tang-e Dozan barite mine was selected as a case study with the aim of analyzing slope stability and proposing an optimal slope design. Preliminary investigations indicated that no comprehensive rock mechanics or slope design studies had previously been conducted at this mine. Given the numerous reports of localized slope failures, conducting detailed stability analyses was considered unavoidable. Accordingly, rock samples of shale and limestone were collected from the mine slopes, and a series of laboratory rock mechanics tests—including uniaxial compressive strength, triaxial compressive strength, tensile strength, and density determination—were performed. The results of these tests were used as the primary basis for the mechanical component of the numerical modeling and served as input parameters for the RS3 software. The use of laboratory-derived, site-specific geotechnical parameters significantly enhanced the accuracy of the analyses and the reliability of the numerical modeling results. Subsequently, three-dimensional geometric modeling of the mine slopes was carried out using Rhino and RS3 software. The analysis results indicated that the southern slope, with a steep inclination of approximately 80 degrees, exhibits a strength reduction factor (SRF) of about 1 and a displacement of approximately 13 cm, indicating a critical condition with a high probability of severe slope failure. The results also showed that the presence of water and the degree of weathering play a significant role in intensifying the instability of this slope. The good agreement between the numerical modeling results and field observations of previous slope failures confirms the validity of the obtained results. To further investigate the effect of slope angle on stability, two-dimensional analyses were performed using Phase2 software, and various slope angles were evaluated. The results demonstrated that a slope angle of 45 degrees, with a factor of safety of 1.33, falls within the acceptable design criterion (FS ≥ 1.3) and can therefore be proposed as the optimal slope angle for the studied mine. In the next stage, the proposed optimal slope was reconstructed in a three-dimensional model and analyzed accordingly.
استاد راهنما
امين ازهري
استاد مشاور
محمود بهنيا
استاد داور
مرتضي هاشمي , سعيد مهدوي