مقاله مقایسه عدد لوژن و خورند دوغاب در عملیات تزریق پی سنگی سد شنجور

مقایسه عدد لوژن و خورند دوغاب در عملیات تزریق پی سنگی سد شنجور
سد شنجور در ٩۵ کیلومتری شمال شرق شهر همدان و ٢٠ کیلومتری شرق شهرستان رزن ، بر روی رودخانه زهتران واقع گردیده است . این سد از نوع سنگریزه ای با هسته رسی با ارتفاع ٢٩ متر از پی میباشد. پی سنگی منطقه از نوع شیست میباشد که تزریق پرده آببند در آن صورت گرفته است . در این مقاله به بررسی و مقایسه عدد لوژن در آزمایش نفوذپذیری و میزان خورند دوغاب در گمانه های اکتشافی حفر شده جهت تزریق پرده آببند سد شنجور پرداخته شده است . جهت بررسی ارتباط بین نفوذپذیری و تزریق پی سد نتایج بدست آمـده از آزمایشات فشار آب و میزان جذب سیمان در این گمانه ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند. نتایج این بررسی نشان می دهد در بیشتر موارد ارتباط مستقیمی بین مقادیر سیمان خوری و میزان نفوذپذیری وجود دارد.
کلمات کلیدی: سد شنجور، عدد لوژن ، خورند دوغاب ، عملیات تزریق

١. مقدمه
تراوش در پیسنگ و تکیه گاه های یک سد موجب هدر رفتن آب ذخیره شده در مخزن سد خواهد شد و موجب فرسایش سنگها و بوجود آمدن فشار بالابرنده ٣ در پی گردیده و میتواند پایداری دراز مدت سد را به مخاطره بیاندازد, بنابراین مطالعات مربوط به اجرای عملیات تزریق بعنوان یک راه حل عملی جهت بهبود خصوصیات هیدرولیکی و مکانیکی پی سنگ , اهمیت زیادی خواهد داشت . تزریق روشی است که توسـط آن ماده تزریق به خلل و فرج و درز و شکاف یا حفره های تشکیلات سنگی و خاکی تزریق شده و موجـب بهبـود خـصوصیات مهندسی آنها می گردد، بطوریکه در اثر آن نفوذ پذیری لایه ها کم ، مقاومت لایه ها افزایش و تغییر شکل پـذیری تـوده سـنگ کاهش می یابد. نیاز به تزریق در شالوده سازه های آبی بر اساس معیارهای ارائه شده توسط لوژان و هولسبی تعیین میشود(١٩٩٠,Houlsby)[١]. هر چند برای آن روابطی تجربی ارائه شده است ولی نمیتوان در هر سدی با شرایط متفاوت آن را بکار گرفت .
٢. موقعیت جغرافیایی طرح
ساختگاه سد شنجور برروی رودخانه زهتران واقع گردیده است . موقعیت جغرافیایی ساختگاه ′′۴۵ ′١٧ o٣۵ عرض شمالی و ′′٣۵ ′١٠ o۴۵ طول شرقی بوده و در استان همدان و حدود ٩۵ کیلومتری شمال شرق شهر همدان و ٢٠ کیلومتری شرق شهرستان رزن قرار دارد.[٢]
٣. شرایط زمین شناسی و زمین شناسی مهندسی ساختگاه سد مخزنی شنجور
محدوده مورد مطالعه از دیدگاه زمین شناسی به دو بخش آبگرم و رزن تقسیم میشود. بخش آبگرم در زون ایران مرکزی و بخش رزن در زون سنندج – سیرجان قرار گرفته است . گسل آوج در ٢۵ کیلومتری شمال منطقه طرح ، مرز بین دو زون ایران مرکزی و زون سنندج – سیرجان محسوب میشود. که ساختگاه سد شنجور در زون زمین شناسی سنندج – سیرجان (زون رزن ) قرار گرفته است . و قدیمیترین رسوبات آن را سازند شمشک که در محدوده حوضه آبریز، مخزن و محل سد شنجور می باشد، شکل میدهند. این رسوبات تحت تاثیر فاز کوهزایی کیمیرین دچار دگرگونی با درجات مختلف گردیده – اند. به همین دلیل در محدوده مورد مطالعه رخنمون های اسلیت ، فیلیت و شیست سبز و خاکستری رنگ به وفور مشاهده میشود که به شیست های همدان معروفند. علاوه بر آن ساختمان هایی نظیر دایک و سیل از جنس دیوریت و دیاباز نیز در داخل رسوبات مذکور نفوذ نموده اند. سنگهای آهکی دوره کرتاسه نیز در گستره طرح رخنمون دارند. مهمترین ساختمان زمین شناسی منطقه طرح تاقدیس پاشالو میباشد که شامل مجموعه ای از واحدهای دگرگون شده شامل اسلیت و شیست های سبز تا خاکستری رنگ شیل و ماسه سنگ سازند شمشک و سنگ های آهکی متعلق به کرتاسه میباشد. در محدوده شمال غرب محور شنجور رخنمون های سنگهای آهکی تشکیلات قم متعلق به دوره الیگومیوسن به صورت سه قله منفرد به نام سه برادر مشاهده میشود[٢].

برای بررسی ویژگیهای زمین شناسی مهندسی در محل ساختگاه سد ، ١۵ گمانه اکتشافی حفر شده ، که با توجه به آنها حداکثر عمق آبرفت ١٨.٩متر و جنس سنگ پی در محل ساختگاه ، شیست تعیین شده است .
به منظور بررسی وضعیت سیستم درزه های توده سنگ عملیات درزه نگاری ۴ در محل ساختگاه سد انجام پذیرفته و چهار دسته درزه ,J٣,J٢ ,J١) (J۴ با شیب بین ٧٠-٢ درجه مشخص شده است . که بازشدگی این درزه ها غالبا کمتر از ١ میلیمتر و فاصله تکرار آنها نیز به طور میانگین حدود ٠.۶متر است .
همینطور برای بررسی ویژگیهای کلی ناپیوستگی ها، از اطلاعات درزه برداری درون گمانه ای استفاده شده است . که مشخص شده درزه ها غالبا با کلسیت پر شده اند و سطح اکثر آنها زبر و کمی هوازده می باشد.
از مجموع ۵٠ قطعه آزمایش لوژن انجام شده در حدود ٩٢ درصد نفوذناپذیر یا نفوذپذیری خیلیکم (٣>U.L) و فقط حدود ٨ درصد نفوذپذیری کم (١٠>U.L>٣ ) داشته است . در نتیجه توده سنگ ساختگاه از نفوذپذیری کم و ناچیزی برخوردار است . بنظر میرسد ماهیت ریزدانه سنگ اسلیتی و شیستی موجب بسته بودن سطوح ناپیوستگی (شیستوزیته و تورق ) و در نتیجه عدم آبگذری این سطوح بوده است .
مقدار متوسط RQD در توده سنگ ساختگاه حدودا ٢٠ تعیین شده است ، بنابراین کیفیت توده سنگ پی در ساختگاه سد شنجور در رده خیلی ضعیف ارزیابی میگردد. بنظر میرسد ناپیوستگی سطوح تورق و شیستوزیته سنگ شیستی و اسلیتی مهمترین عامل در کاهش کیفیت توده سنگ بوده است .
ضمن آنکه ضربه ها و فشارهای ناشی از حفاری نیز باعث جدایش سطوح تورق و شیستوزیته شده است .
در رده بندی RMR از جمع امتیازهای بدست آمده عدد ٣۶ به عنوان RMR سنگ تعیین میگردد که با توجه به آن ، توده سنگ در ساختگاه در گروه سنگ های ضعیف (Poor Rock) یعنی گروه IV جای میگیرد[٢،٣،۴].
۴. پیشینه تحقیق
تلاش زیادی برای برقراری رابطه بین عدد لوژن و خورند دوغاب صورت گرفته است . هدف از برقراری ارتباط میان ایـن دو عدد ، پیش بینی جذب دوغاب سیمان توسط توده سنگ در عملیات تزریق است . بررسی های انجام شده نشان داده است که در برخی موارد ارتباطی میان عدد لوژن و میزان خورند دوغاب سیمان وجود ندارد. اورت معتقد است که این تفاوت به این دلیل است که درزه هایی که در آنها آب به سهولت جریان می یابد برای دوغاب امکان جریان یافتن وجود نـدارد و یـا اینکـه شکستگی هیدرولیکی ناشی از فشار تزریق و یا شسته شدن ذرات داخل درزه میگردد.
وجود این تفاوت و اختلاف را به دلایل زیر نسبت می دهند:
١ـ آب یک مایع نیوتنی است ولی دوغاب سیمان یک توده بینگهام می باشد.
٢ـ آزمایش فشار آب (لوژن ) دارای یک زمان مشخص و معین است ، ولی تزریق محدوده زمانی مشخصی ندارد.
٣ـ آب توانایی ورود به درزه ها و شکافهای خیلی ریز و باریک را دارد ولی دوغاب این توانایی را ندارد.
۴ـ در آزمایش فشار آب (لوژن ) میزان جریان آب اندازه گیری می شود ولی در تزریق ، مقدار حجم دوغاب سیمان مورد نظـر است ۵ـ آب مولکولی است ولی دوغاب سیمان یک سوسپانسیون حاوی ذرات سیمان در آب است .
۶ـ فشار بکاررفته در آزمایش لوژن با فشار در عملیات تزریق دوغاب متفاوت است .
حجم دوغاب تزریق ، با توان سوم بازشدگی دهانه درزه ها متناسب است ولی در آزمایش لوژن میـزان آبخـوری تـابع دهانـه درزه است (رابطه ١) .

که در این رابطه Vmax حجم دوغاب تزریق ، Pmax فشار ماکزیمم تزریق ، C چسبندگی دوغاب و t بازشدگی دهانه درزه می باشد.
اورت با استفاده از رسم نمودار عدد لوژن و خورند دوغاب نتایج ذیل را بدست آورده است :
گروه A : این گروه مقادیر (WPT) و خورندهای پایین دوغاب را شامل میشود (عدد لوژن < ۵ و خورند سیمان < kg.m ۴٠). چنین حالتی را در شرایطی میتوان انتظار داشت که بازشدگی مسیرهای موجود ناچیز باشد. در این حالت نفوذپذیری سنگ در ارتباط با آب در آزمایش (WPT) کم و مقدار نفوذپذیری در ارتباط با خورند دوغاب نیز ناچیز خواهد بود. این حالت نشان دهنده این مساله است که سنگ نفوذناپذیر یا فقط به اندازه کمی نفوذپذیر است . در چنین شرایطی جذب آب یا سیمان مشکل و یا به سختی انجام میگردد و در چنین شرایطی نیاز به تزریق نخواهد یود.
گروه B : مقدار (WPT) بالا و مقدار خورند دوغاب پایین است (عدد لوژن <٢٠ و خورند سیمان < kg.m ۴٠). در چنین شرایطی مقادیر قابل توجه جذب آب توسط تعداد زیادی از مسیرهای باریک و یا با بازشدگی کم ایجاد میشود. مواردی که در گروه B قرار میگیرند قابل تزریق نیستند و استفاده از سیمان های ریزدانه نیز نتیجه بهتری را در بر نخواهد داشت اما میتواند در مواردی مفید باشد. زیرا نفوذپذیری موجود در توده سنگ از مسیرهای باریک ناشی میشود و مقدار نفوذپذیری توده سنگ زیاد نیست .
گروه C : در این گروه مقدار (WPT) و خورندهای دوغاب نسبت به یکدیگر متناسب هستند، مقدار (WPT) زیاد و مقدار خورند دوغاب نیز متوسط تا خیلی زیاد است (عدد لوژن >٣٠ وخورند سیمان بین kg.m ۵٠ تا بیشتر از kg.m ١٠٠٠). در صورتیکه درزه های موجود به اندازه کافی باز شده باشند می- توان چنین حالتی را انتظار داشت و عملیات تزریق قابل اجرا خواهد بود. در صورتی که هر دو مقادیر (WPT) و خورندهای دوغاب متناسب با کاهش بازشدگی در مسیرهای هیدرولیکی کاهش یابد، دلیل بر عقلانی بودن عملیات تزریق خواهد بود.
گروه D : این گروه شامل ترکیبی از مقدار(WPT) پایین و خورند بالای دوغاب میباشد. (عدد لوژن <۵ و خورنـد سـیمان بـین kg.m١٠٠ تـا بیـشتر از kg.m ١٠٠٠). مواردی که در گروه D قرار میگیرند سنگ های نفوذناپذیر هستند که مقدار جذب بالا در آنها تحت تاثیر فرایند شکست هیدرولیکی ایجاد میشود. در چنین حالتی پرشدگی در مسیرهای بازشده و باز شده ناپیوستگی های پنهان بسیار اتفاق میافتد. در نهایت مسدود کردن چنین بازشدگیها و شکستگیهایی با هزینه بسیار همراه خواهد بود.
در صورتی که چهار گروه موجود با هم مقایسه شوند ملاحظه میشود که تنها عملیات تزریقی که در محدوده بالایی و میانی گروه C قرار می- گیرند مفید خواهند بود. در گروه B احداث پرده تزریق قابل اجرا نمیباشد، زیرا خورندهای تزریق بسیار پایین هستند. در گروه D خورند دوغاب صرف پرشدگی در درزه های بازشده حین فرایند شکست هیدرولیکی می شود. بنابراین ایجاد پرده تزریق با صرف هزینه زیاد امکانپذیر خواهد بود.[۵ ,۶]

Facebook Twitter Google+ LinkedIn Pinterest Print