تنش های برجا

1

به نام خدا

2

محمدمهدی اکبرنژاد

سمیه اکبرنژاد

حامد زارعیعلیرضا خلیلی نیما باقری

اعضای گروه

3

)In Situ Stresses(تنش های

برجا

1393/03/1

4

فهرست

مقدمه

جک تخت

شکست هیدرولیکی و آزمایش هیدرولیکی روی شکست های از پیش موجود

(Overcoringروش های بیش مغزه گیری)

Core Discing

نتیجه

منابع

4

16

27

39

44

60

61

5

مقدمه

6

چرا تنشها را مطالعه می کنیم ؟

تنش مفهوم بنیادی برای اصول مکانیک سنگ و کاربرد آن است.

:سه دلیل اساسی برای درک تنش در حوزه مکانیک مهندسی سنک وجود دارد

**حالت تنش از پیش موجودی در زمین داردو ما نیازمند درک آن هستیم هم

بصورت مستقیم هم به صورت حالت تنش بکار رفته برای تحلیل و طراحی.

**درخالل کاوش سنگ , حالت )وضعیت( تنش می تواند بصورت برجسته ای

تغییر کند. این به خاطر آن است که )تنش(در سنگ که در بردارنده برخی تنش

ها از قبل است حذف می شود و بارها باید مجددا توزیع شود.

**تنش خیلی شناخته شده وآشنانیست : یک کمیت تانسوری است وما در

زندگی روزمره خود با تانسورها روبرو نمی شویم.

7

مرور – اجزای تنشدر یک صفحه واقعی یا فرضی از یک ماده می تواند نیروی عمودی و

برشی وجود داشته باشد. این نیروها تانسورتنش را ایجاد می کند اجزای تنشی عمودی وبرشی در واحد سطح است.

باید به یاد داشته باشیم که یک جسم جامد می تواند نیروی برشی را تحمل کنددر حالی که یک مایع یا گاز نمی تواند. یک مایع یا گاز حاوی فشاری است که بصورت مساوی در همه جهات بصورت مادی عمل

میکند و از این رو در یک کمیت عددی ) اسکالر( است.

8

چرا باید تنش های برجا را تعریف کرد ؟

انگیزه های اصلی برای تعریف تنش های برجا دومورد است :

تحلیل های مهندسی نیازمند شرایط مرزی است . یکی از مهمترین شرایط مرزی برای تحلیل در حفاری های زیر زمینی تنش های برجاست.

برای داشتن دانش ) آگاهی ( از تنش های اساسی )یعی امتداد و مقدار تنش های عمده اصلی یعنی امتدادی که سنگ در آن بیشترین احتمال

شکست را دارد و غیره...(

9

ثقل , ژئواستاتیک و شرایط تنش های بر جای موجود در توده سنگ به نیرویساختاری و مرفولوژی زمین وابسته می باشد. به عبارتی می توان گفت

تنش های موجود در توده سنگ های دست نخورده ناشی از وزن سنگ های روبار منطقه می باشد. این تنش ها به هنگام حفر یک سازه, یا حفره

ای زیرزمینی تغییر کرده و موجب ایجاد تنش هایی شده که از مقاومت سنگ تجاوز می نماید ودر نهایت تخریب و شکستگی هایی در جداره و مرز حفاری که منجر به ناپایداری می شوند ایجاد می نماید که ممکن است به صورت همگرایی تدریجی , ریزش طاق , ورقه ورقه شدن دیواره ها بروز

کرده و یا در مواردی خاص به صورت انفجار و شکست ناگهانی سنگ شود.

10

عوامل موCثر برتنش های برجا

, که در عمق پیچیدگی های موجود در ساختار و رفتار توده سنگ سبب شد

یکسان دردو نقطه مجزا مقادیر تنش ها باهم برابر نباشند. برخی از

عوامل مهم که بر مقدار تنش های برجا در زمین تاثیر می گذارد می

باشد شامل :

تنش های ثقلی1.

تنش های محلی2.

تنش های تکتونیکی3.

تنش های باقیمانده4.

پستی و بلندی های زمین5.

زایده ها اثر شکستگی های نا پیوستگی ها 6.

11

تنش های ثقلی :

در اثر وزن طبقاتی فوقانی ایجاد شده و بواسطه محصور بودن سنگ ها در دل زمین تنش های جانبی نیز در اثر فشار ثقلی گسترش می

, تحت فشار های جانبی برابر و Zیابند. چنانچه توده سنگی در عمق دارای رفتار االستیک باشد در این صورت وضعیت تنش با رابطه زیر

بیان می شود:

γوزن مخصوص سنگ های فوقانی :

δv تنش های ثقلی قائم :σv = ϒ.Z

Vضریب پواسون سنگ :

σHتنش افقی ثقلی :

( عبارتست از :Kدر این حالت نسبت تنش های اصلی)

12

تنش های محلی:

این تنش ها به واسطه ناهمگونی در جنس طبقات یا سنگ های همجوار مانند

تمرکز تنش در عدسی های ماسه سنگی به وجود می آید.

تنش های تکتونیکی:

این تنش ها به واسطه تاثیر نیروهای تکتونیکی و زمین ساختی نظیز

کوهزایی و گل به وجود می آیند و تنش قائم در سنگ های غیر همگن و

ممکن است بواسطه تاثیر ساخت های زمین شناسی در یک فاصله محدود

مالحظه می شود و 2-1دارای نوسانات زیاد گردد. همانطور که در شکل

وضع تنش قائم در صفحات افقی موازی که یکسری طبقات چین خورده

تنش AA, به صورت یکسانتغییر نمی کند. در طول خط را قطع می کند

. و نقطه Z,ϒ درصد بیشتراز مقدار 60قائم واقعی در زیر ناودیس به

درست زیر طاقدیس به صفر می رسد.همانطور که در امتداد خط

13

BB دیده می شود, در این حالت سنگ های چین خورده مانند یک چتر از انتقال مستقیم نیرو های فوقانی به سنگ های تحتانی جلوگیری می کنند.

14

تنش های باقی مانده: این تنش ها در حین تشکیل طبقات یا توده سنگ ها و در اثر

, رسوب گذاری, فرآیندهایی نظیر کریستالیزاسیون. دگرگونیتحکیم و بی آب شدن در سنگ ها به وجود می آید. به عنوان

مثال تنش حاصل در مرز بین کریستال های یک سنگ که دارای خواص فیزیکی متفاوت می بایشد و سرد شدن آنها مشابه

یکدیگر نیست از این نوع می باشد.

پستی و بلندی های زمین :در مورد زمین نا صاف, مقدار تنش در یک عمق معین ناشی از

تنش ثقلی و مولفه تنش ناشی از بارهای اضافی در سطح زمین می باشد.تخمینی از بارهای اضافی سطحی می تواند به کمک

انجام گیرد.3-1پروفیل بار سطحی نشان داده شده در شکل

15

زایده ها:وجود زایده ها در داخل طبقات اصلی زمین باعث بر هم خوردگی تنش

اولیه در این طبقات خواهد شد. این زواید می توانند در اثر نفوذ ماگما به صورت دایک و یا سیل باشند. بسته به خواص مکانیکی این

زواید تنش های افقی و قائم در محدوده آنها می توانند کمتر و یا بیشتر از تنش اولیه شوند.

اثر شکستگی ها و ناپیوستگی ها:پدیده شکست در تودهسنگ باعث نوعی توزیع تنش مجدد در زمین می شود. جهت و امتداد دسته درزه ها و نوع گسل ها می تواند حاکی از

نوع و کیفیت تنش های اولیه وارده بر سنگ های منطقه باشد.

روش ها ی معمول اندازه گیری تنش های برجا عبارتند از:

1 -Flat Jack 2 3- شکست هیدرولیکی -Overcoring

16

Flat Jack

17

Flat jack

فلت جoک یکی از اولین روش هoای انoدازگیری برجoای تنش در سoنگ اسoت .فلسفه ی بoا متنoاظر پاسoخ تحلیoل و گoیری انoدازه و سoنگ در اغتشoاش ایجoاد آزمoایش این

, جابه جایی و یا ثبت فشار هیدرولیک است.اغتشاش ایجاد شده به شکل کرنش

فلت جoک شoامل دو صoفحه ی فلoزی بoه روی هم کoه دور تoا دور محیoط آن جoوش داده شoده و دارای لولoه ی تغذیoه کننoده می باشoد کoه بoه فلت جoک اجoازه می دهoد کoه بoا فشoار, اب یoا روغن بoه داخoل این صoفحه هoا وارد می کنoد و از اجoزای دیگoر فلت جoک

میتوان به لوله ی تخلیه و گیج فشار و پمپ هیدرولیکی اشاره کرد.

18

به طoور کلی مراحoل روش فلت جoک بoه این صoورت اسoت کoه اول روی سoنگ انتخoاب و دو عoدد پین بoه داخoل diدو نقطoه بoه فاصoله ی

( و بین این نقoاط یoه سoری گیج کشoش سoنج A , Bسoنگ وارد میکنم )جایگoذاری میشoود البتoه این سیسoتم ممکن اسoت هoر طoوری پیoاده شoود )معمoوال بoه این طoور هسoت کoه یoه سoیم تحت کشoش بین این

دو نقطه میگذارند و ...(

پهنoای این ایجoاد و تoا شoکافی ادامoه داخoل سoنگ حفoاری شoود در تنش هoای مoوثر در سرتاسoر تoا باشoد پهن و بایoد عoریض شoکاف

بoه راحoتی نمoایش داده شoود کoه این موضoوع بoا عoریض B و Aنقoاط کoردن شoکاف تoا حoد سoه برابoر فاصoله شoکاف تoا نقطoه صoورت می

گیرد.

Flat jack

19

جک وارد شoکاف میشoود وتزریoق دوغoاب سoیمان بoه داخoل شoکاف تoا شoروع میشoود کoه درزهoای بین شoکاف و فلت جoک پoر شoود

ارتباط بین جک و شکاف کامال تامین شود.

Flat jack

20

مoا بoه سoمت شoکاف B و Aزمoانی کoه مoا شoکاف ایجoاد کoردیم و تنش فشoاری وارد کoردیم نقoاط حoرکت مoی کننoد و اoینجoا فلتo جoک بoا oوارoد کoردن فoشoار ازo طریoق آب oیoا روغoن فاصoله ی نقoاط رoو oبoهo همoوoنo حoالتoی oکoهo قoبoل اoز بoرش oو یoاo شoکافoیo کoه oایoجoاoدo کoردیمo مoیرسoاند oو تoوی ایoنo حoالoت فoرضo میشoود کoه فشoاoری کoه oفoلت oجoک وoارد oمoیکنoد oبرoاoبoر بoا میoانoگین تنoشo نoرمoالo سoرتاoسoر

شکاف است و برابر با همون تنش قبل از حفاری است .

Flat jack

21

Wjتغییر شکل ناشی از فشار جک =

C0نصف طول جک=

yفاصله نقطه اندازگیری تا مرکز جک=

Pفشار جک=

W0جابه جایی در یک طرف شیار در طول مدت حفاری =

Sتنش در سنگ در جهت عمود بر جک =

Flat jack

22

W0=W1+W2

W1جابه جایی یک طرف شیار با عرض محدود =W2جابه جایی یک طرف شیار بر اثر تنش دو محوره =y0نصف عرض شیار=Qتنش در سنگ به موازات جک =

با در دست داشتن تغییر مکان ها و با استفاده از روابط فوق می توان مقدار تنش برجا را بدست آورد. البته فرمول های فوق برای سنگ های

االستیک همگن و همسانگرد می باشد.

Flat jack

درجه گرفته شده 7سه تست فلت جک از امتداد یک دیوار تونل با شیب متر زیر سطح زمین است و شکاف هایی 250و موقعیت اندازه گیری

که نشان داده شده در دیوار تونل برش خورده و فشار های حذف شده محاسبه ی تنش C=7.50MPa و B=6.72MPa و A=7.56 Mpaعبارتند از

اصلی و جهات آن ها:

Flat jack

23

24

Flat jack

25

مزایا و معایب:در شoکل تغیoیر ی رابطoه کoه میشoود فoرض هoا پین نرمoال تنش گoیری انoدازه -در تoغیoیر شoکل اoلبoتoه اoین باoرگoذارoی )oفشoار oفلoت جoکo )oبرابoر اoسoت بoارoبoرداری )حفoاoریo( و

سنگ در محدوده ی پین ها باید االستیک باشد.

-تمرکoز تنش در دور حفoاری بoه وجoود می آیoد کoه این تنش اضoافی گoاهی اوقoات منجoر بoه توسoعه ی تoغییoر شکلo غیر االستیکo و بoاعث خراoب شدن آoزمایشo می شoود

بایoد حoداقل تنش تانسoور تعoیین این هسoت کoه جهت این روش تoا 6-مشoکل عمoده oآل oدهoای oالتoحo هoک oودoشo امoجoنoف اoلoی مختoاoجهت هo oون درoزمoدر 9ا oهoت کoاس oایشoازم

دیواره و سقف و سینه کار انجام می شود

Flat jack

26

-این نتیجoه وجoود دارد کoه بoرخی از تنش هoای پسoماند بین مسoیر بoاربرداری و بارگoذاری بoه وجoود می ایoد کoه بoاعث میشoود فشoار مoورد نیoاز بoرای برگشoت پین هoا بoه فاصoله ی اصoلی

خود از تنش به وجود آمده از برشی از شکاف مختلف باشد .

-بoا این اوصoاف فشoار فلت جoک ممکن اسoت تنش هoای برجoا رو نشoان ندهoد و این یoه ضعف توی تعیین تنش برای روش های حفاری های عمیق در گمانه است .

- یکی از مزایoای این روش بoا این صoورت اسoت کoه اجoازه میدهoد بoه راحoتی از کoرنش سoنج اسoتفاده شoود و نیoازی بoه ابoزار خاصoی کoه در گمانoه هoای کوچoک اسoتفاده میشoود

ندارد.

Flat jack

27

Hydraulic Testing on Pre-existing Fractures & Hydraulic fracturing

آزمایش هیدرولیکی روی وشکست هیدرولیکی شکست های از پیش موجود

HTPF & HF

28

دو روش اندازه گیری تنش در این قسمت وجود دارد.این روش ها شکست و آزمایش هیدرولیکی روی شکست های از پیش ( Hydraulic fracturing) هیدرولیکی

( هستند.Hydraulic Testing on Pre-existing Fracturesموجود )از هیدرولیک به عنوان روش فعال در تحریک سنگ اطراف یک گمانه و از این طریق

تعین میدان تنش استفاده می شود.

این دو روش دارای تجهیزات یکسانی هستند مثل: (Straddle packersپکر های منبسط شونده )

( impression packers پکر های شکل پذیر )(high-pressure pumpsپمپ های با فشار باال)

Hydraulic Testing on Pre-existing Fractures & Hydraulic Fracturing

آزمایش هیدرولیکی روی وشکست هیدرولیکی شکست های از پیش موجود

HTPF & HF

29

)Hydraulic fracturingشکست هیدرولیکی (روش شکست هیدرولیکی شامل جدا کردن بخشی از گمانه توسط

( تا زمانیکه در Straddle packers شونده )در پوش های منبسطسنگ دیواره گمانه شکستگی ایجاد شود می باشد.

متر در طول گمانه توسط پکر های منبسط 1یک سکشن کمتر از شونده مهروموم شده است. و این سکشن تحت فشار کم با سیال

معمولی قرار میگیرد.این فشار در دیواره گمانه تنش های کششی تولید میکند و تا اینکه تحت فشار پیوسته در دیواره گمانه شکست کششی و هیدرولیکی

آغاز می شود.صفحه شکست معموال موازی محور گمانه است و دو شکست به

طور همزمان در موقعیت امتداد قطر های مقابل روی پیرامون گمانه آغاز می شود.

در طی آزمایش شکست هیدرولیکی منحنی فشار _ زمان ثبت می شود.

30

موقعیت شکست از اثر شکست روی دیواره گمانه همزمان با موقعیت تنش افقی ماکزیمم در یک سوراخ قائم که فرض شده یک تنش اصلی موازی در گمانه است

بدست آمده است.( یا پرگار impression packerوضعیت شکست ممکنه بوسیله پکر های شکل پذیر)

(compass( یا با استفاده از روش های ژئوفیزیک)geophysical methods ) borehole(یا دوربین های درون گمانه ای )micro-scannerمانند شکل میکرواسکنرها )

televiewer.تعیین شود)

روش شکست هیدرولیکی یکی از روش های متداول اندازه گیری میدان تنش های برجای توده سنگ در عمق زمین است که با استفاده از آن می

توانیم مقدار و جهت تنش های اصلی بزرگتر و کوچکتر در صفحه عمود بر امتداد گمانه تعیین شود.

)Hydraulic fracturingشکست هیدرولیکی (

31

، یکی فشار سیال که شکست اتفاق می افتد ودیگری کمیت اندازه گیری شده2فشاری که شکست را باز نگه می دارد مورد نیاز هستند.

این ها اشاره دارند به :وbreakdown pressure (Pc’ or PB) critical orفشار شکست

shut-in pressure (Ps)فشار انسداد


shut-in pressure (Ps) در محاسبه تنش های برجا فرض شده است فشارانسدادبرابر تنش افقی حداقل می باشد.

تنش افقی حداکثر از فشار شکست پیدا می شود.در این محاسبه ، فشار شکست نسبت به تنش اصلی حداقل و نسبت به مقاومت

کششی بر جای سنگ غالب است. تنش افقی ماکزیمم از معادالت شامل: معیار شکست و پارامتر های ارزیابی شده

از اطالعات فشار میدان محاسبه می شود.

Relationshipsσh = Ps

σH = 3σh–Pc’-Po+

σt

σt = Pc’-Pr


σH = 3σh–Pr-Po

32

:نکات مربوط به شکست هیدرولیکی

در اندازه گیری های عمیق هیچ محدودیتی ندارد به شرط آنکه گمانه پایدار بتواند

از نواحی مفید و سنگ االستیک و شکننده عبور کند.

جهت های تنش اصلی از تصویر شکست روی دیواره گمانه که تحت فرضیات آن

حالت شکست دور از چاه ادامه دارد بدست می آیند.

در صفحه افقی 2Dشکست هیدرولیک یک روش کارآمد برای تعیین میدان تنش

ومناسب برای ابتدای مراحل پروژه ها هنگامی که دسترسی زیرزمینی وجود

نداشته باشد.

با توجه به کارایی این روش مزیت ویژه ای برای اندازه گیری در عمق محسوب

می شود.

این روش همچنین اثر مهمی بر فرآیند دریل ندارد.

شکست هیدرولیک معموال دارای تجهیزات بزرگ که نیاز به فضا دارد می باشد.

بعالوه از محدودیت های تئوری این روش این است که باید در حفره های عمودی

انجام شود .بنابراین این روش مناسب برای اندازه گیری در سطوح گمانه های

(هستند.vertical or sub-veticalقائم و زیر قائم )

در ارزیابی تنش اصلی ماکزیمم در صفحه عمودی محور گمانه فرضیات به این

صورت است که توده سنگ االستیک خطی ، همگن وایزوتروپ است.

تنش عمودی را می توان از عمق سر بار بدست آورد.


33

34

آزمایش هیدرولیکی روی شکست های از پیش موجود

( Hydraulic Testing on Pre-existing Fractures )

عبارت است از:HTPFروش تا پکر 2دوباره باز شدن یک شکست موجود در موقعیت معلوم که قبال در بین

ایزوله)جدا( شده باشد.با استفاده از نسبت تزریق جریان کم ، فشار جریان که توازن دقیق تنش نرمال

سراسر شکست است اندازه گیری میشود. و در صورتی که مقطع HFچنانچه مقطع در سنگ سالم واقع گردد آزمایش

نامیده HTPFآزمایش حاوی ترک های درزه دار طبیعی باشد، آزمایش تحت عنوان میشود.

35

:نکات مربوط به آزمایش هیدرولیکی روی شکست های از قبل موجود

در اندازه گیری های عمیق هیچ محدودیتی ندارد به شرط آنکه گمانه پایدار بتواند از

نواحی مفید و سنگ االستیک و شکننده عبور کند.

فرض این روش اینه که ایزوله شده باشد وشکست ها از قبل موجود باشد یا صفحات

ضعیف در توده سنگی که وجود دارد ردیف شده با محدوده جهت ها وانحراف ها

نیستند.

شکست ها می تواند به صورت مکانیکی یا به وسیله آزمایشات هیدرولیکی باز شده

باشد.

در این بررسی تنها یک شکست تکی باز شده الزم است.

این روش مورد تایید برای تمام موقعیت های گمانه می باشد.

این روش وابسته به تاثیرات فشار منفذی است و به تعیین خصوصیات مصالح نیاز

ندارد.

فرضیات: توده سنگ همگن ودارای حجم قابل توجه است که شکست های آزمایش

شده از یکدیگر دور هستند .

Down-holeاین روش نسبت به شکست هیدرولیکی وقت گیر تر است وتجهیزات مانند

باید در محل دقیق شکست آزمایش قرار گیرند.

اشکال این روش در مقایسه به شکست هیدرولیکی این است که تا زمانی که همه

میدان آزمایش تکمیل نشود هیچ نتایج اولیه ای نمی توانیم بدست آوریم.

آزمایش هیدرولیکی روی شکست های از پیش موجود

( Hydraulic Testing on Pre-existing Fractures )

36

مثال:نتایج یک آزمایش شکست هیدرولیکی در تسلیم توده سنگ گرانیت در زیر آمده

است.

.در ارزیابی مقدار فرض کنید تنش اصلی عمودیست و mpa10مقاومت کششی Po=0مقدار فشار در محاسبه فشار شکل گیری تنظیم شده است.)به عنوان مثال

برای اهداف محاسبه(

پاسخ:با فرض اینکه توده سنگ به عنوان یک ماده االستیک رفتار کند.

تنش افقی حداقل می تواند از عبارت زیر محاسبه شود:σh = Ps

σh = 8 MPaRelationshipsσh = Ps

σH = 3σh–Pc’-Po+

σt

σt = Pc’-PrσH = 3σh–Pr-Po

37

مثال:نتایج یک آزمایش شکست هیدرولیکی در تسلیم توده سنگ گرانیت در زیر آمده

است.

.در ارزیابی مقدار فرض کنید تنش اصلی عمودیست و mpa10مقاومت کششی Po=0مقدار فشار در محاسبه فشار شکل گیری تنظیم شده است.)به عنوان مثال

برای اهداف محاسبه(

پاسخ:با فرض اینکه توده سنگ به عنوان یک ماده االستیک رفتار کند.

تنش افقی حداکثر می تواند از عبارت زیر محاسبه شود:

σH = 3σh–Pc’-Po+ σt

σH = 3)8 MPa( – 14 MPa + 10 MPa

σH = 20 MPa

27تنش قائم از سربار قائم ارزیابی می شود.)فرض کنید وزن واحد گرانیت kN/m3)

σV = 500 m * 0.0027 MN/m3

σV = 13.5 MPa

σ1 = σH = 20 MPa

σ2 = σv = 13.5 MPa

σ3 = σh = 8 MPa

38

)Overcoring روش های بیش مغزه گیری (

39

( توسط Overcoringروش بیش مغزه گیری)Borre probe

40

Borre probe توسط لوگر به کامپیوتر همراه برای بازیابی اطالعات و فعال سازی وصل می شود.


روش انجام آزمایش:

روش انجام آزمایش شامل دو مرحله آماده سازی و اندازه گیری است.بعد از انجام آماده سازی می بایست مرحله اندازه گیری را انجام داد .

این پروسه پیشنهادی تنها برای یک آزمایش نشان داده شده است.

میلیمتر تا عمق اندازه گیری- با استفاده از ابزار 76- حفر گمانه اصلی با قطر 1سایش ته چال می بایست که صاف و ساییده گردد.

میلیمتر و بازیابی مغزه برای 36- حفر یک گمانه در ته گمانه پیشین با قطر 2مطالعات ارزیابی مغزه-شستن گمانه به منظور خرده های حفاری

- آماده سازی گمانه برای اندازه گیری و بکارگیری چسب برای گیجهای اندازه 3گیری – میله را داخل ابزار نصب درون گمانه قرار داد.


41

42

- آزاد سازی نوک میله همگام با گیجهای کرنش سنج که وارد گمانه راهنما می 4شوند. در این مرحله میله با آزاد کردن ضامن هایی از ابزار نصب آزاد می گردد و

کمپاس نیز ثابت می شود که در نتیجه راستای میله نصب شده را اندازه گیری می کند. گیجها در اثر فشار نوک مخروطی به دیواره گمانه راهنما چسبیده اند

- خارج ساختن ابزار نصب و آوردن آن ها به سطح .در این هنگام میله سر جای 5خود قرار دارد.

- به چسب باید اجازه داد کامال محکم شود)این زمان از پیش مشخص شده 6است(.سپس بازیابی میله و ثبت کرنشها با استفاده از یک جمع کننده داده .مغزه را پس از کامل ساختن بیش مغزه گیری شکسته و باید مغزه شکسته شده را به

سطح رساند.


43

𝜀𝜃=1𝐸

[(𝜎 𝑥+𝜎 𝑦 )𝐾 1−2 (1−𝜇2) {(𝜎𝑥−𝜎 𝑦 ) cos2 𝜃+2𝜏𝑥𝑦 sin 2𝜃 }𝐾2−𝜇𝜎 𝑧𝐾 4]

𝜀𝑧=1𝐸

[𝜎 𝑧−𝜇 (𝜎𝑥+𝜎 𝑦 )] هستندو ثابت ضرایب


44

USBM( توسط Overcoringروش بیش مغزه گیری)

دکمه فشار در دیواره 6 در گمانه قرار داده شد probeدر این روش هنگامی که گمانه و موقعیت قطری با کرنش سنج اندازه گیری پیش می آیند.

در نتیجه تنش در استوانه توخالی کاهش یافته تا به صفر میرسد.همچنین تغییرات قطر سوراخ ، حرکت دکمه و پس از آن کرنش های مختلف در

کرنش سنج کاهش می یابند.

45

USBM( توسط Overcoringروش بیش مغزه گیری)

46

( توسط محفظه کرنش Overcoringروش بیش مغزه گیری)(Conical Strain Cell)مخروطی

نیمکره یا محفظه کرنش مخروطی به نیمکره یا مخروط کف گمانه می چسبد.

این روش هم همچنین به حفره راهنما نیاز ندارد.بعد از قرار گیری ابزار بیش مغزه گیری به طور

صحیح در انتهای گمانه کرنش سنج ها مطالعه می شود.

در طی بیش مغزه گیری تغییرات تغییر شکل/کرنش ثبت می شود.

47

برای اندازه گیری تنش سنگ با استفاده از محفظه کرنش مخروطی یا نیمکره ای اول یک

گمانه دریل می شود.کف سطح گمانه به مخروطی یا نیمکره ای با

استفاده از مته حفاری مخصوص تغییر شکل داده می شود

سپس محفظه کرنش به سطح سنگ در کف گمانه می چسبد

( توسط محفظه کرنش Overcoringروش بیش مغزه گیری)(Conical Strain Cell)مخروطی

48

( توسط Overcoringروش بیش مغزه گیری)Doorstopper

به کف صفحه Doorstopperدر این روش محفظه صاف گمانه می چسبد.

بعد از قرار گیری ابزار بیش مغزه گیری به طور صحیح در انتهای گمانه کرنش سنج ها مطالعه

می شود.در طی بیش مغزه گیری تغییرات تغییر

شکل/کرنش ثبت می شود.

49

نشان داد که تکنیک leeman ، 1932در اوایلDoorstopper برای تععین تنش ها در یک تونل

در ایاالت متحده و Hoverسنگی در زیر سد در روسیه استفاده می شود.1935همچنین در

محفظه توسط هوای فشرده به جلو هل داده می شود وبه سوراخ دریل شده می چسبد.کرنش سنج ها قبل وبعد از بیش مغزه گیری محفظه

مطالعه می شود.بنابراین این روش به حفره راهنما نیاز ندارد.

( توسط Overcoringروش بیش مغزه گیری)Doorstopper

50

که سیستم سنجش Doorstopperیک محفظه اصالح شده Doorstopper( عمیق deep doorstopper gauge system هم)

نامیده می شود به تازگی توسعه داده شده است.DDGS برای اندازه گیری overcoring در عمق های بزرگتر از متر در گمانه های قائم زیر طراحی می شود.1000

DDGSمراحل نصب

-بعد از رسیدن وتمیز کردن کف ، ابزارها 1توسط کابل سیمی در پایین سوراخ گذاشته می

شوند. در کف است ، موقعیت DDGS-هنگامی که 2

اندازه گیری ، موقعیت وسایل و سنسور های کرنش چسبیده عالمت گذاری می شود.

IAM (Intelligent Acquisition Module )-گیج های 3 از تجهیزات نصب حذف می Doorstopperو

شوند.-مونتاژ نصب باسیستم خط سیم برگردانده می 4

شود.-با شروع نمایشگر و بیش حفار، تغییرات 5

کرنش با زمان در کف اندازه گیری می شود.-هنگامی که بیش حفاری پایان می یابد مغزه 6

گرفته می شود و آزمایش فشار دومحوری با ارزیابی مدول یانگ انجام می شود.

DDGS

51

DDGS

52

اندازه گیری های موفق در کاندا در عمق های گمانه به بزرگی متر عمق از سطح( انجام شد که هر دو آزمایش 943 متر )518

شکست هیدرولیکی و محفظه کرنش سه محوری در عمق های متر به دلیل وضعیت تنش باال قابل اجرا نبودند.360عمیقتر از

و نیز روش های نیم کره ای یا مخروطی این Doorstopperمزیت ندارند.تنها در overcoringاست که نیاز به طول های بلند

سانتیمتر در مقایسه با روش های سوراخ راهنما )حداقل 5حدود سانتیمتر(30

Doorstopper در مقایسه با محفظه سه محوری نیاز به تایم آزمایش در هر روز می تواند انجام شود.3تا2کمتری دارد و با

یکی از معایب محفظه نیمکره یا مخروطی این است که نیاز به آمادگی کف گمانه به شکل مخروطی یا کره ای دارد.

دیگر معایب این روش این است که در گمانه های پر آب دارای موفقیت کم است.

اینه که تنها می تواند تنش های در یک Doorstopperاز معایب نقطه در صفحه عمودی به گمانه که اندازه گیری شده را تعیین

کند.بعالوه اینکه در انتهای گمانه نیازمند صیقل دادن کف سوراخ می

باشد.

مزایا و معایب

53

Core Discing

Fig. 5 Discing between 1,920 and 1,931.2 m depth. The core isoriented with depth increasing from top to bottom and from left toright

54

Core Discing

پیش بارگذاری طبیعی توده سنگ منجر به مشاهده تنش در سنگ شده است. فرآیند حفر

گمانه ها برای بدست آوردن نتایج مغزه ها منجر به تمرکز تنش مستقیم در سطح سنگ و تیغه مته

مغزه گیر شده است.با فرم گرفتن نمونه ،شیار های حلقوی باعث باز توزیع تنش های برجا شده وتنش های القایی باالی را در طول نمونه ایجاد میکند.این موضوع باعث آسیب به مغزه)کرنش

های غیر قابل برگشت ، و ترک های کوچک( می شود.اگر تنش های برجا بزرگ باشد وسنگ ترد

می شود.نمونه به شکل corediscingباشد موجب poker chips های با ضخامت کم می شود.با

هم poker chipsافزایش شدت تنش ، ضخامت را می discکاهش می یابد.در شدیدترین حالت

توان آنقدر نازک کرد که شبیه به شیرینی ور قه ای باشند.

مشاهده دیسک در نمونه ها گواهی بر نواحی با تنش باال در سنگ می باشد.

55

برای تفسیر داده ها به حداقل اطالعات زیر نیاز است:

-مقاومت کششی سنگ1-نسبت پواسون سنگ23-UCS)سنگ(مقاومت فشاری تک محوری سنگ -فاصله متوسط دیسک ها4-شکل شکست)مورفولوژی(5-میزان شکست موجود در نمونه6

اطمینان ودرستی تفسیر های نتایج در صورت در یک overcoringداشتن نمونه گیری نرمال و

عمق مشخص به شکل قابل مالحظه ای باال می رود.

می تواند برای نمایش Core Discingدر عمل ارزیابی تنش سنگ استفاده نمود. هنگامی که

Core Discing اتفاق می افتد می توان نتیجه گرفت که تمرکز تنش موجود در سنگ بیشتر از

مقاومت سنگ است.چنین اطالعاتی که در همان مرحله حفاری بدست می آید مفید است و برای

تصمیم گیری های آینده کمک می کند.

Core Discing

56

مشاهدات نشان می دهد در سنگ های شکننده Core Discing در طول کل نمونه یا گمانه اتفاق

می افتد. هر چه ضخامت دیسک ها کمتر باشد سطح تنش باالتر است. با این وجود تشکیل

دیسک ها به شدت به مشخصات سنگ و بزرگی تنش موجود در جهت محور گمانه بستگی دارد. همچنین نوع وتکنیک حفاری مانند ضربه حفاری می تواند بر ظهور دیسک ها تاثیر بگذارند. بنابر

این اشتباه است اگر بگوییم مشاهده و اندازه در محاسبه میزان تنش برجا Core Discingگیری

موفق است.ها نسبت به محور مغزه متقارن باشند Discاگر

مانند شکل ،احتماال سوراخی که حفاری شده تقریبا در طول موقعیت تنش های اصلی بوده

شدگی نمونه به صورت متقارن نسبت Discاست.به محور مغزه

Core Discing

57

از آنجایی که شکل و میزان تقارن دیسک ها نشانه خوبی از جهت تنش های برجا هستند ،

اندازه گیری انحراف زاویه ای تنش های اصلی با محور گمانه را می توان با توجه به میزان تقارن دیسک ها تعیین کرد. برای تنش های نا مساوی عمود بر محور نمونه ، محیط مغزه به بیشترین مقدار خود رسیده است و حالت مواجی مانند

شکل پیدا میکند. جهت رسم شده در شکل بین قسمت اوج صفحه دیسک ، جهت کوچکترین تنش

اصلی را نشان می دهد.

Core Disc های ایجاد شده از تنش های نامساوی نرمالبر محور دیسک

Core Discing

58

عدم تقارن در دیسک شدگی ، همانطور که در شکل نشان داده شده نشان می دهد که در طول

محور گمانه یک تنش برشی وجود دارد و اینکه محور گمانه در جهت تنش های اصلی نمی باشد.

دیسک شدگی غیر متقارن ، نشان می دهد که محور نمونه در جهت یکی از تنش ها نمی باشد.

Core Discing

59

نتیجه :

روش هoاي متعoددي جهت تعoيين مقoدار تنش

برجoا در تoوده سoنگ مoورد اسoتفاده قoرار مي

گيرنoد. روش جoک تخت ، بیش مغoزه گoیری و

هoاي روش جملoه از هيoدروليکي شکسoت

و گoران هoا روش اين باشoند. مي معمoول

هoا روش اين از يoك هoر و بoوده بoر زمoان

دقت مخصوص به خود را دارد.

انتخoاب در گoيري انoدازه مoورد تنش مقoدار

برخoوردار خاصoي اهميت از مناسoب روش

است.

در مجمoوع تمoام این روش هoای انoدازه گoیری

تنش برجoا شoامل شکسoتن سoنگ می باشoد .

واکنش وپاسoخ متقابoل در برابoر این شکسoت

بoه صoورت کoرنش ، تغیoیر مکoان و یoا فشoار

هیoدرولیکی انoدازه گoیری می شoود و باتوجoه

بoه فرضoیات متفoاوت در مoورد رفتoار سoنگ

مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد.

منابع :In situ stress Marek Cała – Katedra Geomechaniki,

Budownictwa i Geotechniki

In Situ Stresses &Stress Measurement

Dr. Erik Eberhardt

Insitu Stress MeasurementsU.Siva SankarSr. Under ManagerProject PlanningSingareni Collieries Company Ltd

Stress measurements in deep boreholes using the Borre )SSPB( probe

J. Sj .oberg*, H. KlassonSwedPower AB, Lule ) a, Sweden

Accepted10 July 2003

Geotechnisches IngenieurbüroProf. Fecker & Partner GmbHStress-relief Methods

In situ rock stress determinations in deep boreholes at theUnderground Research Laboratory

P.M. Thompson, N.A. Chandler

تنش های برجا

Engineering