مقایسه نتایج تحلیل پایداری شیروانی‌های سنگی به روش تعادل حدی و طبقه‌بندی SMR (مطالعه موردی

دسته زمین شناسی مهندسی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و چهارمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده فریدونی، داود-خانلری، غلامرضا
تاريخ برگزاری ۱۴ اسفند ۱۳۸۴

چکیده

بمنظور تحلیل پایدارى شیروانى‌هاى سنگى روشهاى مختلفى وجود دارند که یکى از مهمترین این روشها، تحلیل پایدارى به روش تعادل‌حدى مى‌باشد. همچنین از مهمترین طبقه‌بندى‌هاى توده‌سنگ که به منظور بررسى پایدارى شیروانى‌هاى سنگى پیشنهاد شده،‌ طبقه‌بندى SMR مى‌باشد که توسط رومانا در سال ۱۹۸۵ ارائه شده است.

در این پژوهش شیروانى‌هاى سنگى موجود در مسیر گنجنامه-شهرستانه با استفاده از تحلیل پایدارى به روش تعادل حدى و طبقه‌بندى SMR، بررسى شده و سپس مقایسه‌اى بین نتایج حاصل از این روشها صورت گرفته است. مطالعات نشان مى‌دهد که در این مسیر در شیروانى‌هایى که در آنها جهتیابى ناپیوستگى‌ها طورى است که باعث ایجاد گسیختگى توده‌سنگ مى‌شوند (ناپیوستگى­هاى موثر در گسیختگى)، نتایج حاصل از دو روش مذکور با هم مطابقت دارند در صورتى که در شیروانى‌هایى که جهتیابى ناپیوستگى ها طورى است که در وقوع گسیختگى شرکت ندارند (ناپیوستگى­هاى ناموثر در گسیختگى)   نتایج با هم همخوانى ندارند، که در این نوشتار دلیل این موضوع به تفسیر ارائه شده است.

واژگان کلیدى:  تحلیل پایدارى شیروانى، شیروانى سنگى، گسیختگى توده‌سنگ، روش تعادل‌حدى، طبقه‌بندىSMR.


 

Abstract

Limit Equilibrium method is one of the most important methods for rock slope stability analysis purposes. Also, Slope Mass Rating (SMR) is more suitable rock mass classification system for rock slope stability analysis. This classification system was proposed by Romana (۱۹۸۵).

In this research work, the rock slopes in margin of the Ganjnameh-Shahrestaneh Road (Hamedan province), were studied with using both Limit Equilibrium and SMR classification system methods, and then a comparison between the results has been done. The results of the study in this area shows that, for rock slopes that the discontinuities orientation are affected on the instability of rock slopes, the results are match with the results of both Limit Equilibrium and SMR methods. Otherwise, the results are not math with these methods. Consequently, this research work will discussed about the reasons of this problem.

Keywords: Slope Stability Analysis, Rock Slope, Rock Mass Failure, Limit Equilibrium Method, SMR Classification.

1- مقدمه


جاده گنجنامه - شهرستانه در استان همدان و در منطقه‌ای با مختصات جغرافیایی"18´21 º48 تا "15´27º48 طول شرقی و "48 ´42 º 34  تا  "15´46 º 34 عرض شمالی و با طول تقریبی30 کیلومتر در بین شهرستانهای همدان و تویسرکان واقع شده است. تاثیر فرایندهای مختلف زمین‌شناسی و تکتونیکی بر روی توده‌های سنگی موجود در حاشیه این مسیر که دارای لیتولوژی مختلفی از قبیل گرانیت، دیوریت، گرانودیوریت، هورنفلس، شیست و اسلیت می‌باشند، باعث ایجاد سطوح ضعف ساختاری متنوع با آرایش فضایی مختلف گردیده است که در نتیجه پتانسیل گسیختگی در  برخی از توده‌های سنگی مذکور وجود دارد.


به همین دلیل در این تحقیق سعی شده است تا توده‌های سنگی مذکور با استفاده از روش تعادل حدی و طبقه‌بندی SMR[1] مورد مطالعه و بررسی قرار گیرند و در نهایت بین نتایج حاصله مقایسه‌ای صورت گیرد. بدین منظور، هفت شیروانی سنگی که از لحاظ رخنمون دارای بهترین حالت و از نظر پایداری دارای پتانسیل گسیختگی هستند، انتخاب و به عنوان  ایستگاه‌های برداشت در نظر گرفته شده‌اند. سپس در مرحله بعد خصوصیات ناپیوستگی‌های موجود در شیروانی‌های سنگی مذکور مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته و در مرحله پایانی نمونه برداری جهت انجام آزمایشات مختلف مورد نیاز در انجام تحلیل پایداری و طبقه‌بندی SMR صورت گرفته است. شکل­های (1) تا (7) تصویری از برخی شیروانی­های سنگی مسیر و جدول (1) خصوصیات فیزیکی و لیتولوژیکی سنگهای موجود در این شیروانی ها را نشان می‌دهد.

 

2- تحلیل پایداری به روش تعادل حدی

اغلب روش‌های تحلیلی که برای ارزیابی پایداری شیروانی‌ها بکار می‌روند، بر مبنای روش تعادل حدی استوار هستند. در این روش با محاسبه ضریب اطمینان که نسبت نیروهای مقاوم در برابر گسیختگی به نیروهای محرک گسیختگی می‌باشد، شرایط پایداری یا عدم پایداری شیروانی مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای استفاده از این روش می­توان ابتدا صفحات ناپیوستگی را در استریونت مطالعه آماری نمود (شکل 8) و سپس با توجه به نوع گسیختگی ضریب اطمینان را از طریق روابط ذیل قابل محاسبه نمود. [1و3]:

 

2-1- گسیختگی صفحه‌ای

برای محاسبه ضریب اطمینان در این نوع گسیختگی، چنانچه در ترک کششی و یا درزه قاعده بلوک لغزنده آب وجود داشته باشد، برای محاسبه ضریب اطمینان می‌توان از رابطه زیر استفاده نمود.

(1)                                                                                

در این رابطه: c چسبندگی، A مساحت قاعده بلوک لغزنده، W وزن بلوک، U نیروی آب در درزه قاعده بلوک، V نیروی آب در ترک کششی،  زاویه سطح بالقوه لغزش و  زاویه اصطکاک سطح لغزش می‌باشد. در شرایط خشک نیروهای U و V هر دو برابر صفر می‌باشند و رابطه (2) بصورت زیر در خواهد آمد:

(2)                                                                                                  

در بین ایستگاه‌های برداشت مورد مطالعه احتمال وقوع گسیختگی صفحه‌ای در ایستگاه برداشت شماره 6 وجود دارد، که البته در شرایط خشک ضریب اطمینان بیشتر از یک می‌باشد ولی در شرایط مرطوب و یا دارای جریان آب در درزه­ها، ضریب اطمینان به کمتر از یک تقلیل یابد که در این صورت وقوع گسیختگی صفحه‌ای در این ایستگاه قابل انتظار است و مشاهدات صحرایی این مطلب را به اثبات رسانده است. قابل ذکر است که در مدت قابل توجهی از سال منطقه پوشیده از برف و یا دارای جریان‌های سطحی آب حاصل از ذوب برفها می‌باشد.

 

2-2- گسیختگی گوه‌ای

از طریق رابطه زیر می‌توان ضریب اطمینان برای این نوع گسیختگی را محاسبه نمود.

(3)                                                                                                       

در این رابطه  زاویه نیمساز گوه با سطح افق،  زاویه بین دو صفحه لغزش،  زاویه اصطکاک میانگین صفحات درزه وزاویه شیب فصل مشترک دو صفحه لغزش می‌باشد. در بین ایستگاه‌های برداشت مورد مطالعه ایستگاه‌های شماره 1 و 2 و 7 دارای پتانسیل گسیختگی گوه‌ای می‌باشند. اطلاعات لازم برای تعیین ضریب اطمینان در برابر این نوع گسیختگی در جدول (2) ارائه شده است. لازم به ذکر است که در تمامی ایستگاه‌های مورد مطالعه گوه‌های دیگری تشکیل می‌شوند ولی از آنجایی که در تحلیل پایداری به روش استریوگرافیک شرایط پایداری برای گوه‌های مذکور به اثبات رسیده است، لذا از محاسبه ضریب اطمینان برای آنها خودداری شده است.

 

2-3- گسیختگی دایره‌ای

ضریب اطمینان در این نوع گسیختگی نسبت بین مقاومت برشی موجود در برابر لغزش به مقاومت برشی محرک لغزش می‌باشد که از طریق رابطه زیر قابل محاسبه است:

(4)                                                                                                        

این نوع گسیختگی خاص سنگهای شدیداً درزه‌دار و خاکها می‌باشد. بر اساس تحلیل‌های انجام شده در هیچ یک از ایستگاه‌های مورد مطالعه، گسیختگی دایره‌ای به وقوع نخواهد پیوست.

 

2-4- گسیختگی واژگونی

در این نوع گسیختگی، ضریب اطمینان بندرت محاسبه می‌شود. ولی برای این منظور می‌توان از رابطه زیر استفاده نمود:

(5)                                                                                                          

پتانسیل گسیختگی واژگونی در ایستگاه‌ شماره 3 وجود دارد. مشاهدات صحرایی بخوبی گویای این مطلب است.

 

3- طبقه‌بندی SMR

رومانا[2] در سال 1985 طبقه‌بندی توده‌سنگ به روش RMR را برای ارزیابی پایداری شیب‌های سنگی با استفاده از نتایج حاصل از 28 مورد تاریخی لغزش سنگ اصلاح نمود. این تغییرات شامل تعیین ضوابط جدید برای تعیین اثر شیب و امتداد ناپیوستگی‌ها و روش استخراج می‌باشد. این روش برای برآورد اولیه پایداری شیب در سنگ، بخصوص توده‌سنگی‌های خیلی نرم یا خیلی درزه‌دار مناسب می‌باشد [1]. رومانا در طبقه‌بندی خود اثر پارامترهای زیر را در نظر گرفته است[4و5]:

- اختلاف امتداد سطح دامنه با امتداد سطح ناپیوستگی (F1)

رومانا پیشنهاد نمود که بر اساس اختلاف امتداد سطح دامنه با امتداد سطح ناپیوستگی یک ضریب به توده‌سنگ تعلق می‌گیرد که از طریق رابطه زیر قابل محاسبه است:

(6)                                                                                                            

   

در این رابطه  αامتداد سطح دامنه و αj امتداد سطح بحرانی‌ترین ناپیوستگی (دسته درزه) در توده‌سنگ می‌باشد.

- شیب ناپیوستگی (2)

هرچه مقدار شیب سطوح ناپیوستگی بیشتر باشد، ضریب 2 که به توده‌سنگ تعلق می‌گیرد، بزرگتر است. این ضریب از طریق رابطه زیر قابل محاسبه است [5]:

(7)                                                                                                                   

در این رابطه  βj زاویه شیب سطح ناپیوستگی بحرانی می‌باشد.

- تفاوت شیب سطح دامنه با شیب ناپیوستگی ها (F3)

با توجه به میزان سطح شیب ناپیوستگی با شیب سطح دامنه، ضریب دیگری به توده‌سنگ تعلق می‌گیرد که مقدار آن از 0 تا60 متغیر است [4].

- نوع بهره برداری از شیب و روش انفجار (4)

بر اساس نوع بهره برداری از شیب و روش انفجار ضریب 4 به توده‌سنگ تعلق می‌گیرد که از 8- تا 15+ در تغییر است [4]. همچنین رومانا برای تعیین ضرایب چهارگانه فوق جداولی را ارائه نموده است.

با داشتن مقدار RMR برای توده‌سنگ میزان SMR از طریق رابطه زیر قابل محاسبه است[1،2و5] :

(8)                                                                               - RMRbasic= SMR

مقدار SMR  نیز مانند RMR از 0 تا 100 متغییر است. روش محاسبه و مقادیر SMR برای سنگهای موجود در مسیر مورد مطالعه در جدول (3) ارائه شده است.


 


4- مقایسه نتایج


مقایسه نتایج تحلیل پایداری به روش تعادل حدی با نتایج حاصل از طبقه‌بندی SMR نشان می‌دهد که ایستگاه‌های برداشت شماره 4 و 5 در هر دو بررسی دارای شرایط پایدار می‌باشند، در حالی که در ایستگاه‌های برداشت شماره 1، 2، 3، 6 و 7 مطالعات با هم مغایرت دارند. دلیل این موضوع را می‌توان اینگونه بیان داشت که در تحلیل پایداری به روش تعادل حدی فقط  ناپیوستگی‌هایی در تحلیل پایداری توده‌سنگ شرکت دارند که در وقوع گسیختگی سهیم می­باشند (ناپیوستگی­های موثر در گسیختگی) که این ناپیوستگی‌ها در واقع ناپیوستگی‌های اصلی و مهم توده‌سنگ می‌باشند، درحالی که در طبقه‌بندی SMR تمامی ناپیوستگی‌ها اعم از ناپیوستگی‌های اصلی و موثر در وقوع گسیختگی و ناپیوستگی‌های ناموثر در وقوع گسیختگی (کم اهمیت) منظور شده‌اند. در واقع طبقه‌بندی SMR برای ناپیوستگی‌های موثر و ناموثر در وقوع گسیختگی ارزش یکسانی قائل است در حالی که در تحلیل پایداری به روش تعادل حدی نقش ناپیوستگی‌های کم اهمیت نادیده در نظر گرفته می‌شود، هرچند که حضور ناپیوستگی‌های کم اهمیت به میزان فراوان و با جهتیابی مختلف در توده‌سنگ باعث ایجاد توده‌سنگ خردشده می‌شوند و پتانسیل گسیختگی دایره‌ای را افزایش می‌دهند.

 

5- نتیجه‌گیری

1-        با مطال

کلید واژه ها: ایلام خراسان شمالى