نقش شکستگی های طبیعی در گسترش خرابی در اطراف حفاری تونل در سنگ های ترک خورده

قیمت: 45,000 تومان

دانلود رایگان مقاله

خرید ترجمه مقاله

عنوان فارسی

نقش شکستگی های طبیعی در گسترش خرابی در اطراف حفاری تونل در سنگ های ترک خورده

عنوان لاتین

Role of natural fractures in damage evolution around tunnel excavation in fractured rocks

مقاله حاضر نقش شکستگی های از قبل موجود را در گسترش خرابی در اطراف حفاری تونل در سنگ های ترک خورده را بررسی می کند. توزیع طولی شکستگی های طبیعی را می توان بوسیله مدل قانون توان توضیح داد، که در آن توان a تناسب نسبی شکستگی های بزرگ و کوچک در این سیستم است. هر چه مقدار a بزرگتر باشد نسبت شکستگی های کوچک بیشتر است. یک سری از شبکه های شکستگی گسسته دوبعدی (DFN) مربوط به توان طول متفاوت a و شدت شکستگی p21 ایجاد می شود تا سناریوهای مختلف توزیع شکستگی های از پیش موجود در سنگ را ارائه دهند. رفتار ژئومکانیکی سنگ ترک خورده دارای هندسه DFN در واکنش به شرایط تنش برجای ایزوتروپیک/آنیزوتروپیک و آشفتگی های ناشی از حفاری با استفاده از روش عنصر محدود گسسته هیبریدی (FEMDEM) شبیه سازی می شود، که این روش می تواند تغییر شکل سنگ های سالم، اندرکنش بلوک های ماتریس، تغییر مکان شکستگی های طبیعی، و انتشار ترک های جدید را ضبط کند. یک زون آسیب دیده حفاری (EDZ) در نتیجه فعال سازی مجدد شکستگی های از قبل موجود و انتشار ترک های انشعابی در اطراف حفره ساخته انسان ایجاد می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که وقتی a کوچک است، سیستمی که شکستگی های بزرگ زیادی دارد می تواند پس از حفاری پایدار بماند به شرط اینکه p21 خیلی زیاد نباشد؛ اما، در صورتی که P21 به حد کافی زیاد باشد و فاصله داری شکستگی ها بسیار کوچکتر از اندازه تونل باشد، ممکن است ناپایداری جنبشی شدید تحت کنترل ساختار رخ دهد. با افزایش a، در این سیستم شکستگی های کوچک بیشتر می شود، و EDZ عمدتا از طریق به هم پیوستن شکستگی های کوچک در نزدیکی حاشیه تونل ایجاد می شود. نتایج این مطالعه پیامدهای مهمی در مورد طراحی فضاهای پایدار زیرزمینی برای مخازن زباله های رادیواکتیو و همچنین سایر تسهیلات مهندسی که هدف از آنها وارد کردن کمترین آسیب به توده سنگ میزبان است، دارند.

This paper studies the role of pre-existing fractures in the damage evolution around tunnel excavation in fractured rocks. The length distribution of natural fractures can be described by a power law model, whose exponent a defines the relative proportion of large and small fractures in the system. The larger a is, the higher proportion of small fractures is. A series of two-dimensional discrete fracture networks (DFNs) associated with different length exponent a and fracture intensity P21 is generated to represent various scenarios of distributed preexisting fractures in the rock. The geomechanical behaviour of the fractured rock embedded with DFN geometry in response to isotropic/anisotropic in-situ stress conditions and excavation-induced perturbations is simulated using the hybrid finite-discrete element method (FEMDEM), which can capture the deformation of intact rocks, the interaction of matrix blocks, the displacement of natural fractures, and the propagation of new cracks. An excavation damaged zone (EDZ) develops around the man-made opening as a result of reactivation of preexisting fractures and propagation of wing cracks. The simulation results show that when a is small, the system which is dominated by large fractures can remain stable after excavation given that P21 is not very high; however, intensive structurally-governed kinematic instability can occur if P21 is sufficiently high and the fracture spacing is much smaller than the tunnel size. With the increase of a, the system becomes more dominated by small fractures, and the EDZ is mainly created by the coalescence of small fractures near the tunnel boundary. The results of this study have important implications for designing stable underground openings for radioactive waste repositories as well as other engineering facilities that are intended to generate minimal damage in the host rock mass.