پیش‌بینی شاخص شکنندگی و تعیین همبستگی تجربی بین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی سنگ‌آهک سازند تله زنگ در ساخت گاه سد هواسان

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری زمین‌شناسی مهندسی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

2 استاد گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

چکیده

تعیین پارامترهای شکنندگی و ژئومکانیکی به‌ویژه مقاومت فشاری تک‌محوره (UCS) و مدول­یانگ (ES)، برای طراحی و کاربردهای مختلف مهندسی سنگ مورد نیاز است. ارزیابی این پارامترها، فرآیندی زمان­بر، طاقت‌فرسا و هزینه­بر است و نیازمند تهیه­ی مغزه­های سنگی مناسب است؛ بنابراین، از همبستگی‌های تجربی برای پیش­بینی خصوصیات سنگ‌ها استفاده می­شود. در این پژوهش، برای پیش‌بینی شکنندگی و تعیین همبستگی تجربی بین پارامترهای فیزیکی و مکانیکی سازند آهکی تله­زنگ، از 74 نمونه مغزه­سنگی تهیه‌ شده از حفاری 10 گمانه ژئوتکنیکی به عمق 70 متر در ساخت گاه سد هواسان در شرایط خشک و اشباع استفاده شد. پس از بررسی آمار توصیفی نمونه‌ها در نرم‌افزار SPSS 25، روابط همبستگی از نوع رگرسیون ساده بر طبق بهترین برازش بین پارامترهای فیزیکی و مکانیکی برقرار شد و معادله تجربی با ضریب تعیین (R2=96)، با استفاده از مدل رگرسیون چندگانه نیز برای پیش­بینی شاخص شکنندگی سنگ‌آهک تله­زنگ ارائه گردید. در نهایت معادله تجربی به‌دست‌آمده برای تعیین شاخص شکنندگی (BI) در شرایط اشباع، بر اساس مقادیر مقاومت فشاری تک‌محوره (UCS)، مقاومت کششی برزیلی (BTS) و سرعت موج فشاری (Vp) و روابط آماری بین پارامترهای فیزیکی و مکانیکی با روابط گذشته مقایسه شد. نتایج نشان می‌دهد صحت و دقت روابط آماری ارائه ‌شده با روابط گذشته مطابقت دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Prediction of brittleness index and determination of experimental correlation between physical and mechanical properties of limestone of TaleZang Formation in Hawasan dam basement

نویسندگان [English]

  • M. Karami 1
  • M. Rahimi Shahid 1
  • G. R. Lashkaripour 2
1 Ph. D. student. Engineering of Geology, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad
2 Prof., Dept., of Geology, Faculty of Science, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad
چکیده [English]

Determination of brittleness and geomechanical parameters, especially uniaxial compressive strength (UCS) and Young's modulus (ES), is required for designing and various applications of rock engineering. Evaluation of these parameters is a time-consuming, tedious and costly process requiring the preparation of suitable rock cores, therefore, experimental correlations are being used to predict the properties of rocks. In this study, to predict brittleness and determining the experimental correlation between physical and mechanical parameters of Talezang limestone formation, 74 rock core samples obtaining from 10 geotechnical boreholes with a depth of 70 m in the basement of Hawasan dam in dry and saturated conditions were used. After analyzing the descriptive statistics of the samples in SPSS 25 software, simple regression correlation relationships were approached based on the best fit between physical and mechanical parameters and according to multiple regression model, an experimental equation with coefficient of determination (R2 = 96) was applied to predict brittleness index of Talezang limestone. Finally, the obtained experimental equation based on the values of uniaxial compressive strength (UCS), Brazilian tensile strength (BTS) and compressive wave velocity (Vp) and statistical relationships between physical and mechanical parameters for determining the brittleness index (BI) in saturated conditions was compared with previous relationships in the literature. The results show that the accuracy of the statistical relationships presented is consistent with previous relationships.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Brittleness
  • Geomechanical parameters
  • Statistical relationships
  • Talezang formation
  • Havasan Dam

مراجع

اجل­لوئیان، ر.، محمدی، م (1390) ارزیابی خصوصیات ژئوتکنیکی سنگ­های آهکی سازند آسماری در ساختگاه سدهای خرسان 1 و 2، نشریه­ی زمین­شناسی مهندسی، شماره 1، ص 1059-1076.
آقانباتی، ع (1383) زمین‌شناسی ایران، انتشارات سازمان زمین­شناسی و اکتشافات معدنی کشور، 587 ص.
عبدی، ی (1399) کاربرد آنالیز رگرسیون چندمتغیره برای پیش­بینی مقاومت فشاری تک­محوری و مدول­الاستیسیته ماسه­سنگ­ها با استفاده از خصوصیات پتروگرافی، مجله یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی، دوره 14، شماره 27، ص 147-157.
قبادی، م. ح.، امیری، م.، آلیانی، ف (1397) تعیین‌ شکنند‌‌گی پریدوتیت‌ها با ‌استفاده از خصوصیات فیزیکی و مکانیکی (مطالعه موردی: هرسین، استان کرمانشاه)، مجله یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی، دوره 12، شماره 24، ص 26-38.
قبادی، م. ح.، امیری، م.، آلیانی، ف (1399) بررسی خصوصیات زمین­شناسی مهندسی پریدوتیت­ها (مطالعه­ی موردی: شهرستان هرسین، استان کرمانشاه)، نشریه­ی زمین­شناسی مهندسی، شماره 1، ص 105-132.
قبادی، م. ح.، محسنی، ح.، احمدی، س (1398) برآورد مقاومت فشاری و کششی سنگ­های کربناته با استفاده از آزمایش بار نقطه­ای و همبستگی آن­ها با ارزش ضربه­ای سنگدانه (مطالعه موردی: سنگ­های کربناته جاده کرمانشاه - ایلام)، مجله یافته­های نوین زمین­شناسی کاربردی، دوره 13، شماره 25، ص 1-16.
کراری، س. م.، حیدری، م.، خادمی حمیدی، ج.، شریفی تشنیزی، ا (1399) ارزیابی شاخص­های شکنندگی سنگ­ها برای تخمین مدول چقرمگی، مجله انجمن زمین­شناسی مهندسی ایران، دوره 13، شماره 3، ص 51-65.
نجارزاده، ح.، کاظمی، م.، قاسم­العسکری، م. ک (1395) تأثیر تخلخل بر مدول­های کشسان در ناحیه مخزنی میدان پارس جنوبی، مجله پژوهش نفت، دوره 26، شماره 86، ص 67-78.
Abdelaali, R., Abderrahim, B., Mohamed, B., Yves, G., Abderrahim, S., Mimoun, H., Jamal, S (2013) Prediction of porosity and density of calcarenite rocks from P-wave velocity measurements. IJG. https://doi.org/10.4236/ijg.2013.49124, 2013.
Abdulraheem, A., Ahmed, M., Vantala, A., Parvez, T (2009) Prediction of rock me-chanical parameters for hydrocarbon reservoirs using different artificial intel-ligence techniques. In: SPE Saudi Arabia Section Technical Symposium. Society of Petroleum Engineers.
Alemdag, S., Gurocak, Z., Gokceoglu, C (2015) A simple regression based approach to estimate deformation modulus of rock masses. J. Afr. Earth Sci. 110: 75-80.
Altindag, R (2002) The evaluation of rock brittleness concept on rotary blasthole drills. J. South Afr. Inst. Min. Metall., 102: 61-66
Altindag, R (2010) Reply to the discussion by Yagiz on “assessment of some brittleness indexes in rock-drilling efficiency” by Altindag, rock mechanics and rock engineering. Rock Mech. Rock Eng. 43 (3): 375-376. https://doi.org/10.1007/ s00603-009-0057-x.
Altindag, R., Guney, A (2010) Predicting the relationships between brittleness and mechanical properties (UCS, TS and SH) of rocks. SRE, 5 (16): 2107-2118.
Andriani, G. F., Walsh, N (2010) Petrophysical and mechanical properties of soft and porous building rocks used in Apulian monuments (south Italy). Geol. Soc, 333(1): 129-141. https://doi.org/10.1144/SP333.13.
ASTM D2845 (2017) Standard Test Method for Laboratory Determination of Pulse Velocities and Ultrasonic Elastic Constants of Rock.
ASTM D3967 (1996) Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Intact Rock Core Specimens. Annual Book of ASTM Standards, 3 (1): 14.02
ASTM D4543 (2008) Standard Practices for Preparing Rock Core as Cylindrical Test Specimens and Verifying Conformance to Dimensional and Shape Tolerances.
ASTM D4644 (2016) Standard Test Method for Slake Durability of Shales and Other Similar Weak Rocks.
ASTM D7012 (2014) Standard Test Methods for Compressive Strength and Elastic Moduli of Intact Rock Core Specimens under Varying States of Stress and Temperatures.
Atzeni, C., Sanna, U., Spanu, N (2006) Some mechanisms of microstructure weakening in high-porous calcareous stones. Mater. Struct, 39 (5): 525-531.
Ceryan, N (2014) Application of support vector machines and relevance vector machines in predicting uniaxial compressive strength of volcanic rocks. J. Afr. Earth Sci, 100: 634-644. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2014.08.006
Chang, C., Zoback, M. D., Khaksar, A (2006) Empirical relations between rock strength and physical properties in sedimentary rocks. J. Pet. Sci. Eng. 51 (3): 223-237. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2006.01.003
Deer, D. U. and Miller, R. P (1966) Engineering classification and index properties for intact rock, Tech, Rept No., AFWL-TR-65-116 Air force weapons lanbs, kirthland Air Force Base, new Mexico.
Erguler, Z. A., Ulusay, R (2009) Water-induced variations in mechanical properties of clay-bearing rocks. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 46 (2): 355-370.
Ghafoori, M., Rastegarnia, A., Lashkaripour, G. R (2018) Estimation of static param-eters based on dynamical and physical properties in limestone rocks. J. Afr. Earth Sci. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2017.09.008
Ghobadi, M. H., Naseri, F (2016) Rock Brittleness Prediction Using Geomechanical Properties of Hamekasi Limestone: Regression and Artificial Neural Networks Analysis, JGeope, 1: 19-33.
Goktan, R. M. and Yilmaz Gunes N (2005) A new methodology for the analysis of the relationship between rock brittleness index and drag pick cutting efficiency. Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, 105 (10): 727–734.
Gong, Q. M., Zhao, J (2007) Influence of rock brittleness on TBM penetration rate in Singapore granite. Tunn. Undergr. Sp. Tech, 22: 317-324.
Hoek, E (1983) Strength of jointed rock masses. Geotechnique, 3: 187–223
Hunka, V. & Das. B (1974) Brittleness determination of rocks by different methods”, Int. J. Rock Mech.
Ince, I., Fener, M (2016) A prediction model for uniaxial compressive strength of deteriorated pyroclastic rocks due to freezeethaw cycle. J. Afr. Earth Sci, 120: 134-140. doi.org/10.1016/j.coldregions.2015.09.013
Jabinpour, A., Yarahmadi Bafghi, A., Gholamnejad, J (2018) Geostatistical modelling of rock mass cavability based on laubscher approach in Sechahoon Mine, Journal of Mineral Resources Engineering (JMRE), 3(2): 53-69.
Kahraman, S. and Altindag, R (2004) a brittleness index to estimate fracture toughness. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 41: 343–348.
Kahraman, S (2007) The correlations between the saturated and dry P-wave velocity of rocks. Ultrasonic, 46 (4): 341-348.
Kahraman, S., Toraman, O. Y., Cayirli, S (2017) Predicting the strength and brittleness of rocks from a crushability index. Bull. Eng. Geol. Envir 1e7. https://doi.org/ 10.1007/s10064-017-1012-9.
Karakul, H (2016) Investigation of saturation effect on the relationship between compressive strength and Schmidt hammer rebound. Bull. Eng. Geol. Envir 1e10. https://doi.org/10.1007/s10064-016-0883-5
Karakul, H., Ulusay, R (2013) Empirical correlations for predicting strength prop-erties of rocks from P-wave velocity under different degrees of saturation. Rock Mech. Rock Eng, 46 (5): 981-999.
Kaunda, R. B., Asbury, B (2016) Prediction of rock brittleness using nondestructive methods for hard rock tunneling. JRMGE, 8 (4): 533-540.
Lashkaripour, G. R., Rastegarnia, A., & Ghafoori, M (2018) Assessment of brittleness and empirical correlations between physical and mechanical parameters of the Asmari limestone in Khersan 2 dam site, in southwest of Iran. Journal of African Earth Sciences, 138: 124-132.
Liu, J. S., Li, H. B., Zhang, G. K., & Deng, J (2017) Correlations among Physical and Mechanical Parameters of Rocks. Applied Mechanics and Materials, 865: 366–372. 
Maleki, M. R (2011) Study of the Engineering Geological Problems of the Havasan Dam, with Emphasis on Clay-Filled Joints in the Right Abutment. Rock Mechanics and Rock Engineering, 44(6): 695–710. doi:10.1007/s00603-011-0165-2.
Meng, F., Zhou, H., Zhang, C., Xu, R., Lu, J (2015) Evaluation methodology of brittleness of rock based on post-peak stressestrain curves. Rock Mech. Rock Eng, 48 (5): 1787-1805.
Ozfirat, M. K., Yenice, H., S¸ ims¸ ir, F., Yaral, O (2016) A new approach to rock brittle-ness and its usability at prediction of drillability. J. Afr. Earth Sci. 119: 94-101.
Ozturk, H., Altinpinar, M (2017) The estimation of uniaxial compressive strength conversion factor of trona and interbeds from point load tests and numerical modeling. J. Afr. Earth Sci. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2017.04.015
Rahimi Shahid, M., Hashemian, N. S (2021) Evaluation of Kriging method on estimation of Lugeon data. 39th National Congress and 4th International Congress of Earth Sciences, Tehran, Iran, 1-12.
Sachpazis, C. I (1990) Correlating Schmidt hammer rebound number with compressive strength and Young’s modulus of carbonate rocks. Bull Int Assoc Eng Geol, 42: 75–83.
Salehin, S (2017) Investigation into engineering parameters of marls from Seydoon dam in Iran. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 9: 912–923. 
Sousa, L. M. O., Del Rio, L. M. S., Calleja, L., Argandona, VGR D., Rey, A (2005) Influence of microfractures and porosity on the physic mechanical properties and weathering of ornamental granites. Eng Geol, 77: 153–168.
Tӧrӧk, A., Vasarhelyi, B (2010) The influence of fabric and water content on selected rock mechanical parameters of travertine, examples from Hungary. Eng. Geol, 115 (3): 237-245.
Vasanelli, E., Colangiuli, D., Calia, A., Sileo, M., Aiello, M. A (2015) Ultrasonic pulse velocity for the evaluation of physical and mechanical properties of a highly porous building limestone. Ultrasonic, 60: 33-40.
Vasarhelyi, B (2005) Statistical analysis of the influence of water content on the strength of the Miocene limestone. Rock Mech. Rock Eng, 38 (1): 69-76.
Vasconcelos, G., Lourenço, P. B., Alves, C. A. S., Pamplona, J (2008) Ultrasonic evaluation.
Xia, Y., Zhou, H., Zhang, C., He, S., Gao, Y., Wang, P (2019) The evaluation of rock brittleness and its application: a review study, European Journal of Environmental and Civil Engineering, 4: 1–41.
Xia, Y. J., Li, L. C., Tang, C. A., Li, X. Y., Ma, S., Li, M (2017) A new method to evaluate rock mass brittleness based on stressestrain curves of class I. Rock Mech. Rock Eng. 1-17.
Yagiz, S (2006) An investigation on the relationship between rock strength and brittleness. In: 59th Geological Congress of Turkey. MTA General Directory, Ankara, Turkey, p. 352.
Yagiz, S (2009) Assessment of brittleness using rock strength and density with punch penetration test. Tunn. Undergr. Sp. Tech, 24 (1): 66-74.
Yagiz, S., Gokceoglu, C (2010) Application of fuzzy inference system and nonlinear regression models for predicting rock brittleness. Expert Syst. Appl. 37 (3).
Yetkin, M. E., Ozf rat, M. K., Yenice, H., S¸ ims¸ ir, F., Kahraman, B (2016) Examining the relation between rock mass cuttability index and rock drilling properties. J. Afr. Earth Sci, 124: 151-158.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 10 آبان 1399
  • تاریخ بازنگری: 05 بهمن 1399
  • تاریخ پذیرش: 16 اسفند 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار