استفاده از رگرسیون چندمتغیره برای ارزیابی تراوایی توده سنگ های ساخت گاه سد خرسان 2 با استفاده از ویژگی های سیستم ناپیوستگی

نویسندگان

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

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

چکیده

یکی از ویژگی­هایی مهم در بررسی ژئومکانیکی توده­سنگ­ها ارزیابی تراوایی است که از آزمون لوژون تعیین می­گردد و از آن در ارزیابی تزریق­پذیری ساخت­گاه سد، تونل‌ و سایر سازه‌های مهندسی مرتبط با آب استفاده می­شود. به دلیل وجود الگوهای پیچیده­ی ناپیوستگی، در صورت عدم استفاده از روش آزمایش مناسب، تعیین تراوایی توده­سنگ‌ها دشوار است. در این پژوهش، برای تخمین تراوایی توده­سنگ مدل­های مختلف رگرسیون چندمتغیره توسعه داده‌ شده است. برای این منظور، از 28 داده مربوط به نتایج آزمایش لوژون، شاخص کیفی توده­سنگ (RQD)، فاصله­داری ناپیوستگی­ها و شرایط سطح درزه (SCR) در ساخت­گاه سد خرسان 2 واقع در استان چهارمحال و بختیاری استفاده شد. سه مدل مختلف برای تخمین تراوایی توده­سنگ مورد بررسی قرارگرفته است. ورودی­های مدل اول RQD و SCR (مدل 1)، ورودی­های مدل دوم فاصله­داری ناپیوستگی و SCR (مدل 2) و ورودی­های مدل سوم فاصله­داری ناپیوستگی و RQD (مدل 3) است. تجزیه‌وتحلیل رگرسیون ساده نشان می­دهد که رابطه آماری معنی­داری بین مقادیر لوژون با SCR وجود ندارد. بااین‌حال، بین مقادیر لوژون با RQD و فاصله­داری ناپیوستگی رابطه آماری معنی­دار برقرار است. تجزیه‌وتحلیل رگرسیون چندمتغیره غیرخطی برای دو متغیر مستقل و یک متغیر وابسته به دلیل روابط غیرخطی بین ورودی و خروجی انجام شد. در نهایت، اعتبارسنجی نتایج حاصله با استفاده از شاخص­های آماری نشان می‌دهد، دقت رابطه پیشنهادی رگرسیون غیرخطی چندمتغیره بین لوژون با RQD و فاصله­داری ناپیوستگی بالاتر از سایر روابط است و تطابق آن با داده­های واقعی بیشتر است. نتایج نشان می­دهد با افزایش تعداد متغییرهای رگرسیون، دقت مقادیر لوژون پیش‌بینی‌شده افزایش می­یابد و روابط تجربی با ضریب همبستگی بالاتری حاصل می­شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Use of multivariate regression for assessing rock mass permeability in Khersan 2 dam site using discontinuity system parameters

نویسندگان [English]

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

Permeability assessment is one of the important properties in geomechanical investigation of rock mass determined from water pressure test (WPT) and Lugeon number.  Results of these tests are used to determine the amount of groutability in tunnel, dam site and other water related constructions. Due to complex discontinuity patterns, it is almost impossible to determine the permeability of rock mass without a proper testing method. The purpose of this study is to develop various multivariate regression models to estimate the rock mass permeability in Khersan 2 dam site. To do this, a dataset including 28 cases with Lugeon test results and corresponding RQD (Rock Quality Designation), spacing of discontinuities and SCR (Surface Condition Rating) properties are employed. Three different models were developed to estimate the rock mass permeability. The inputs of the first model are RQD and SCR (Model 1), the inputs of the second model are discontinuity spacing and SCR (Model 2) and those of the third model are discontinuity spacing and RQD (Model 3). Simple regression analyses indicate that there is no statistically meaningful relationship between the Lugeon values and SCR. There is a statistically meaningful relationship, however, between the Lugeon values with discontinuity spacing and RQD. Non-linear multivariate regression analyses was conducted for two independent variables and one dependent variable because of nonlinear relationships between input and output. Finally, the validation of the results using statistical indicators shows that the accuracy of the proposed multivariate nonlinear regression relationship between Lugeon with RQD and the discontinuity spacing is higher than other relationships and it is more consistent with real data. The results show that with increasing the number of regression variables, the accuracy of the predicted Lugeon values increases and the experimental relationships are obtained with a higher correlation coefficient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rock mass permeability
  • Lugeon
  • Multivariate regression
  • Discontinuity
  • RQD
  • Khersan 2 dam

مراجع

ابراهیمی، م (1393) تخمین لوژون در توده­سنگ‌های درزه‌دار بر اساس مدل هندسی ناپیوستگی‌ها با استفاده از روش زمین‌آمار (مطالعه موردی: سد غدیر، استان چهارمحال و بختیاری)، پایان­نامه کارشناسی­ارشد، گروه زمین­شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه یزد، 100 ص.
اجل­لوئیان، ر.، محمدی، م (1390) ارزیابی خصوصیات ژئومکانیکی سنگ­های آهکی سازند آسماری در ساختگاه سدهای خرسان 1 و 2، نشریه زمین­شناسی مهندسی، دوره 5، شماره 1، ص 1059-1076.
اجل­لوئیان، ر، عظیمیان، ع، حافظی مقدس، ن، بهرامی سامانی، ف (1392) ارزیابی نفوذپذیری و تزریق‌پذیری نهشته‌های کواترنری و توده­سنگ‌های رسوبی ساختگاه سد نرگسی، نشریه انجمن زمین­شناسی مهندسی ایران، دوره 6، شماره 1 و 2، ص 13-32.
پسندی، م.، اجل­لوئیان، ر.، فروغی ابری، ر (1391) تخمین خورند سیمان پرده آب­بند با استفاده از شبکه­ی عصبی مصنوعی، مجله زمین­شناسی کاربردی پیشرفته، دوره 2، شماره 4، ص 32-43.
حسنی­پاک، ع (1389) زمین­آمار (ژئواستاتیستیک)، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ سوم، 314 ص.
ذولفقاری، ع.، سهرابی بیدار، ع.، ملکی جوان، م.، هفتانی، م (1390) ارزیابی رفتار هیدروژئومکانیکی توده­سنگ با استفاده از نتایج آزمایش لوژون در ساختگاه سد خرسان 2، هفتمین کنفرانس زمین­شناسی مهندسی و محیط‌زیست ایران، دانشگاه صنعتی شاهرود، ص 1-9.
رحیمی­شهید، م (1394) ارزیابی خصوصیات زمین‌شناسی مهندسی و ژئومکانیکی توده­سنگ‌های بستر سد خرسان 2 با تأکید بر آزمون دیلاتومتری، پایان­نامه کارشناسی­ارشد، گروه زمین­شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه یزد، 166 ص.
رحیمی­شهید، م.، مشرفی­فر، م. ر (1393) مقایسه مدول­های تغییرشکل­پذیری برآورد شده از آزمون­های دیلاتومتری و بارگذاری صفحه­ای در ساختگاه سد خرسان 2، همایش ملی زمین­شناسی و اکتشاف منابع، شیراز، ایران، 7 ص.
کراری، س.، س، اجل­لوئیان، ر (1397) کاربرد رده­بندی توده سنگ جهت تخمین تزریق­پذیری (مطالعات موردی). مجله زمین­شناسی کاربردی پیشرفته، دوره 8، شماره 3، ص 43-50.
کرمی، م، رحیمی­شهید، م، لشکری­پور، غ (1400) پیش‌بینی شاخص شکنندگی و تعیین همبستگی تجربی بین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی سنگ‌آهک سازند تله­زنگ در ساخت­گاه سد هواسان، مجله یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی، دوره 15، شماره 30، ص 125- 145.
کریم­دوست، س.، مهرنهاد، ح.، نجاتی، ح (1396) ارائه مدل تجربی جدید برای تخمین مدول دگرشکل­پذیری توده سنگ (مطالعه موردی: سد خرسان 2)، مـجله انجمن زمین­شناسی مهندسی ایران، دوره 10، شماره 3 و 4، ص 43-53.
Ajalloeian, R., Mohammadi, M (2014) Estimation of limestone rock mass deformation modulus using empirical equations. Bull Eng Geol Environ, 73: 541–550.
Barton, N (2002) Some new Q-value correlations to assist in rock masses for the design of tunnel design. Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 39: 185–216.
Cevik, A., Seze, E. A., Cabalar, A. F., Gokceoglu, C (2011) Modelling of the uniaxial compressive strength of some clay-bearing rocks using neural network. Appl. Soft Comput, 11: 2586–2593.
Chamanzadeh, A., Moshrefy-Far, M. R., Rahimi Shahid, M., Moosavi, S. M (2016-a) Statistical analysis of the rock masses permeability in Shahid dam site. International Conference on Civil Engineering, Architecture, Urban Management and Environment in the Third Millennium, Rasht, Iran, p.12.
Chamanzadeh, A., Moshrefy-Far, M. R., Rahimi Shahid, M., Moosavi, S. M (2016-b) Grout curtain optimum position design of Shahid dam using RockWork 15 software. International Conference on Civil Engineering, Architecture, Urban Management and Environment in the Third Millennium, Rasht, Iran, p.16.
Chelgani, S. C. Hower, J. C. Hart, B (2011) Estimation of free-swelling index based on coal analysis using multivariable regression and artificial neural network. Fuel Process. Technol., 92: 349–355.
Davis, S. N (1969) Porosity and permeability of natural materials. In: de Weist, R. (Ed.), Flow through Porous Media. Academic Press, London (54d. R).
Dincer, I., Acar, A., Ural, S (2008) Estimation of strength and deformation properties of quaternary caliche deposits. Bull. Eng. Geol. Environ., 67: 353–366.
Farid, A. T., Rizwan, M (2017) Prediction of in situ Permeability for Limestone Rock Using Rock Quality Designation Index. International Journal of Geotechnical and Geological Engineering, 11: 887-890.
Foyo, A., Sánchez, A. M., Tomillo, C (2005) A proposal for a secondary permeability index obtained from water pressure test in dam. Eng. Geol., 77: 69–82.
Gokceoglu, C., Sonmez, H., Kayabasi, A (2003) Predicting the deformation moduli of rock asses. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 40: 701–710.
Gokceoglu, C., Sonmez, H., Zorlu, K (2009) Estimating the uniaxial compressive strength of some clay-bearing rocks selected from Turkey by nonlinear multivariable regression and rule-based fuzzy models. Expert. Syst., 26: 176–190.
Hocking, R (1976) A Biometrics Invited Paper. The Analysis and Selection of Variables in Linear Regression. Biometrics, 32: 1 - 49.
Hoek, E., Bray, J (2004) Rock Slope Engineering Civil and Mining", In: Wyllie, D.C., Mah, C.W. (Eds.), 4th edition Spon Press, New York, pp. 431.
Huitt, J. L (1956) Fluid flow in simulated fracture. J. Am. Inst. Chem. Eng., 2: 259–264.
ISRM (1981) International Society for Rock Mechanics (ISRM) Suggested Method: Rock Characterization, Testing and Monitoring. In: Brown, E.T. (Ed.), Pergamon Press, London.
Kayabasi, A., Gokceoglu, C., Ercanoglu, M (2003) Estimating the deformation moduli of rock masses—a comparative study. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 40: 55–63.
Kayabasi, A., Yesiloglu-Gultekin, N., Gokceoglu, C (2015) Use of non-linear prediction tools to assess rockmass permeability using various discontinuity parameters. Engineering Geology, 185: 1–9.
Khorami, M. T., Chelgani, S. C., Hower, J. C., Jorjani, E (2011) Studies of relationships between free swelling index (FSI) and coal quality by regression and adaptive neuro fuzzy inference system. Int. J. Coal Geol., 85: 65–71.
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.
Lee, H. C., Farmer, W. L (1990) A simple method of estimating rock mass porosity and permeability. Int. J. Rock Mech. Min. Geol. Eng., 8: 57–65.
Louis, C (1969) A Study of Groundwater Flow in Jointed Rock and its Influence on the Stability of Rock Masses. Doctorate thesis, University of Karlsrushe.
Lugeon, M (1933) Barrages et Géologie. Méthodes de recherches. Terrassement et Imperméabilisation. Lausanne (Suisse), pp. 139.
Maini, Y. N (1971) In-situ Parameters in Jointed Rock—Their Measurement and Interpretation. Ph. D. Thesis. University of London (Imperial College).
Oge, I (2017) Assessing Rock Mass Permeability Using Discontinuity Properties. Procedia Engineering, 191: 638-645.
Oge, I., Cirak, M. (2019) Relating rock mass properties with Lugeon value using multiple regression and nonlinear tools in an underground mine site. Bull Eng Geol Environ, 78: 1113-1126.
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.
Rahimi Shahid, M., Kargaranbafghi, F., Moosavi, S. M., Rahimi, N (2016-a) Engineering geological assessment of the Shahid dam site (Semirom, Iran). Journal of Geotechnical Geology, 2: 193-205.
Rahimi Shahid, M., Moshrefy-far, M. R., Rahimi, N (2016-b) Three-dimensional modeling of the permeability of the rock masses of Khersan 2 dam using geostatistical methods. The Specialty Journal of Architecture and Construction (SJAC), 2: 21-42.
Rahimi Shahid, M., Rahimi, N. (2020-a) Engineering Geology Characterization of Khersan 2 Dam. Journal of New Approaches, 9: 113-130.
Rahimi Shahid, M., Rahimi, N (2020-b) Assessment permeability of rock mass of the Asmari formation (Khersan 2 dam). Journal of New Approaches in Researches of Basic Science, Engineering and Technical, 7: 38-52.
Schwartz, F. W., Zhang, H (2003) Fundamentals of Groundwater. John Wiley & Sons, Inc., New York, pp. 583.
Serafim, J. L (1968) Influence of interstitial water on rock masses. In: Stagg, K.G., Zienkiewiez, O.C. (Eds.), Rock Mechanics in Engineering Practice. Wiley, London, 55–97.
Sharp, J. C (1970) Fluid Flow through Fissured Media. Ph. D. Thesis. University of London (Imperial College).
Shen, J., Karakus, M., Xu, C (2012) A comparative study for empirical equations in estimating deformation modulus of rock masses. Tunn. Undergr. Space Technol., 32: 245–250.
Snow, D. T (1968) Rock fracture spacings, openings and porosities. J. Soil Mech. Found. Div. Proc. ASCE. 94: 73–91.
Sonmez, H., Ulusay, R (1999) Modifications to the geological strength index (GSI) and their applicability to stability of slopes. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 36: 743–760.
Terzaghi, K., Peck, R (1967) Soil Mechanics in Engineering Practice. John Wiley and Sons Inc., New York, pp. 729.
Yagiz, S., Gokceoglu, C (2010) Application of fuzzy inference and non-linear regression methods for predicting rock brittleness. Expert Syst. Appl., 37: 2265–2272.
Yagiz, S., Sezer, E.A., Gokceoglu, C (2012) Artificial neural networks and nonlinear regression techniques to assess the influence of slake durability cycles on the prediction of uniaxial compressive strength and modulus of elasticity for carbonate rocks. Int. J. Numer. Anal. Methods Geomech., 36: 1636–1650.
Yesiloglu-Gultekin, N., Gokceoglu, C., Sezer, E. A (2013-a) Prediction of uniaxial compressive strength of some granitic rocks selected from Turkey by various nonlinear tools and comparison of their performances. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 62: 113–122.
Yesiloglu-Gultekin, N., Sezer, E. A., Gokceoglu, C., Bayhan, H. (2013-b) An application of adaptive neuro fuzzy inference system for estimating the uniaxial compressive strength of certain granitic rocks from their mineral contents. Expert Syst. Appl., 40: 921–928.
Yilmaz, I., Yuksek, A. G. (2009) Prediction of the strength and elasticity modulus of gypsum using multiple regression, ANN, ANFIS models and their comparison. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 46: 803–810.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 12 اسفند 1399
  • تاریخ بازنگری: 11 اردیبهشت 1400
  • تاریخ پذیرش: 01 خرداد 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار