کشف یک روش جدید برای پیش‌بینی رفتار توده‌سنگ در معادن بزرگ
گروه: معدن | کد خبر: ۵۹۹۳ | تاریخ: ۲۱ شهریور ۱۴۰۵ - ۱۴:۴۰
پژوهشگران دانشکده مهندسی معدن دانشکدگان فنی دانشگاه تهران با استفاده از مدل‌سازی‌های عددی پیشرفته، روشی جدید برای بررسی رفتار مکانیکی توده‌سنگ‌های درزه‌دار در ابعاد مختلف ارائه کرده‌اند؛ روشی که می‌تواند در طراحی و اجرای پروژه‌های بزرگ معدنی و عمرانی کاربرد داشته باشد.
مجتبی بهاءالدینی، عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی معدن دانشکدگان فنی، به همراه گروهی از پژوهشگران در این مطالعه، تأثیر مقیاس و ناهمسانگردی بر ویژگی‌های مکانیکی توده‌سنگ‌های درزه‌دار را بررسی کرده‌اند.
در این پژوهش از مفهوم «توده‌سنگ مصنوعی» یا SRM و ترکیب دو روش «المان مجزا» (DEM) و «شبکه شکستگی مجزا» (DFN) استفاده شده است. هدف اصلی، دستیابی به روش دقیق‌تر برای تعیین «حجم المان معرف» یا REV در ابعاد بزرگ بوده است؛ موضوعی که در ارزیابی رفتار توده‌سنگ و طراحی سازه‌های معدنی اهمیت زیادی دارد.
چرا مقیاس در رفتار توده‌سنگ اهمیت دارد؟
بهاءالدینی با اشاره به چالش‌های پیش‌بینی رفتار توده‌سنگ‌ها در ابعاد واقعی اظهار کرد که ویژگی‌های مکانیکی این توده‌ها تنها به نوع سنگ محدود نمی‌شود، بلکه مقیاس بررسی و وجود ناپیوستگی‌های زمین‌شناسی نیز تأثیر مستقیمی بر نتایج دارد.
در این میان، روش‌های سنتی تعیین حجم المان معرف با محدودیت‌هایی روبه‌رو هستند و به همین دلیل، استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی می‌تواند امکان بررسی دقیق‌تر رفتار توده‌سنگ را فراهم کند.
پژوهشگران برای ارزیابی این موضوع، یک دیواره فعال از یک معدن بزرگ روباز سنگ‌آهن را به‌عنوان مطالعه موردی انتخاب کردند. اطلاعات مربوط به درزه‌ها و ناپیوستگی‌های موجود در دیواره با استفاده از فتوگرامتری و تصویربرداری نزدیک‌برد برداشت شد و بر اساس داده‌های به‌دست‌آمده، مدل شبکه شکستگی مجزا (DFN) ایجاد شد.
همچنین رفتار سنگ بکر با استفاده از «مدل ذرات باند شده» (BPM) شبیه‌سازی شد. برای کنترل حجم محاسبات نیز با افزایش ابعاد مدل، اندازه ذرات مورد استفاده در شبیه‌سازی افزایش یافت.
آزمایش روی ۵۴ مدل با ابعاد و جهت‌گیری متفاوت
در ادامه تحقیق، ۵۴ مدل عددی با اندازه‌ها و جهت‌گیری‌های مختلف تحت آزمایش فشاری تک‌محوره قرار گرفتند. نتایج نشان داد با افزایش ابعاد نمونه، هم مقاومت فشاری تک‌محوره (UCS) و هم مدول تغییر شکل توده‌سنگ کاهش پیدا می‌کنند؛ با این حال، شدت کاهش مدول تغییر شکل بیشتر از مقاومت فشاری تک‌محوره بود.
بر اساس نتایج این شبیه‌سازی‌ها، حجم المان معرف مکانیکی برای توده‌سنگ مورد مطالعه برابر با ۵ × ۵ × ۱۰ متر مکعب تعیین شد.
یافته‌های پژوهش همچنین نشان داد توده‌سنگ مورد بررسی دارای ناهمسانگردی قابل‌توجهی است. این ویژگی در مقاومت فشاری تک‌محوره نسبت به مدول تغییر شکل نمود بیشتری دارد.
جهت درزه‌ها همچنان تعیین‌کننده است
پژوهشگران دریافتند زمانی که ابعاد مدل از ۵ متر فراتر می‌رود، حساسیت مقاومت فشاری تک‌محوره و مدول تغییر شکل نسبت به تغییر مقیاس کاهش می‌یابد، اما اثر ناهمسانگردی حتی در ابعاد بزرگ‌تر نیز باقی می‌ماند.
بررسی‌ها نشان می‌دهد یکی از عوامل اصلی تداوم این ناهمسانگردی، جهت‌گیری مجموعه درزه‌های موجود در توده‌سنگ است؛ عاملی که می‌تواند در ارزیابی پایداری و طراحی سازه‌های سنگی در مقیاس واقعی اهمیت ویژه‌ای داشته باشد.
یک شاخص کاربردی برای طراحی پروژه‌های بزرگ
یکی از نتایج مهم این مطالعه، شناسایی ارتباط میان «حجم المان معرف هندسی» و «حجم المان معرف مکانیکی» است. بر اساس یافته‌های پژوهش، می‌توان از حجم المان معرف هندسی به‌عنوان شاخصی اولیه برای برآورد حجم المان معرف مکانیکی استفاده کرد.
این رویکرد می‌تواند روند تخمین ویژگی‌های مکانیکی توده‌سنگ را در پروژه‌های بزرگ ساده‌تر و سریع‌تر کند و در طراحی سازه‌هایی مانند معادن روباز، تونل‌ها، سدهای سنگی و دیگر پروژه‌های عمرانی مورد استفاده قرار گیرد.
به گفته پژوهشگران، استفاده از این روش علاوه بر افزایش دقت در پیش‌بینی رفتار توده‌سنگ‌ها، می‌تواند به کاهش هزینه‌های مطالعات و طراحی در پروژه‌های بزرگ مقیاس نیز کمک کند.
هیچ دیدگاهی درج نشده - اولین نفر باشید