تأثیر جهت یافتگی، تعداد دسته و فراوانی ناپیوستگی‌های سنگ قبل و بعد از بهسازی با تزریق سیمان در میزان نفوذپذیری

نوع مقاله : علمی -پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مکانیک سنگ، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه

2 دانشیار گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه

10.29252/esrj.9.4.114

چکیده

ناپیوستگی­ها مهم­ترین ویژگی توده سنگ برای کنترل نفوذ­پذیری هستند. در این تحقیق تأثیر ناپیوستگی­های دارای جهت­یافتگی، فراوانی و تعداد دسته­های متقاطع در نفوذپذیری سنگ قبل و بعد از بهسازی با تزریق دوغاب سیمان مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه­های سنگ فاقد ناپیوستگی، دارای یک دسته ناپیوستگی، دو دسته ناپیوستگی، سه دسته ناپیوستگی متقاطع منفرد و سه دسته ناپیوستگی متقاطع که یک دسته آن­ها دارای چهار ناپیوستگی موازی بوده در گروه­های مختلف دارای زاویه شیب صفحه ناپیوستگی­ها با جهت افقی به ترتیب 0، 30، 45، 60 و 90 درجه در مجموع شامل 20 گروه مختلف آماده­سازی شده­اند. میزان نفوذپذیری 20 گروه نمونه­های دارای ناپیوستگی با جهت­یافتگی، تعداد دسته­های متقاطع و فراوانی مختلف اندازه­گیری شده است. ناپیوستگی­های گروه­های متعدد نمونه­ها با استفاده از دوغاب سیمان بهسازی شده و میزان نفوذپذیری آن­ها نیز اندازه­گیری شده است. نتایج به دست آمده نشان می­دهد که روند تأثیر جهت یافتگی ناپیوستگی­ها بر نفوذپذیری با تغییر تعداد دسته ناپیوستگی­ها و فراوانی آن­ها تغییر می­نماید. در نمونه­های دارای سه دسته ناپیوستگی متقاطع و عمود برهم و یکی از دسته­ها دارای چهار ناپیوستگی موازی که مصداق سنگ به شدت درزه­دار بوده، نفوذپذیری بیشتر متأثر از جهت یافتگی دسته دارای چهار ناپیوستگی موازی است. تأثیر جهت یافتگی، تعداد دسته­درزه­ها و فراوانی آن­ها باعث شده که نفوذپذیری 759048 برابر تغییر نماید. با بهسازی نمونه­ها با استفاده از تزریق دوغاب سیمان مقدار نفوذپذیری با کمترین تأثیر با ضریب 9% تا بیشترین تأثیر با ضریب 99% کاهش یافت. این نشان می­دهد که جهت یافتگی، تعداد دسته­درزه­ها و فراونی آن­ها در کاهش نفوذپذیری بر اثر تزریق خیلی مؤثر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effects of orientation, frequency and number of sets of discontinuities on the rock permeability before and after improvement by cement grouting

نویسندگان [English]

  • masum Mohammadi Karagouz 1
  • hasan momivand 2
1 Ph.D Student in Rock Mechanics, Faculty of Engineering, Urmia Universtiy
2 Associate Professor, Department of Mining Engineering, Faculty of Engineering, Urmia Universtiy
چکیده [English]

Discontinuities are the most important property of rock mass that control the permeability. Effects of orientation, frequency and number of sets of discontinuities on the permeability investigated before and after improvement by grouting using cement grout in this study. Rock samples having one, two and three cross-sets of single discontinuities and three cross-sets of discontinuities with one set having four parallel discontinuities, in different groups of various orientations (angle between planes of discontinuities and horizontal direction) of 0, 30, 45, 60 and 90 degrees in total of 20 different groups that have been preparing. The permeability of 20 group samples with different orientation, frequency and number of set of discontinuities has been measured. Discontinuities of multiple groups of samples using cement grout improved and also their permeability measured. The results show that the effect of discontinuities’s orientation on permeability changes by changing the number sets and the frequency of discontinuities. In samples having three cross-sets of perpendicular discontinuities with one set having four parallel discontinuities which have been represented jointed rock mass. Permeability is mainly affected by the orientation of the set that has four parallel discontinuities. Orientation, frequency and number of sets of discontinuities cause change in permeability about 759048 times. The permeability reduces in the range of 9-99% with the improvement of samples using cement grout injection. This indicates that the orientation, frequency and number of sets of discontinuities are very effective in reducing permeability by the injection.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Orientation
  • Number of sets
  • Frequency
  • Discontinuities
  • Permeability
  • Injection
  • Rock
-Andersson, J.E., Ekman, I. and Winberg, A., 1988. Detailed hydraulic characterization of a fracture zone in the Brandan area, Finnsjon, Sweden, Proc. 4th Canadian/American Conference on Hrdrogel, Dulin, Ohio, p. 32-39.
-Barton, N. and Lingle, R., 1982. Rock mass classification for nuclear waste repositories in jointed rock Rock Mechanics: Caverns and Pressures Shafts, ISRM, Syposum, Acchen, p. 3-18. -Brace, W.F., Walsh, J.B. and Frangos, W.T., 1968. Permeability of granite under high pressure, Journal of Geophysic Research, v. 73, p. 2225-2236.
-Ghangi, A.F., 1978. Variation of whole and fractured porous rocks permeability with confining pressure, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, v. 15, p. 335-354.
-Hoek, E. and Bray, J.W., 1981. Rock Slope Engineering, 3rd Edition, Institute of Mining and Metallurgy, London.
-Hoek, E. and Franklin, J.A., 1968. Simple triaxial cell for field or laboratory testing of rock, Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy, v. 77, p. A22- A26.
-Houlsby, A.C., 1982. Optimum water: cement rations for rock grouting, Grouting in Geotechnical Engineering, Proceedings of Conference sponsored by the Geotechnical Engineering Division, ASCE, New Orleans, p. 371-331.
-Huitt, J.L., 1956. Fluid flow in simulated fracture, Journal of American Institute of Chemical Engineering, v. 2., p. 259-264.
-Indrarathna, B., Ranjith, P. and Gale, W., 1999. Deformation and permeability characteristics of rocks with with interconnected fractures, 9th international Congress on Rock Mechanics, v. 2, p. 755-760.
-Oda, M., Susuki, K. and Maeshibu, T., 1984. Elastic compliance for rock-like materials with random cracks, Soil and Found, Tokyo, Japan, v. 24, p. 27-40.
-Kranz, R.L., Frankel, A.D., Engelder, T. and Scholz, C.H., 1979. The permeability of whole and jointed barre granite, International Journal of Rock Mechanics and geomechanics Abstract, v. 16, p. 225-234.
-Louis, C.A., 1969. A study of groundwater flow in jointed rock and its influence of the stability of rock masses, Rock Mechanics Research Report 10, Imperial College, London.
-Lucia, F.J., 1999. Carbonate Reservoir Characterization, Berlin, Springer.
-Lugeon, M., 1933. Barrage et Geologie, Dunod, Paris.
-Min, K.B., Rutqvist, J., Tsang, C.F. and Jing, L., 2004. Stress-dependent permeability of fracture rock masses: a numerical study, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, v.41, p. 1191-1210.
-Moore, D.E., Lockner, D.A. and Byerlee, J.A., 1994. Relation of permeability in granite at elevated temperatures, Science, New Series, v. 265, p. 1558-15610.
-Polak, A., Elsworth, D., Yasuhara, H., Grader, A.S. and Halleck, P.M., 2003. Permeability reduction of a natural fracture under net dissolution by hydrothermal fluids, Geophysical Research Letters, v. 30(20).
-Ranjith, P.G., 2000. Analytical and Numerical investigation of water and air flow through rock media, Ph.D. Thesis, Civil Engineering Department, University of Wollongong, Australia.
-Ruila, L. and Jinde, F., 2016. Deformation characteristics of low permeability rocks under confining pressure, www.seiofbluemountain.com.
-Sharp, J.C., 1970. Fluid flow through fissured media, Ph.D. thesis, imperial college of science and technology London.
-Snow, D.T., 1968. Rock Fracture spacing, openings and porosities, Journal of Soil Mechanics and Foundation Division, v. 94, p. 73-91.