SUPERVISOR
Alireza Baghbanan,Raheb Bagherpour,Lohrasb Faramarzi
علیرضا باغبانان (استاد راهنما) راحب باقرپور (استاد راهنما) لهراسب فرامرزی (استاد مشاور)
STUDENT
Reza Khademolhoseini
محمدرضا خادم الحسینی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده معدن
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Back analysis and numerical modelling of Masjed-soleiman powerplant cavern, using monitoring Data by discrete element method(DEM)
In the early stages of designing a rock or soil structure, laboratory and in situ tests with proposed imperical tables and diagrams, are useful. During the construction, deformability of soil/rock is measured using different in-situ monitoring instruments and input parameters of modeling are updated. Among the various monitoring methods, estimating of displacement with extensometer, due to its simplicity and explicit expression of structural response, is more attaractive and applicable. Masjed Soleiman HydroElectric Power Plant (HEPP) project in Khuzestan province of Iran is executed on the Karun River. The geological units are a series mudrock, conglomerate and sandstone layers. The main cavern of pahse 1 is constraucted with 30m width, 50m height and 125m length through these layers. There is a potential for sweeling in mudrocks when the water table is cover murdrocks. A direct back analysis modeling is conducted for evaluating the fractured/jointed rock mass mechanical paramaters using measured displacement in extensometer when swelling in mudrocks is occurred. According to the literature parameters of both intact rocks and rock fractures/ineterfaces between layeras may be affected by swelling of mudrocks. In fractured/jointed rock masses when the joints/interfaces are oriented and intersected a undergroung large cavern, the hybrid Jointed Model-Distinct Element Method (JM-DEM) which is considers a discontinuum media as a geometry and facilited a strong numerical tool for simulating this such a complicated media is preferred compared with the simple continuum modeling approaches. Sensitivity numerical back analyses about the effect of intact rock properties which are friction angels, cohesions and also interfaces mechanical behaviors which are normal and shear stiffnesses and surface friction angles and cohesions on deformability of rock mass are run and more significant parameters are recognized and calibrated. The calibrated parameters are used for predicting the deformability of rocks nearby the cavern and evaluating of the unstability of rock blocked. The results show that the deformation is less sensitive to the intact rock parameters and also strength properties of interfaces such as cohesion and friction angles. However both normal and shear stiffnesses of interfaces control the deformability of rock mass which is also reported in the literature. The lowest error function of the results of numerical back analysis models are approximated as 5×10 8 kPa/m and 2×10 7 kPa/m for the normal stiffness and shear stiffness respectively of the contact between mudstone layer with other layers. The results of the prediction models, suggests that the most of the displacements obtained in the right side of cavern roof region and its right and left walls, from allowable values related to the displacement of bolts installed, is exceeded, which shows an unstable situation, in this area. Therefore a more srong support system with long boltlength and large capacity are demanded.
در مراحل اولیه طراحی یک سازه ی سنگی و یا خاکی، آزمایش های آزمایشگاهی و درجا و جداول و نمودارهای پیشنهادی، ابزار مناسبی جهت قضاوت هستند. اما به دلیل محدودیت در انجام آزمایش ها و عدم آگاهی از عکسالعمل توده ی خاک یا سنگ نمی توان نتیجه نهایی را گرفت. به همین دلیل پس از شروع ساخت سازه، در مراحل مختلف، اطلاعات مهندسی از سازه و محیط اطراف آن کامل تر میشود. رفتارنگاری سریعترین و ارزان ترین روش برای تکمیل این اطلاعات بشمار میرود. از بین روش های مختلف رفتارنگاری اندازهگیری جابجاییها به دلیل سادگی و بیان صریح عکسالعمل سازه ،بیش از دیگر روش ها کاربرد دارد. طرح سد ونیروگاه برق آبی مسجد سلیمان در جنوب غربی ایران ، دراستان خوزستان و در 30کیلومتری شمال شرقی شهر مسجد سلیمان، بر روی رودخانه کارون اجرا شده است. زمین شناسی منطقه مورد نظر در محل نیروگاه سد مسجد سلیمان همانند وضعیت زمین شناسی زاگرس کوهپایه ای، چین خورده می باشد. این واحد زمین شناسی از توالی لایه های گل سنگ ، کنگلومرا و ماسه سنگ تشکیل شده است. مغار اصلی فاز یک با عرض 30 متر،ارتفاع 50 مترو طول 125 متر، در این لایه ها حفر شده است. ویژگی بارز این واحد زمین شناسی، تورم پذیر بودن لایه های گل سنگی آن است. با توجه به اهمیت تأثیر این رفتار تورمی بر جابجایی های رخ داده در مغار و با بررسی برخی کارهای انجام شده در خصوص تورم تاکنون، ویژگی های مربوط به حد فاصل لایه های تورمی گل سنگ با سایر لایهها، سختی نرمال و سختی برشی، به منظور انجام تحلیل برگشتی انتخاب شدند. زمانی که درزهها و لایه بندی، مغار را قطع می کند، روش المان مجزاء، که محیط های ناپیوسته و درزه دار را بررسی می کند، یک ابزار قوی برای مدلسازی این محیط ها مطرح می شود. تحلیل حساسیت در خصوص پارامترهای سنگ بکر، چسبندگی و زاویه اصطکاک و همچنین پارامترهای مربوط به حد فاصل انجام و پارامترهای مهم شناسایی و کالیبره گردیدند. نتایج نشان دادند که جابجایی ها نسبت به پارامترهای سنگ بکر و همچنین پارامترهای مقاومتی حد فاصل، چسبندگی و زاویه اصطکاک، حساسیت کمتری نشان می دهد. در این پایاننامه، مدل عددی منطقه اطراف مغار نیروگاه فاز اول سد مسجد سلیمان ساخته و رفتار تورمی لایه های گل سنگی موجود در منطقه بررسی گردید که بدین منظور،خصوصیات مربوط به حد فاصل لایه ی گل سنگ با سایر لایه ها در منطقه، با استفاده از روش تحلیل برگشتی مستقیم، مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج حاصل از تحلیل برگشتی و تحلیل حساسیت پارامترها، کمترین مقدار تابع خطا در میان مدل های موجود، شناسایی گردید که نهایتاً بهترین مقدار برای سختی نرمال و سختی برشی مربوط به حد فاصل لایه گل سنگ با سایر لایه ها، به ترتیب 10 8 ×5 پاسکال/متر و 10 7 ×2 پاسکال/متر به دست آمد و مطابق با این مقادیر، یکسری مدل های پیش بینی به منظور ارزیابی جابجایی ها در آینده ارائه شده است. نتایج حاصل از مدل های پیش بینی حاکی از آن است که اکثر جابجایی های به دست آمده در محدوده سمت راست سقف مغار و دیواره های راست و چپ آن، از مقادیر مجاز جابجاییهای مربوط به بولت های نصب شده، متجاوز است که این موضوع، وضعیت ناپایداری را در این محدوده ها نشان می دهد و تقویت سیستم نگهداری و استفاده از بولت ها با طول و ظرفیت بالاتر را می طلبد. کلمات کلیدی: رفتارنگاری، طرح سد و نیروگاه برق آبی مسجد سلیمان، لایه های تورمی، تحلیل برگشتی، سختی نرمال، سختی برشی، UDEC