12:30 ق.ظ

سیستم های رایج در طبقه بندی سنگ ها (Rock mass classification)

طبقه بندی توده سنگ به فرآیند قرار دادن یک توده سنگ در گروه ها یا طبقات بر اساس روابط تعریف شده گفته می شود (Bieniawski, 1989) و اختصاص یک توصیف منحصر به فرد به آن بر اساس ویژگی های مشابه به طوری که رفتار توده سنگ قابل پیش بینی باشد. توده سنگ به مجموعه ای از مواد سنگی اطلاق می شود که توسط ناپیوستگی های سنگ، عمدتاً توسط اتصالات، صفحات بستر، نفوذ دایک‌ ها و گسل‌ها و غیره از هم جدا شده اند. صفحات بستر، نفوذ دایک و گسل‌ها در مقایسه با درزها چندان رایج نیستند و به صورت جداگانه با آنها برخورد می شود. سیستم های طبقه بندی توده سنگ به کاربر این امکان را می دهد که از یک دستورالعمل پیروی کند و سنگ را در یک گروه مناسب قرار دهد.

سیستم های طبقه بندی توده سنگ برای طراحی های مختلف مهندسی و تجزیه و تحلیل پایداری در پروژه های مختلف ژئوتکنیکی که با سنگ سر و کار دارند، استفاده می شود. این سیستم ها بر اساس روابط تجربی بین پارامترهای توده سنگ و کاربردهای مهندسی، مانند تونل‌ها، شیب‌ها، پی‌ها و قابلیت حفاری هستند. اولین سیستم طبقه بندی توده سنگ در مهندسی ژئوتکنیک در سال 1946 برای تونل پیشنهاد شد.

اهداف توصیف و طبقه بندی توده سنگ

طبق نظر (1993) Bieniawski، اهداف توصیف و طبقه بندی توده سنگ عبارتند از:

الف) شناسایی مهم ترین پارامتر های موثر بر رفتار یک توده سنگ

ب) تقسیم یک سازند توده سنگی خاص به تعدادی از کلاس های توده سنگی با کیفیت های متفاوت

ج) ایجاد مبنایی برای درک ویژگی های هر طبقه توده سنگ

د) استخراج داده های کمی برای طراحی مهندسی

ه) توصیه دستورالعمل های پشتیبانی برای تونل ها و معادن

و) ایجاد یک مبنای مشترک برای ارتباط بین مهندسان و زمین شناسان

امروزه، طرح‌ های طبقه بندی توده سنگ همراه با مدل سازی های عددی، به ‌ویژه در مراحل اولیه پروژه ‌های ژئوتکنیکی که داده‌ ها اغلب نادر هستند، استفاده می شوند. بر اساس طبقه بندی توده سنگ، مقاومت و تغییر شکل و برخی از پارامترهای کاربردی در مدل های رفتاری مختلف نظیر مدل رفتاری مور کولمب و هوک براون قابل دستیابی است.

معایب طبقه بندی توده سنگ

طبق نظر (1993)Bieniawski، استفاده از سیستم های طبقه بندی توده سنگ در موارد زیر مشکل ساز می شوند:

الف) استفاده از طبقه بندی توده سنگ به عنوان “کتاب آشپزی” و نادیده گرفتن روش های طراحی تحلیلی

ب) اتکا تنها به یکی از سیستم های طبقه بندی توده سنگ

ج) استفاده از طبقه بندی توده سنگ بدون داده های ورودی کافی

د) استفاده از طبقه بندی توده سنگ بدون درک کامل از ماهیت محافظه کارانه آنها و محدودیت های موجود در آن روش

بیشتر بخوانید: تخریب ساختمان

انواع سیستم های طبقه بندی

بر اساس نحوه توصیف، سیستم های طبقه بندی را می توان به دو دسته کیفی و کمی تقسیم نمود. سیستم های کیفی یعنی توصیفی شامل GSI (شاخص مقاومت زمین شناسی)، بار سنگ و SIA 199 است در حالی که سیستم های Q، RMR، RSR و RQD کمی هستند.

سیستم های طبقه بندی را می توان بر اساس هدف نیز طبقه بندی کرد: برای ارزیابی پایداری، از سیستم های Q و RMR استفاده می شود. به عنوان مثال با استفاده از سیستم طبقه بندی Q می توان نوع سیستم پایدارسازی تونل ها را با توجه به دهانه و یا ارتفاع تونل به دست آورد و یا زمان خود ایستایی یک شیروانی سنگی را با استفاده از سیستم RMR تخمین زد.

سیستم های طبقه بندی رایج

رده‌بندی توده سنگ (Rock Mass Rating) یا «RMR»

در سیستم RMR طبقه بندی سنگ براساس 6 عامل زیر صورت می گیرد:

مقاومت فشاری تک محوری سنگ
«شاخص کیفیت سنگ» (Rock Quality Designation) یا «RQD»
فاصله داری ناپیوستگی ها
وضعیت ناپیوستگی ها (تداوم، بازشدگی، زبری، مواد پرکننده و هوازدگی ناپیوستگی)
وضعیت آب زیرزمینی
جهت گیری ناپیوستگی ها

برای محاسبه امتیاز سنگ در هر یک از عوامل مذکور، مهندسین باید از جداول زیر استفاده نمایند.

روند امتیاز دهی بدین نحو است که امتیاز های به دست آمده از 5 عامل نخست با یکدیگر جمع شده و امتیاز بخش ششم از مجموع به دست آمده کم می شود. با توجه به امتیاز نهایی به دست آمده بین 0 تا 100 می توان کیفیت سنگ را به صورت زیر طبقه بندی نمود.

شاخص کیفی RQD:

شاخص کیفی RQD یکی دیگر از سیستم های طبقه بندی شناخته شده در مکانیک سنگ است. در این روش کیفیت سنگ با استفاده از وضعیت مغزه با قطر 54 میلی متر ارزیابی می شود. مقدار شاخص RQD با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود:

محدودیت های RQD

RQD به طور کامل کیفیت توده سنگ را منعکس نمی کند زیرا فقط میزان شکستگی توده سنگ را در نظر می گیرد و استحکام سنگ یا خواص مکانیکی و دیگر مشخصات هندسی درزه ها را در نظر نمی گیرد. بنابراین پیشنهاد می شود تا از این سیستم به عنوان یک تقریب اولیه از وضعیت سنگ استفاده نمایند. البته باید این نکته بیان شود که در سیستم های دیگر نظیر RMR و Q نیز از این شاخص کیفی در طبقه بندی سنگ استفاده می شود بنابراین تعیین این شاخص چندان خالی از لطف نیست.

سیستم طبقه بندی Q:

سیستم Q در سال 1974 توسط بارتون، لین و لوند در مؤسسه ژئوتکنیک نروژ، برای تعیین مشخصات توده سنگ و الزامات پشتیبانی تونل توسعه یافت (بارتون و همکاران، 1974). این رده بندی برای طراحی سیستم نگهداری تونل ها به کار می رود مقدار ضریب Q از بین 0.001 تا 1000 به صورت لگاریتمی تغییر می کند. برای محاسبه این ضریب نیاز به محاسبه 6 پارامتر می باشد.

در این روش نیز به ازای هر وضعیت از 6 پارامتر یاد شده نمره یا امتیازی تعلق می گیرد که جزئیات آن در جداول مربوط قید شده است.

پارامتر های امتیازدهی سنگ در سیستم طبقه بندی Q

پارامتر های امتیازدهی سنگ در سیستم طبقه بندی Q 2 — پارامتر های امتیازدهی در سیستم طبقه بندی Q 2

کاربرد های سیستم Q:

بارتن و همکارانش پارامتر دیگری موسوم به بعد معادل D_eبه صورت زیر تعریف کردند:

مقدار ضریب ESR به نحوه استفاده از تونل و نیز اینکه تا چه درجه ای از ناپایداری تونل قابل قبول است، بستگی دارد. مقدار این ضریب با توجه به جدول زیر تعریف می شود.

با توجه به این پارامتر و نمودارهای زیر علاوه بر ارزیابی کیفی سنگ می توان نوع سیستم پایدارسازی مناسب با مشخصات تونل را به دست آورد.

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :

دسته بندی: مطالعات ژئوتکنیک, مقالات تخصصی ژئوتکنیک و سازه فلزی برچسب ها: مطالعات ژئوتکنیک, مکانیک سنگ

سیستم های رایج در طبقه بندی سنگ ها (Rock mass classification)

اهداف توصیف و طبقه بندی توده سنگ

معایب طبقه بندی توده سنگ

انواع سیستم های طبقه بندی

سیستم های طبقه بندی رایج