مدلسازي رشد درزه در شيب سنگ هاي درزه دار (مطالعه موردي: ديواره بلوك تكتونيكي2-4 معدن چغارت)

Modeling of joint propagation in fractured rock slopes (Case study: Final Slope of Tectonic block IV-2 of Choghart mine)

سنگ‌ها در طبيعت داراي دسته درزه‌هاي‌ ناممتد هستند و در تحليل پايداري سنگ­ها عموما درزه‌ها بصورت ممتد بررسي ميگردند در حاليكه نوك درزه‌ها‌ي ناممتد محل تمركز تنش مي­باشد و اين تمركز تنش در اندازه و جهت رشد درزه­ هاي موجود در سنگ و پايداري سازه‌هاي ايجاد شده در آن مثل شيب‌هاي سنگي موثراست. مكانيك شكست سنگ علمي است كه امكان رشد ترك و تعيين جهت انتشار آن را مطالعه مي‌كند. توسعه اين علم امكان استفاده از مدل‌هاي درزه‌اي واقعي نام متد در تحليل پايداري شيب­هاي سنگي و كنترل رفتار مكانيكي ناپيوستگي­ها بخصوص پيرامون نوك ترك را فراهم مي كند. با ايجاد شيب­هاي سنگي و تغيير ماتريس تنش منطقه‌اي، در نوك درزه‌ها تمركز تنش بوجود مي‌آيد. درصورت غلبه اين تنش بر پارامترهاي مقاومتي درزه رشد مي­كند و با انتشار درزه‌ها بلوك‌هاي سنگي تشكيل مي‌گردند. اين مطالعه برآنست با استفاده از اصول مكانيك شكست، رشد و توسعه درزه ­ها­ي نام متد و تصادفي در شيب سنگ‌هاي درزه‌دار را مدل‌سازي نمايد. روش عددي قابل قبول مدل‌سازي مكانيسم شكست درزه‌ها، روش المان مرزي با عنوان روش ناپيوستگي جابجايي (DDM) انتخاب گرديد.بعنوان مطالعه موردي مدل هندسي3 بعدي ناپيوستگي‌هاي ديواره بلوك تكتونيكي 2-4 معدن چغارت بروش ديسك‌هاي تصادفي توسط برنامه 3DGM ياراحمدي ـ گودرزي در محيط نرم‌افزاري متمتيكا ساخته و مقطع 2 بعدي مورد نظر تهيه‌گرديد.با اعمال شرايط مرزي، تنش‌هاي برجا، ماتريس سختي، مقدار و جهت انتشار درزه ها محاسبه گرديد. پارامترهاي مكانيكي توده مورد مطالعه بر اساس ويژگي‌هاي ژئومكانيكي گزارش شده در تحليل‌هاي پايداري شيب اين ديواره استفاده شد. مش‌بندي ناپيوستگي‌ها با ابعاد 3 متر و گام انتشار 2/0 طول درزه در نظر گرفته شد و مدل براي 4 مرحله رشد ترك اجرا گرديد. مدل هندسي بوجود آمده شامل درزه هاي اوليه و رشد يافته قابل استفاده در نرم افزارهايي است كه مدل‌هاي هندسي ناپيوستگي‌ها در آنها پايه اصلي تحليل بوده ولي قابليت انتشار ترك را ندارند. پس كد تهيه شده به عنوان مكمل روش‌هاي تحليلي مثل گروه­هاي كليدي و عددي مثل روش هاي المان مجزا (نرم افزار UDEC) در تحليل توده‌سنگ‌هاي درزه‌دار ناممتد قابل استفاده مي باشد.

In nature, rocks contain non persistent joints and in rock slope stability analyses it is assumed that discontinuity is persistent, while stress intensity is centralized attips of non-persistent joints and this stress intensity affects the size and orientation of joint growth in rock and also stability of structures created in it such as rock slope. Fracture mechanics is a science that discusses the probability of joints growth and also fracture propagation path. The development of this science provides the possibility of using actual non persistent joints modeling in rock slope stability as well as controlling mechanical behavior of discontinuities especially in crack tips. By creating rock slopes and changing the matrix of regional stress, intensity of stress occurs in joints tips. If this stress overcomes strength parameters of the joint, it will grow and joint propagation will result. One type of failure that occurs in rocky environments due to crack propagation is toppling whose analysis is one of the most difficult problems in aeromechanics. The aim of this study is to model joint propagation by using the principles of rock fracture mechanics, growth and publication ofnon -persistent and random joints in rock slope with potential of toppling failure. An acceptable numerical method for joint propagation modeling that is boundary element method as displacement discontinuity method (DDM) was selected. As a case study tectonic block IV-2 of Choghart open pit mine was selected and3D geometrical model by random disk method by 3DGMMathematica program was simulated and also 2D cross section was prepared. The amount and direction of joint propagation were calculated by applying boundary conditions, in-situ stresses and stiffness matrix. The mechanical model was created according to geomechanical characteristics reported in stability analysis of this wall. Length of linear elements in joints was considered 3m and propagation step applied was 0.2 over the joint length and the model was run typically in four stages of crack growth. Obtained geometrical model contains early and propagation joints can be used in softwares that geometrical model of joints is essential I analysis but the propagation of joint is not available. So the program code can be used as a complementary method for analysis method as key-groups method and distinct element method (UDEC) to analyze the jointed rock mass