عمران، مهندسی ۸۲۰ بازدید

«رده‌بندی توده شیب» (Slope Mass Rating) یا اصطلاحاً «SMR»، یک روش طبقه‌بندی توده سنگ برای توصیف مقاومت یک رخنمون یا شیب سنگی است. این روش توسط «مانوئل رومانا» (Manuel Romana) و بر اساس سیستم طبقه‌بندی RMR توسعه یافت. با این تفاوت که در SMR از دستورالعمل‌هایی برای امتیازدهی به تأثیر جهت‌گیری درزه‌های معکوس (درزه‌های پر شیب) استفاده می‌شود.

طبقه‌بندی توده سنگ

روش‌های طبقه‌بندی توده سنگ برای در نظر گرفتن تأثیر عوامل مختلفی نظیر مقاومت سنگ بکر، جهت‌گیری درزه‌ها، چگالی ناپیوستگی‌ها و غیره بر روی مقاومت و تغییر شکل توده سنگ طراحی شده‌اند و می‌توانند برای تعیین کیفیت مواد مختلف در حوزه زمین‌شناسی مورد استفاده قرار گیرند. محدوده امتیازدهی در این طبقه‌بندی‌ها معمولاً بین 0 تا 100 است. امتیاز 100، باکیفیت‌ترین توده سنگ را نمایش می‌دهد. واژه توده سنگ، تأثیر ترکیب سنگ بکر و ناپیوستگی‌ها بر روی مقاومت کل و رفتار یک محیط سنگی ناپیوسته (درزه‌دار) را بیان می‌کند. اجرای آزمایش‌های جداگانه برای تعیین خصوصیات مکانیکی سنگ بکر یا درزها کار راحتی به حساب می‌آید اما توصیف رفتار ماده در هنگام تعامل این دو عامل دشوار است. به این ترتیب، برای توصیف کیفیت توده سنگ (ترکیب سنگ بکر و درزه)، از روش‌های تجربی مختلف از جمله RMR و SMR استفاده می‌شود.

محاسبه شاخص SMR

در محاسبه شاخص SMR، شش گروه امتیازدهی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پنج گروه اول امتیازدهی مشابه روش RMR است:

  1. مقاومت تک‌محوری سنگ بکر
  2. شاخص کیفی سنگ (RQD)
  3. فاصله‌داری درزه‌ها
  4. وضعیت درزه (جمع پنج زیرمجموعه موجود در این پارامتر)
  5. وضعیت آب زیرزمینی

گروه ششم، ضریب تعدیل یا کاهش برای جهت‌گیری درزه‌های معکوس است. این گروه، اهمیت بالایی در ارزیابی کیفیت یک شیب سنگی دارد. برای تعیین امتیازهای این گروه از چهار زیرگروه شامل یک زیرگروه برای در نظر گرفتن روش حفاری شیب و سه زیرگروه دیگر برای توصیف هندسه شیب سنگی و دسته درزها استفاده می‌شود.

SMR، حالت‌های شکست واژگونی و لغزش صفحه‌ای را نشان می‌دهد اما حالت شکست گوه‌ای (لغزش بر روی چندین صفحه درزه) را در نظر نمی‌گیرد. اگرچه، «آنبالاگان و همکاران» (.Anbalagan et al) با اقتباس از روش اصلی، حالت شکست گوه‌ای را به رده‌بندی توده شیب اضافه کردند. رده‌بندی نهایی SMR با میانگین‌گیری از عبارت زیر به دست می‌آید:

  • RMRb: شاخص RMR است که از طبقه‌بندی توده سنگ بینیاوسکی بدون اعمال ضرایب تعدیل به دست می‌آید (پنج پارامتر اول).
  • F1: این ضریب به زاویه بین ناپیوستگی در حالت شکست صفحه‌ای (αj) یا زاویه بین خطوط تقاطع در حالت شکست گوه‌ای (αi) و زاویه شیب (αs) بستگی دارد.
  • F2: این ضریب به شیب ناپیوستگی (βj) در حالت شکست صفحه‌ای یا شیب تقاطع درزه‌ها (βi) در حالت شکست گوه‌ای بستگی دارد و مقدار آن در حالت شکست واژگونی برابر با 1 است. ضریب F2 به احتمال مقاومت برشی ناپیوستگی مربوط می‌شود.
  • F3: این ضریب به رابطه بین زاویه شیب (βs) و زاویه ناپیوستگی (βj) در حالت شکست صفحه‌ای یا واژگونی یا زاویه خط تقاطع (βi) در حالت شکست گوه‌ای بستگی دارد. F3، همانند ضرایب تعدیل بینیاوسکی (0 تا 60-) برای بیان احتمال وجود رخنمون بر روی سطح شیب در شکست صفحه‌ای و گوه‌ای است.
  • F4: این ضریب برای تصحیح SMR است و به روش حفاری مورد استفاده بستگی دارد.

به منظور محاسبه عبارت اول (RMRb) رابطه تعیین شاخص SMR می توانید از امتیاز پنج پارامتر اول در مقاله «محاسبه رده بندی توده سنگ» کمک بگیرید. برای امتیازدهی به هر یک از ضرایب بالا نیز از جداول زیر استفاده کنید:

F1: امتیاز اختلاف زاویه بین ناپیوستگی‌ها
حالت شکست اختلاف زوایا بسیار مطلوب مطلوب عادی نامطلوب بسیار نامطلوب
صفحه‌ای αjs بیشتر از 30 درجه 30-20 20-10 10-5 کمتر از 5 درجه
واژگونی αjs-180
گوه‌ای αis
امتیاز F1 برای هر سه حالت 0.15 0.40 0.70 0.85 1.00

 

F2: امتیاز زاویه ناپیوستگی
حالت شکست زاویه ناپیوستگی بسیار مطلوب مطلوب عادی نامطلوب بسیار نامطلوب
صفحه‌ای βj کمتر از 20 درجه 20-30 30-35 35-45 بیشتر از 45 درجه
گوه‌ای βi کمتر از 20 درجه 20-30 30-35 35-45 بیشتر از 45 درجه
امتیاز F2 برای صفحه‌ای و گوه‌ای 0.15 0.40 0.70 0.85 1.00
امتیاز F2 برای واژگونی 1

 

F3: امتیاز رابطه بین زاویه شیب و زاویه ناپیوستگی‌ها
حالت شکست رابطه زاویه شیب و ناپیوستگی بسیار مطلوب مطلوب عادی نامطلوب بسیار نامطلوب
صفحه‌ای βjs بیشتر از 10 درجه 10-0 0 (10-)-0 کمتر از 10- درجه
واژگونی βis
گوه‌ای βj+βs کمتر از 110 درجه 110-120 بیشتر از 120 درجه
امتیاز F3 برای هر سه حالت 0 6- 25- 50- 60-

 

F4: امتیاز روش حفاری
نوع روش شیب طبیعی پیش شکافی انفجار آرام انفجار یا حفاری مکانیکی انفجار ناقص
امتیاز F4 15+ 10+ 8+ 0 8-

دیگر روش‌های محاسبه شاخص SMR

شاخص SMR از طریق نرم‌افزار «SMRTool» نیز قابل محاسبه است. در این نرم‌افزار، محاسبه این شاخص با استفاده از داده‌های ژئومکانیکی توده سنگ و جهت‌گیری شیب و ناپیوستگی‌ها صورت می‌گیرد. SMRTool برای محاسبه شاخص SMR از روش «ابرِ نقاط» (Cloud of Points) استفاده می‌کند. این نرم‌افزار برای فراهم کردن درک بهتر از مقادیر هر ضریب، رابطه تصویری بین شیب و ناپیوستگی را نیز نمایش می‌دهد.

تصویری از محیط کاربری نرم‌افزار متن‌باز SMRTool که برای محاسبه ضرایب تعدیل SMR به کار گرفته می‌شود.
تصویری از محیط کاربری نرم‌افزار متن‌باز SMRTool که برای محاسبه ضرایب تعدیل SMR به کار گرفته می‌شود.

علاوه بر استفاده از نرم‌افزار، برخی از محققین برای تعیین شاخص SMR و حساسیت شیب‌های سنگی به شکست، استفاده از «سیستم اطلاعات جغرافیایی» (Geographical Information System) یا اصطلاحاً «GIS» را پیشنهاد می‌کنند.

اصلاح شاخص SMR

«توماس و همکاران» (.Tomás et al) در سال 2007 توابع پیوسته جایگزینی را برای محاسبه ضرایب تصحیح F2 ،F1 و F3 ارائه کردند. این توابع میزان تاثیر برداشت‌های شخصی در تعدیل شاخص SMR را کاهش دادند. به علاوه، توابع پیشنهادی برای محاسبه ضرایب تصحیح SMR، باعث افزایش اطمینان به نحوه امتیازدهی به گروه‌های مجزا شدند.

رابطه زیر، تابع پیوسته پیشنهادی برای F1 را نشان می‌دهد که بهترین برازش را با مقادیر گسسته دارد:

در تابع بالا، A، زاویه بین ناپیوستگی و امتداد شیب در حالت‌های شکست صفحه‌ای و واژگونی یا زاویه بین تقاطع دو ناپیوستگی (جهت پلانج) و امتداد شیب در حالت شکست گوه‌ای است. تابع آرک تانژانت در این حالت بر حسب زاویه بیان می‌شود.

در تابع بالا، B، شیب ناپیوستگی در حالت شکست صفحه‌ای و پلانج تقاطع ناپیوستگی‌ها در حالت شکست گوه‌ای است. توجه داشته باشید که تابع آرک تانژانت و زوایا بر حسب درجه بیان می‌شوند.

در تابع بالا، C به رابطه بین شیب و زاویه ناپیوستگی‌ها (در حالت شکست صفحه‌ای یا واژگونی) یا زاویه شیب و زاویه خط تقاطع (در حالت شکست گوه‌ای) بستگی دارد. تابع آرک تانژانت در اینجا نیز بر حسب زاویه بیان می‌شود.

علاوه بر روش بالا، توماس و همکاران یک روش گرافیکی برای تعیین ضرایب تصحیح F2 ،F1 و F3 در رده‌بندی SMR را پیشنهاد دادند. در این روش از نمایش استریوگرافیک شیب و ناپیوستگی برای تعیین ضرایب استفاده می‌شود. با به کارگیری این روش گرافیکی می‌توان ضرایب تصحیح SMR در یک شیب ساده یا سازه‌هایی نظیر شیب‌های زیرساختی ساده، معادن روباز یا ترانشه‎ها را به سادگی تعیین کرد.

توماس و همکاران با استفاده از نظریه جهان‌های تو در تو، یک تحلیل چهاربعدی را برای طبقه‌بندی ژئومکانیکی SMR اجرا کردند. این تحلیل به منظور کشف، تحلیل و به تصویر کشیدن رابطه بین پارامترهای اصلی کنترل‌کننده این طبقه‌بندی صورت گرفت. بر اساس نتایج، در چندین موردی که رابطه هندسی بین شیب و ناپیوستگی تأثیر بسیار کمی بر روی پایداری شیب داشت، مقدار SMR تنها با تصحیح RMR به وسیله ضریب F4 قابل محاسبه بود.

علاوه بر موارد بالا، رویکردهای دیگری نیز با اقتباس از SMR برای شرایط مختلفی نظیر شیب‌های بلند، سازندهای فلیش یا مواد ناهمگن ارائه شده است.

امیدواریم این مقاله برایتان مفید واقع شده باشد. اگر به مطالعه موضوعات مشابه علاقه‌مند هستید، مطالب زیر را به شما پیشنهاد می‌کنیم:

^^

بر اساس رای ۲ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
شما قبلا رای داده‌اید!
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

«حسین زبرجدی دانا»، کارشناس ارشد مهندسی استخراج معدن است. فعالیت‌های علمی او در زمینه تحلیل عددی سازه‌های مهندسی بوده و در حال حاضر آموزش‌های مهندسی عمران، معدن و ژئوتکنیک مجله فرادرس را می‌نویسد.

2 نظر در “رده بندی توده شیب (Slope Mass Rating) — محاسبه شاخص SMR

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

مشاهده بیشتر