بررسی قابلیت حفاری ماسه سنگ لامیناسیون‌دار بر اساس شاخص شکنندگی با نگرشی بر تأثیر جهت و فواصل لامیناسیون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه زمین شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه لرستان، خرم آباد ، ایران

چکیده

شاخص شکنندگی یکی ار پارامترهای مهم در مهندسی سنگ است که بر قابلیت حفاری سنگ ها در پروژه های مختلف ژئوتکنیکی مانند تونلها، مغارها، سدها، چاه های نفت و گاز، ترانشه جاده ها و معادن سنگ ساختمانی تأثیر گذار است. بررسی قابلیت حفاری سنگ ها قبل از عملیات حفاری می تواند کمک قابل توجهی به برنامه ریزی و مدیریت اجرای پروژه های ژئوتکنیکی داشته باشد که این منجر به صرفه جویی زمان و هزینه عملیات اکتشافی خواهد شد. در این مقاله قابلیت حفاری دو نمونه ماسه سنگ لامیناسیون دار (با فواصل لامیناسیون متفاوت) بر اساس شاخص شکنندگی با در نظر گرفتن جهت و فواصل لامیناسیون بررسی شده است. به این منظور با تهیه مغزه های استوانه ای شکل، مقاومت فشاری تک محوری و مقاومت کششی برزیلی نمونه های ماسه سنگ در زوایای لامیناسیون (β) °0، °30، °45، °60 و °90 تعیین و سپس بر اساس نتایج این مقاومت ها، مقادیر شاخص شکنندگی در βهای مختلف محاسبه شدند. بر اساس تجزیه و تحلیل داده ها، جهت لامیناسیون نقش بسزایی در قابلیت حفاری دارد به طوری که در βهای °30 و °90 به ترتیب آسان ترین و سخت ترین شرایط قابلیت حفاری حاصل شده است. همچنین نتایج حاکی از آن است که نمونه ماسه سنگ با فواصل لامیناسیون کمتر در مقایسه با نمونه ماسه سنگ دیگر، شرایط مناسبتری از لحاظ قابلیت حفاری داشته است. در پایان، یافته های پژوهش حاضر می تواند در عمل برای پروژه های ژئوتکنیکی که برای اجرای آنها نیاز به حفاری در سنگهای لامیناسیون دار است، مفید و کارآمد باشد.

کلیدواژه‌ها


Ajalloeian, R., Lashkaripour, G.R., 2000. Strength anisotropies in mudrocks. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 59, 195–199. https://doi.org/10.1007/s10064000005.
Ali, E., Guang, W., Zhiming, Z., Weixue, J., 2014. Assessments of strength anisotropy and deformation behavior of banded amphibolite rocks. Geotechnical and Geological Engineering 32, 429–438. https://doi.org/10.1007/s10706-013-9724-5.
Altindag, R., 2008. Relationships between brittleness and specific energy in excavation mechanics. Proceedings of 9th regional rock mechanics symposium. İzmir, Turkey, pp. 437–451.
Chen, C.S., Pan, E., Amadei, B., 1998. Determination strength of anisotropic Brazilian tests of deformability and tensile rock using Brazilian tests. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 35(1), 43–61. https://doi.org/10.1016/S0148-9062(97)00329-X.
Dai, F., Xia, K., 2013. Laboratory measurements of the rate dependence of the fracture toughness anisotropy of barre granite. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 60, 57–65. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2012.12.035.
Folk, R.L., 1974. Petrology of sedimentary rocks. Hemphill, Austin.
Gholami, R., Rasouli, V., 2014. Mechanical and elastic properties of transversely isotropic slate. Rock Mechanics and Rock Engineering 47, 1763–1773. https://doi.org/10.1007/s00603-013-0488-2.
Howarth, D.F., Adamson, W.R., Brendt, J.R., 1986. Correlation of model tunnel boring and drilling machine performances with rock properties. Tunnelling and Underground Space Technology 102, 61–66. https://doi.org/10.1016/0148-9062(86)90344-X.
Howarth, D.F., Rowland, J.C., 1987. Quantitative assessment of rock texture and correlation with drillability and strength properties. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 40, 711–723. https://doi.org/10.1007/BF01019511.
Ingram, R.L., 1954. Terminology for the thickness of strafication and parting units in sedimentary rocks. Bulletin of the Geological Society of America 86, 937−938. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1954)65.
ISRM., 1981. Rock characterization testing and monitoring. ISRM suggested methods. In: Brown, E.T., (Ed.), Pergamon Press, Oxford. p. 280. https://doi.org/10.1007/978-3-319-07713-0
ISRM., 2007. The complete ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring. In: Ulusay, R., Hudson, J,A, (Eds.), Suggested methods prepared by the commission on testing methods. P. 628.
Jaeger, J.C., Cook, N.G.W., 1979. Fundamentals of Rock Mechanics. third ed. Chapman and Hall, London.
Jamshidi, A., 2021. Evaluation of rotary drilling rate in limestones based on brittleness indices. Scientific Quarterly Journal of Geosciences 121, 1–8. https://doi.org/10.22071/gsj.2021.237778.1813. (In
Persian with English Abstract).
Jamshidi, A., Torabi-Kaveh, M., 2021. Anisotropy in ultrasonic pulse velocity and dynamic elastic constants of laminated sandstoneQuarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology 54, 1–9. https://doi.org/10.1144/qjegh2020-101.
Jamshidi, A., Torabi-Kaveh, M., Nikudel, M.R., 2021. Effect of anisotropy on the strength and brittleness indices of laminated sandstone.  Iranian Journal of Science and Technology, Transactions A: Science 45, 927–936. https://doi.org/10.1007/s40995-021-01080-w.
Khanlari, G., Rafiei, B., Abdilor, Y., 2015. Evaluation of strength anisotropy and failure modes of laminated sandstones. Arabian Journal Geoscinces 8, 3089–3102. https://doi.org/10.1007/s12517-014-1411-1.
Khanlari, G.R., Heidari, M., Sepahigero, A.A., Fereidooni, D., 2014. Quantification of strength anisotropy of metamorphic rocks of the Hamedan province, Iran, as determined from cylindrical punch, point load and Brazilian tests. Engineering Geology 169, 80–90. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2013.11.014.
Nikrouz, R., Moomivand, H., Azad, R., 2016. Effect of foliation orientation on the P- and S-wave velocity anisotropies and dynamic elastic constants of the quartz micaschists metamorphic rocks, Angouran mine, Iran. Arabian Journal of Geosciences 9, 669. https://doi.org/10.1007/s12517-016-2699-9.
Paone, J., Madson, D., Bruce, W.E., 1969. Drillability studies - laboratory percussive drilling. International U.S. Dept. of the Interior, Bureau of Mines, Washington.
Pathinkar, A.G., Misra, G.B., 1980. Drillability of rocks in percussive drilling from energy per unit volume as determined with a microbit. Mining Engineering 32, 1407–1410. https://doi.org/10.1007/BF01019511.
Rabia, H., Brook, N., 1980. An empirical equation for drill performance prediction. Proceeding of the 21st US Symposium on Rock Mechanics, University of Missouri-Rolla. pp. 103–111.
Ramamurthy, T., 1993. Strength and modulus responses of anisotropic rocks. In: Hudson, J.A. (Ed.), Comprehensive Rock Engineering—Principle, Practice and Projects, vol. 1. Pergamon, Oxford, pp. 313–329.
Schmidt, R.L., 1972. Drillability studies - percussive drilling in the field. University of Michigan Library. p. 40.
Selim, A.A., Bruce, W.E., 1970. Prediction of penetration rate for percussive drilling. US Bureau of Mines RI 7396.
Selmer-Olsen, R., Blindheim, O.T., 1970. On the drillability of rock by percussive drilling. Proceedings of the 2nd Congress of the Int. Society for Rock Mechanics, Belgrade, Yugoslavia. 
Tavallali, A., Vervoort, A., 2010. Failure of layered sandstone under Brazilian test conditions: Effect of micro-scale parameters on macro-scale behaviour. Rock Mechanics and Rock Engineering 43, 641–653. https://doi.org/10.1007/s00603-010-0084-7.
Thuro, K., Spaun, G., 1996. Introducing the 'destruction work' as a new rock property of toughness referring to drillability in conventional drill and blast tunnelling. Proceedings of Eurock'96: Prediction and Performance in Rock Mechanics and Rock Engineering, pp. 707–713.
Xu, F., Yang, C., Guo, Y., Wang, L., Hou, Z., Li, H., Hu, X., Wang, T., 2017. Effect of bedding planes on wave velocity and AE characteristics of the Longmaxi shale in China. Arabian Journal of Geosciences 10, 41. https://doi.org/10.1007/s12517-017-2943-y.
Zhang, X.M., Yang, J.C., Liu, B.C., 2009. Experimental study on anisotropic strength properties of sandstone. The ISRM International Symposium on Rock Mechanics - SINOROCK 2009, The University of Hong Kong, China.