چكيده :

جريان آب زيرزميني به داخل تونلها هميشه يك مشكل فني و محيطي عمده براي سازه هاي زيرزميني بوده است . پيش بيني جريان آب زيرزميني با استفاده از ابزارهاي تحليلي و عددي اغلب به علت عموميت دادن و مختصر سازي پارامترهاي مهم ، خصوصا“ در محيطهاي نامتجانس همانند سنگهاي متبلور ناموفق و بدون  نتيجه موثر، مانده است . براي مشخص كردن پارامترهايي كه در اين سنگها جريانهاي آب را كنترل مي كنند، يك تجزيه تحليل آماري اصولي در يك تول كه در سنگهاي متبلور سخت، در جنوب سوئد قرار دارد ، انجام شده است . اين پارامترها  شامل ، متغيرهاي مهم عارضه اي ، فني و زمين شناسي در سنگهاي متبلور سخت و همچنين در پوشان سنگها مي باشند. مطالعات مشخص كرد كه عوامل زيادي به خصوصيات سنگ و همچنين خصوصيات پوشان سنگ وابسته مي باشند. همچون تعداد شكافها، ضخامت پوشان سنگ ، نوع خاك و ميزان مواد پركننده در بين سنگها كه مقدار چكه و نشت را كنترل مي كنند. اين مطالعات نشان ميدهد كه يك تفاوت آشكار بين پارامترهايي كه نشتهاي عمده و نشتهاي جزئي را كنترل مي كنند وجود دارد. نشتهاي كوچكتر بيشتر به زهكشي توده سنگ مرتبط مي باشد. در صورتيكه نشتهاي عمده مشخصا“ به پارامترهاي مختلف در پوشان سنگ بستگي دارند. در صورتي كه پوشان سنگ وتوده سنگ بعنوان يك سيستم مشترك مطرح شوند، پيش بيني جريانهاي آب  زيرزميني احتمالا“ با خطا همراه است .

۱-    مقدمه :
نشت آب به داخل تونلها و حفريات سنگي مشكل فني عمده اي براي اين سازه‌هاي زيرزميني مي باشد. تراوش جريانهاي آب به داخل سازه زيرزميني باعث افزايش چشمگير جهاني در هزينه هاي ساخت آن شده است. در ابتدا پمپاژ آبي كه به درون سازه تراوش مي كندامري ضروري است . سپس افزايش تعداد نگهداري هاو ايجاد پيش حفريات كه هركدام از آنها مشكلاتي را به همراه دارندبايد اتخاذ شود. يك قسمت قابل توجه از هزينه ها در هنگام حفر تونل در سوئد مربوط به عمليات پيش دوغاب ريزي  است كه براي محدود كردن جريان هاي آب ضروري مي باشد. همچنين جريانهاي زياد آب به داخل تونل مي تواند به طور جدي نيروي كاررا تحت خطر قرار دهد وموارد مطالعاتي بسياري و گزارشهاي متعددي درباره از دست رفتن زندگي افراد درج شده است . همچنين در حضور جريانهاي بزرگ آب ، شرايط كاركردن سخت تر واز سرعت كار كاسته مي شود. نتيجه محيطي مستقيم جريانهاي آب ، افت فشار سطوح آب زيرزميني در لايه هاي آبدار و سفره‌هاي آب زيرزميني مي باشد. افت فشار   طويل المدت بر نمو گياهان ، منابع  آب  زيرزميني و همچنين بر شيمي آبهاي زيرزميني تاثير مي گذارد (۱۳). نشستي كه در نتيجه كاهش فشار آب در لايه هاي خاكي اتفاق مي افتد به ساختمانهاي روي سطح زمين خسارت وارد مي كند ( شكل ۱) . به دليل مشكلاتي كه جريانهاي ورودي آب ايجاد مي كنند تلاش شده تا حداقل جريانهاي ورودي عمده تعيين محل و پيش بيني شوند. پيش بيني هاي صحيح و موفق در انتخاب مسير نهفته تونل وشيوه ساخت آن و همچنين در تشخيص شعاع تاثير   و مخروط فرو رفتگي  يا افت فشار كه توسط جريانهاي ورودي ايجاد  شده است كمك مي كند. اين مسائل دركاهش هزينه‌هاي ساختماني و زيست محيطي موثر است امروزه مفهوم پيش بيني به مقدار زيادي به قابليت اطمينان در مدل سازي جريان اب زيرزميني وابسته مي باشد . در سنگهاي شكاف دار و با تخلخل كم مانند سنگهاي اذرين سخت تلاشهاي فراواني در جهت توسعه روشهايي كه سعي بر در آوردن خصوصيات پيچيده هندسي شكافها و درزه ها مطابق مدل يعني مي باشد انجام گرفته است (۱۱). همچنين روشهاي ديگري براي حل مشكلات جريان در سنگ شكاف دار همانند آناليز ها و تجزيه تحليلهاي بدون بعد   ، شبيه سازي اتفاقي  و مدل فاقد كيفيتهاي ظاهري و واقعي بكار برده مي شوند (۱۴)  . به طور متناوب و برحسب نياز  روشهاي متجانس و خواص موثر بر مدلسازي شكافهاي مشخص استفاده شده است (۷). به هرحال اغلب حتي با قابليت استفاده خوب داده ها بدرستي نشان داده شده كه مدلهاي عددي بيشتر روي يك مقياس جهاني پيش بيني هاي موفقي رامي توانند خلق كنند(۸)  . بعلاوه مدلسازي عددي دقيقا“ آخرين مرحله از يك عمليات پيش بيني كننده مي باشد  واين نتيجه منحصرا“ به مدل ادراكي   كه در يك مرحله خيلي مقدماتي از اتصال اطلاعات اصلي مختلف بسط داده شده است وابسته مي باشد. بنابراين اگر دريك عمليات پيش بيني كننده در ابتدا كاملا درك شود كه چه چيزي و چگونه بايد پيش بيني شود احتمال قوي تري براي موفقيت وجود دارد (۹). اگر در بعضي مواقع معرفهاي عددي توده سنگ براي پيش بيني كردن ناكافي باشند ، به اين دليل است كه بعضي از فاكتورهاي مهم در پيش بيني جريانها به حساب آورده نشده اند . هدف اين مقاله نشان دادن رابطه آماري پارامترهاي زمين شناسي در كنترل كردن جريانهاي آب به داخل تونلها مي باشد. نظر به اينكه توده هاي سنگ سخت معمولا“ داراي تخلخل خيلي كم مي باشند. هنگامي كه مخازن آبهاي زيرزميني در قسمت پوشان سنگ  يا كمر بالا قرار گرفته اند ، نشت از شكافها و درزهاي سنگها صورت مي گيرد . از اين رو، بروي فاكتورهاي مربوط به كمر بالا نيز ، مطالعات و آناليز صورت گرفته است .

فهرست مطالب
عنوان :                                                                                              صفحه
۱- مقدمه . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     ۱
۲- سنگ ها . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     ۴
۳- مشكلات ناشي از نشت آب . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . .     ۵
۴- آب در روزنه ها و شكاف ها . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .     ۵
۴-۱- چرخه آب شناختي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     ۵
۴-۲- روزنه داري نخستين و ثانوي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      ۶
۴-۳- سفره آب زيرزميني . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      ۷
۴-۴- واحد هاي زمين شناختي آبده ، نيم آبده و نا آبده . . . . . . . . . . .      ۷
۵-  حركت آبهاي زيرزميني . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       ۷
۶- قانو ن دارسي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .       ۷
۷- ضريب نفوذ پذيري يا هدايت هيدروليكي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      ۸
۸- ضريب انتقال . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      ۸
۹-نشست ناشي از زهكشي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    ۱۰
۱۰- حل شدن سنگ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     ۱۰
۱۱- رسانندگي هيدروليك سنگ ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     ۱۱
۱۲- نگرشهاي هيدروديناميكي در مورد سنگها . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     ۱۳
۱۳- تونل بولمن در جنوب سوئد . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    ۲۰
۱۴- زمين شناسي و فرايند نشت در تونل بولمن . . . . . . . . . . . . . . .      ۲۲
۱۵- پيش بيني جريانها و جمع آوري اطلاعات جربان هاي روبه داخل آبهاي زيرزميني در تونل بولمن . ..     ۲۵
۱۶- اطلاعات ورشهاي بكاربرده شده درمطالعه موردي تونل بولمن   ۲۸
۱۷-مطالعه جريانات ورودي آب با استفاده از نقشه هاي تونل. . . . .      ۳۲
۱۸-نتايج  بدست آمده . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      ۳۵
۱۸-۱- متغيرهاي توپوگرافي . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      ۳۶
۱۸-۲- متغيرهاي خاك . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     ۳۸
۱۸-۳- متغيرهاي سنگ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     ۳۸
۱۸-۴- متغيرهاي تكنيكي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .      ۳۸
۱۸-۵- متغيرهاي ژئوفيزيكي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     ۳۹
۱۹-آناليزرگراسيون مركب چندگانه متغيرهاي مستقل درارتباط با تونل بولمن .  . . .   ۴۵
۱۹-۱-آناليز  رگرسيون درمقياس ۱۰۰ متري تونل بولمن . . . . . . .    ۴۵
۱۹-۲-آناليز رگرسيون درمقياس ۵۰۰ متري تونل بولمن . . . . . . . .    ۴۶
۲۰-بحث و بررسي نتايج بدست آمده از مطالعه موردي تونل بولمن۴۸
۲۱-نتيجه گيري . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .     ۵۸
۲۲-معادل فارسي واژه هاي انگليسي بكار برده شده درمتن . . . . . .     ۵۸
۲۳- منابع . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .    ۶۱

فهرست اشكال
عنوان                                                                                                صفحه
شكل ۱: ارتباط بين نشت واندازه مخزن درسنگهاي پوشاننده . . . . . . .  ۳
شكل ۲: تونل بولمن در جنوب سوئد . . . . . . . . . . . . ….. . . . . . . . . . . . . . .  ۳
شكل ۳: مفاهيم سفره آب . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …. . . . . . . . . . . . . . .   ۶
شكل ۴: نفوذ پذيري هيدروليكي سنگها و توده هاي سنگي . . . . . . . . .   ۱۱
شكل ۵: رابطه بين نفوذ پذيري و عرض شكستگي . . . . . . . . . . . . . . . .   ۱۲
شكل ۶: نمودار همبستگي . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ….. . . . . . . . . . . .  ۱۹
شكل ۷: جهت اصلي تمام  درزه ها و تركها. . . . . . . . . . . . …. . . . . . . . . . . ۲۳
شكل ۸: توجيه اصلي تمام تركهاي داراي نشت . . . . . . . . … . . . . . . . . .    ۲۳
شكل ۹:  توزيع فراواني تركها و تركهاي داراي نشت . . … . . . . . . . . . . .  ۲۴
شكل ۱۰: توزيع هندسي شكافهاي با نشت جزئي . . . . . … . . . . . . . . . . .  ۳۴
شكل ۱۱: توزيع هندسي شكافهاي با نشت عمده . . . . . …. . . . . . . . . . .   ۳۴
شكل ۱۲: توزيع لگاريتمي نرمال  تركهاي با نشت جزئي …. . . . . . . . . .   ۳۴
شكل ۱۳:     توزيع فراواني شكافهاي با نشت عمده . . . . . . ….. . . . . . .    ۳۶
شكل ۱۴: نتايج كراسكال واليز آنووابه وسيله رتبه بندي. . . . …. . . . .     ۴۳
فهرست جداول
عنوان                                                                                                صفحه
جدول ۱: فهرست متغيرهاي هيدرولوژي  ، توپوگرافي و   تكنيكي كه در تونل بولمن مورد تجزيه و تحليل آماري قرار گرفته اند.. . .    ۳۰
جدول ۲:   نتايج عمده همبستگي متغيرهاي مختلف در ارتباط با نشت عمده و جزئي شكافها . . . . . . .       ۳۷
جدول ۳: نتايج حاصل از آناليز واريانس كراسكال واليزآنووا متغيرهاي توپوگرافي . .. . .       ۳۷
جدول ۴: نتايج حاصل ازآناليزواريانس كراسكال واليزآنووامتغيرهاي خاك۳۷
جدول ۵: نتايج حاصل ازآناليزواريانس كراسكال واليزآنووامتغيرهاي سنگ۳۸
جدول۶:نتايج حاصل ازآناليزواريانس كراسكال واليزآنووامتغيرهاي تكنيكي۳۹
جدول۷:نتايج حاصل ازآناليزواريانس كراسكال واليزآنووامتغيرهاي ژئوفيزيكي
۳۹
جدول۸: فرمول هاي رگرسيون خطي براي نشتهاي عمده و جزئي در مقياس ۱۰۰ متري . .  . .  ۴۷
جدول ۹: فرمول هاي رگرسيون خطي براي نشتهاي عمده وجزئي در مقياس ۵۰۰ متري . . .   ۴۷

دانلود فايل