فهرست مطالب

روش های تحلیلی و عددی مهندسی معدن - پیاپی 12 (پاییز و زمستان 1395)

نشریه روش های تحلیلی و عددی مهندسی معدن
پیاپی 12 (پاییز و زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1396/01/07
  • تعداد عناوین: 9
|
  • مقاله پژوهشی
  • بیژن ملکی*، عزت الله مظفری، ابوالفضل حاجی قربانی صفحات 1-9
    انجام تهویه دقیق و صحیح معادن از مهم ترین مسائل مربوط به ایمنی معدن است. اجرای مناسب شبکه تهویه معدن مستلزم شناخت و تحلیل دقیق حرکت هوا دربخش های مختلف معدن است. محاسبات تهویه در معادن متوسط وبزرگ زیر زمینی از پیچیدگی زیادی برخوردار بوده و مستلزم بکارگیری مدل ها وروش های تقریبی ریاضی مناسب خواهد بود. از جمله روش های تقریبی، گره- حلقه است کهتئوری خطی نیز نامیده می شود. در روش های هاردی- کراس و نیوتون- رافسون حدس اولیه منطبق با قانون گره کرشف لازم است. این حدس اولیه در شبکه های بزرگ با دشواری صورت گرفته و وقت گیر است. در روش گره- حلقه نیاز به حدس اولیه مطابق با قانون گره نیست. مزیت دیگر این روش سرعت همگرایی بیشتر آن برای معادلات درجه دو است. ابتدا، روش گره- حلقه درتحلیل شبکه های برق وآب به کار گرفته شد، اما تا کنون در تهویه معادن مورد توجه قرار نگرفته است. در این مقاله، شرح مختصری ازمبانی شبکه های تهویه معدن وروش گره- حلقه بیان می شود. سپس، چگونگی استفاده ازاین روش به صورت ماتریسی در تهویه معادن بر اساس دبی شاخه ها بررسی شده است. در ادامه، معادلات بیان کننده شبکه و نحوه خطی سازی آنها بیان شده و نحوه حل عددی ارائه شده است. درپایان شبکه تهویه معدن پابدانا به روش گره- حلقه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در این تحلیل بدون نیاز به دادن مقادیرتخمینی اولیه دبی، محاسبات به همگرایی منجرشد و توزیع هوا دربخش های مختلف معدن تعیین گردید.
    کلیدواژگان: شبکه تهویه، توزیع هوا، روش گره- حلقه، معدن زغالسنگ پابدانا
  • حمید معینی *، فرهاد محمدتراب، مجید کیخای حسین پور صفحات 11-19
    از روش های مهم در داده کاوی نظارت نشده داده های ژئوشیمیایی، انواع روش های خوشه بندی است که چنانچه روی متغیرها انجام شوند منجر به کاهش ابعاد داده ها می شوند. در میان انواع روش های خوشه بندی، نوع فازی آن به دلیل ویژگی های خاص منطق فازی و انعطاف بیشتر در تعیین گروه های داده مشابه، در سالیان اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش از الگوریتم فازی منعطف به نام FANNY به منظور خوشه بندی متغیرهای داده های ژئوشیمی رسوبات آبراهه ای که خاصیت ترکیبی دارند، استفاده شده است. با تحقیقات گسترده محققان علم آمار و ارائه روش های جدید بازکردن داده های ترکیبی، مشخص شده است که فاصله ها و روابط دیگری بر فضای این نوع داده ها حاکم است که برای درک بهتر آنها نیاز به انتقال ایزومتریک به فضای اقلیدسی است تا قابل استفاده و تفسیر با روابط کلاسیک آماری باشند. در پژوهش حاضر، پس از آماده سازی داده های ژئوشیمی رسوبات آبراهه ای منطقه انار کرمان (به عنوان مثالی از داده های ترکیبی با ابعاد زیاد) ابتدا دندروگرام اکتشافی روی متغیرها در فضای سیمپلکس و با استفاده از پارتیشن دودوئی ترتیبی(SBP) پیش فرض، محاسبه و ترسیم شد که با بکارگیری این روش، تعداد 4 خوشه با متغیرهای مشابه شناسایی شد. سپس دوباره با استفاده از الگوریتم fanny، همان متغیرهای داده های باز شده با تبدیل clr خوشه بندی شد. نتایج خوشه بندی متغیرها با الگوریتم fanny انطباق قابل قبولی با دندروگرام اکتشافی داده های ترکیبی نشان داد. در صورتی که SBP مورد نیاز برای بالانس های دندروگرام اکتشافی در مختصات ایزومتریک با شناخت کامل تر از متغیرها و نه بصورت پیش فرض تعیین شود نتایج دندروگرام دقت بسیار بهتری خواهد داشت.
    کلیدواژگان: رسوبات آبراهه ای، منطقه انار، الگوریتم fanny، دندروگرام داده های ترکیبی، فاصله آیچیسون، تبدیل clr
  • مجتبی دارابی *، عبدالحمید انصاری، نادر فتحیان پور، احمد قربانی، حسین مجتهدزاده صفحات 21-31
    در معدن سنگ آهن سه چاهون واقع در استان یزد با توجه به قرار گرفتن بخش اعظم ذخیره سنگ آهن در عمق پایین تر از سطح ایستابی ناحیه ای انجام یک مطالعه جامع در رابطه با نحوه جریان آب زیرزمینی در محدوده پیت و اطراف آن ضروری می باشد. در این راستا با استفاده از اطلاعات زمین شناسی سطحی و مقاطع موجود و همچنین استفاده از اطلاعات گمانه های لیتولوژی حفر شده در محدوده به ساخت مدل سه بعدی زمین شناسی محدوده و مقایسه با داده های سطح ایستابی و ژئوالکتریک شد. بررسی داده های مربوط به آزمایش های لوژن و لوفران به منظور تعیین ضرایب هیدرودینامیکی لایه ها، بررسی داده های مربوط به بارش و تبخیر، بررسی شکستگی ها و گسل های منطقهبه عنوان مجراهای انتقال جریان در سازند سخت از مراحل آماده سازی داده ها جهت ورود به مدل عددی است. خروجی مدل زمین شناسی به عنوان هندسه آبخوان به مدل عددی وارد شده است. با توجه به قرار گرفتن محدوده معدن در بخشی از حوضه آبریز سه چاهون و عدم مشخص بودن میزان آب ورودی به محدوده معدن ابتدا به مدلسازی حوضه آبریز منطقه در حالت پایدار توسط نرم افزار Feflow 6.2 پرداخته شد. سپس میزان آب ورودی و خروجی مدل مربوط به محدوده معدن با استفاده از مدل حوضه آبریز تعیین گردید. با توجه به پیچیدگی های موجود در محیط ناهمگن نتایج حاصل از مدلسازی عددی حوضه ابریز در حالت پایدار با 61 درصد همبستگی بین سطح ایستابی بدست آمده از مدل و اندازه گیری شده قابل قبول می باشد. ورودی آب در مدل کارگاه استخراج روباز از قسمت جنوب شرقی و خروجی آن از قسمت شمال غربی محدوده است. با توجه به اینکه روند عمومی گسل های منطقه شمالی-جنوبی است، میزان تغییرات سطح ایستابی در راستای شرقی-غربی بسیار شدید و در راستای شمالی-جنوبی کمتر می باشد. از طرفی با توجه به اینکه بیشترین مقدار جریان در راستای گسل ها و شکستگی های منطقه است، خطوط هم تراز سطح ایستابی در نقاط مختلف محدوده بسته می شوند.
    کلیدواژگان: مدلسازی عددی، سازند سخت، ناهمگن، ناپیوستگی، اجزا محدود، سه چاهون
  • ابراهیم یعقوبی، مسعود شمس الدین سعید*، پرویز معارف وند صفحات 33-45
    پایداری شیب یکی از پارامترهای اصلی و تعیین کننده در اقتصاد و ایمنی در معادن روباز است. شکست و به تبع آن گسیختگی شیب سبب زیان های جبران ناپذیر اقتصادی و جانی می شود. عوامل زیادی در ناپایداری شیب در معادن اثرگذارند. آنچه که در این تحقیق از آن با نام ریزش سنگین یاد می شود، ریزش های بالای 5 الی 6 میلیون تن است که چندین پله از معدن را شامل شده و روند استخراج در معدن را با مشکل مواجه می سازد. نمونه ای از این ریزش های بزرگ در معدن سرب و روی انگوران رخ داده است که به سبب آن حدود 40 میلیون تن باطله به درون پیت لغزید و خسارات سنگینی به اقتصاد معدن وارد کرد. لذا ارزیابی احتمال ریزش مجدد در این معدن برای جلوگیری از خسارات و هزینه های محتمل امری ضروری است.برای بررسی و مطالعه دقیقتر خواص ژئومکانیکی معدن انگوران، درزه های اصلی و گسل های موجود در معدن از نزدیک مورد مطالعه قرار گرفت وتعدادی نمونه از بخش آهکی معدن برای انجام آزمایش های مکانیک سنگی جهت تعیین خصوصیات ژئومکانیکی برداشت شد. پس از انجام آزمایشات مکانیک سنگی،با استفاده از نرم افزار 3DEC مدل سه بعدی معدن ساخته شد و ارزیابی های اولیه برروی آن انجام گرفت. با توجه به جابجایی های اولیه به دست آمده از نرم افزار و خواص ژئومکانیکی دیواره شرقی و شکل مقعر معدن در دیواره شمالی، این دیواره ها پایدار در نظر گرفته شد و در ادامه به ارزیابی احتمال ریزش در دیواره غربی پرداخته شده است.برای بررسی پایداری دیواره غربی، مدل با مقادیر مختلف چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی برای شیست و گسل موجود در این دیواره اجرا شد و ملاحظه شد که میزان جابجایی ها در پای دیواره بیشتر است. لذا بر روی جابجایی های صورت گرفته در پای دیواره تحلیل آماری صورت گرفت و احتمال ریزش سنگین مجدد در معدن بر اساس جابجایی های حاصل، 2/35 درصد به دست آمد.
    کلیدواژگان: پایداری شیب، ریزش سنگین، معدن روباز انگوران، 3DEC
  • عبدالله دینی، مرتضی احمدی *، کامران گشتاسبی صفحات 47-55
    مدل کردن و شبیه سازی اثر پارامترها روی رفتار سنگ در طی چند دهه اخیر افزایش یافته است. امروزه شبیه سازی ابزار مهمی برای تحلیل هایی است که در شرایط آزمایشگاهی امکان انجام آن میسر نیست. از علل اصلی استفاده از مدلسازی عددی سوراخ کاری با لیزر می توان به عدم دسترسی به فشارهای جانبی بالاتر از شرایط آزمایشگاهی موجود، بالا رفتن هزینه های سوراخ کاری با قطر زیاد، عدم امکان تفکیک تنش و کرنش های مکانیکی و حرارتی از هم، ناشی از لیزر در آزمایشگاه و همچنین بررسی اثرات ثانویه لیزرکاری در سنگ اشاره کرد. در این تحقیق، از روش المان محدود برای بررسی تنش های حرارتی و مکانیکی ناشی از سوراخ کاری با لیزر ND:YAG در نمونه سنگ های مخازن هیدروکربوری استفاده شده است. برای این منظور از نرم افزار آباکوس (ABAQUS) برای تحلیل های حرارتی و مکانیکی استفاده شد. یک مغزه سنگ مدلسازی شد و خصوصیات حرارتی سنگ مخزن از قبیل هدایت حرارتی، ظرفیت گرمایی و چگالی به عنوان پارامترهای ورودی در نظر گرفته شد. پس از اعمال نرخ حفاری و مدلسازی لیزرکاری بر اساس آزمون های آزمایشگاهی و انطباق خروجی مدل با این آزمون ها، اثر فشارهای جانبی بالا روی لیزر سنگ مطالعه شد. نتایج نشان داد مدل عددی به کار گرفته شده تطابق خوبی با شرایط واقعی دارد. در اطراف سوراخ ایجاد شده، تنش حرارتی ناشی از لیزرکاری نسبت به تنش های مکانیکی ناشی از فشار جانبی کمتر است و توزیع تمرکز تنش در آن ارتباط زیادی با مقدار فشار در برگیرنده ی نمونه سنگ دارد.
    کلیدواژگان: برش سنگ، لیزرکاری در سنگ، تنش حرارتی و مکانیکی، روش المان محدود نرم افزار آباکوس
  • خلیل خلیلی*، محمد شیوا، نسیم اسماعیلیان صفحات 57-65
    اطلاع داشتن از میزان رطوبت موجود در خاک رس در مرحله خشک کردن علاوه بر اینکه زمان دقیق آماده سازی برای مرحله پخت را در اختیار سازنده قرار می دهد، می تواند باعثکنترل بهتر فرآیند در جهت صرفه جویی زمان و انرژی شود. از طرفی اطلاع از چگونگی توزیع رطوبت بر روی سطح قطعه، امکان پیش بینی ایجاد ترک و یا عیوب دیگر را امکان پذیر می نماید. در این تحقیق با استفاده از تکنیک های مبتنی بر عکس برداری مادون قرمز به منظور ثبت تغییرات دمایی حاصل از فرآیند کنترل شده خشک کردن چند نمونه ی رسی و استفاده از روابط جسم نیمه بینهایت و انتقال حرارت گذرا، به بررسی میزان رطوبت و تغییرات آن در قطعه، در طول فرآیند خشک کردن پرداخته شده است. با مقایسه نمودارهای حاصل از آزمایش ها و نمودار های تئوری موجود در مراجع، مشاهده شد استفاده از مدل جسم نیمه بینهایت و تصویر برداری مادون قرمز به منظور تشخیص میزان رطوبت، روشی قابل استفاده است. از آنجایی که این روش، روشی رایانه ای و دیجیتال بوده، از سرعت عملکرد بسیار بالاتری نسبت به روش مکانیکی مرسوم برخودار است. با استفاده از این روش امکان مشاهده توزیع رطوبت در قطعه بدون نیاز به دخالت مکانیکی وجود دارد.
    کلیدواژگان: خشک کردن، ترموگرافی، تشخیص رطوبت
  • فاطمه عزیزیان، عبدالهادی قزوینیان، محمود بهنیا* صفحات 67-76
    ناهمسانگردی یکی از مهم ترین شاخصه های سنگ های رسوبی و دگرگونی است که در پایداری فضاهای روباز و زیرزمینی تاثیر گذار بوده و باید در طراحی ها در نظر گرفته شود. به همین منظور مطالعات آزمایشگاهی گسترده ای با هدف بررسی تاثیر ناهمسانگردی بر رفتار مکانیکی و مقاومت نهایی چنین سنگ هایی انجام شده است. مدلسازی عددی یک ابزار مهم در طراحی ساختارها و تحلیل پایداری آنها به شمار می رود. با توجه به قابلیت های موجود در روش های عددی با مبنای المان مجزا در مدلسازی فرآیند شکست نمونه های دارای ناهمسانگردی و همچنین توانایی این روش ها در رفتار نگاری شکست سنگ ها تحت فشارهای تک محوره و سه محوره، در این تحقیق با استفاده از روش المان مجزا (نرم افزار PFC) رفتار سنگ دارای همسانگردی عرضی تحت فشار سه محوره مورد بررسی قرار گرفت تا با استفاده از این روش عددی، رفتار سنگ های دارای ناهمسانگردی عرضی تحت شرایط مختلف بارگذاری مدلسازی شود و بنابراین قابلیت این روش در پیش بینی رفتار نمونه های آزمایشگاهی و برجا سنجیده شود. در این راستا نمونه هایی با زوایای مختلف لایه بندی (از 0 تا 90 درجه) با استفاده از روش المان مجزا مدل و تحت فشارهای همه جانبه ی مختلف بارگذاری شدند. نتایج این تحقیق نشان داد که روش المان مجزا قابلیت مدلسازی این نوع ناهمسانگردی ها را داشته و تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. همچنین بررسی ها نشان داد که مقاومت حداکثر در سنگ دارای همسانگردی عرضی به جهت صفحه ی ناهمسانگردی بستگی دارد و تغییرات آن نسبت به زاویه ی لایه بندی موجود، منحنی هایی U شکل با شانه هایی نابرابر است که در زاویه ی لایه بندی صفر درجه، حداکثر مقدار و در زاویه ی 30 درجه کمترین مقدار را دارد. نتایج همچنین نشان داد که افزایش فشارهای همه جانبه مود شکست نمونه ی دارای همسانگردی عرضی را تغییر نمی دهد.
    کلیدواژگان: همسانگردی عرضی، ناپیوستگی و مقاومت سنگ، روش المان مجزا، بارگذاری سه محوره
  • گزارش فنی
  • حمید شری زاده، سعید دهقان* صفحات 77-89
    پارامترهای متعددی مانند توالی حفر، روش حفر، ضخامت پوشش بتنی، فاصله بین دو تونل، طول دهانه پوشش داده نشده، خواص خاک و... بر میزان اندرکنش تونل های متقاطع غیرهمسطح تاثیرگذار هستند. از آنجا که توالی حفر تاثیر زیادی بر نشست سطح زمین و سایر جنبه های منفی تونلسازی دارد، لذا یکی از مهمترین پارامترهایی است که باید قبل از حفاری این تونل ها علی الخصوص در نواحی تقاطع تعیین شود. هدف اصلی این پژوهش تعیین بهترین توالی حفر برای تونل های متقاطع غیرهمسطح در نواحی شهری است. بدین منظور تقاطع تونل های خطوط 6 و 7 متروی تهران مد نظر قرار گرفته است و بهترین گزینه برای حفاری این تونل ها در محل تقاطع آنها به کمک مدلسازی عددی سه بعدی با نرم افزار MIDAS GTS NX تعیین شده است. هر دو تونل دارای قطرهای مشابهی بوده و به کمک دستگاه حفر مکانیزه TBM-EPB حفاری می شوند. این نرم افزار دارای قابلیت های خوبی برای مدلسازی تونل هایی که با سیستم مکانیزه حفر می شوند، است. برای دستیابی به هدف گفته شده، سه سناریو و پنج آلترناتیو در نظر گرفته شد و در هر سناریو اثر توالی حفر بر روی نتایج مدل از قبیل نشست سطح زمین، جابجایی کلی، نیروهای برشی و محوری القا شده در پوشش نهایی تونل ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد بهترین سناریو حالتی است که تونل کم عمق/ بالایی حداقل به میزان 10 برابر قطر زودتر از تونل عمیق/پایینی حفر شود.
    کلیدواژگان: توالی حفر، TBM-EPB، مدلسازی عددی، تونل های متقاطع غیر همسطح، MIDAS GTS NX
  • مقاله پژوهشی
  • محسن خانی زاده بهابادی، علیرضا یاراحمدی بافقی*، محمد فاتحی مرجی صفحات 91-105
    امروزه روش های عددی جایگاه ویژه ای در مکانیک سنگ پیدا کرده اند. این روش ها بسته به نوع مسئله و محیط بصورت ترکیبی نیز به کار می روند که اصطلاحا روش های هیبریدی نام گرفته اند. در شیب سنگ های درزه دار وقتی ناپیوستگی ها ناممتد باشند، همه بلوک های بالقوه به دلیل عدم برخورد درزه ها بوجود نمی آیند. در این شرایط تمرکز تنش می تواند موجب انتشار درزه شده و امکان اتصال آنها را بوجود آورده و بلوک های جدید را ایجاد کند. در این تحقیق از روش جابجایی ناپیوستگی (DDM) جهت رشد درزه و از روش آنالیز تغییر شکل ناپیوسته (DDA) جهت مدلسازی جابجایی های بزرگ در این شیروانی ها بصورت تلفیقی استفاده شده است. ابتدا مدلسازی هندسی ناپیوستگی ها به روش دیسک های تصادفی در برنامه 3DGM در محیط متمتیکا صورت گرفت، سپس ناپیوستگی های ناممتد در یک مقطع دو بعدی توسط برنامه TDDQCR در محیط متمتیکا تا تعادل نهایی رشد یافتند. در مرحله نهایی، پس از انجام اصلاحاتی برروی خروجی ها جهت ایجاد قابلیت ورود به برنامه DDA و UDEC ، تحلیل پایداری به دو روش اجزای مجزای ضمنی و صریح انجام گرفت. مورد مطالعاتی این پژوهش دیواره شمالی معدن چغارت است. در تحلیل مقایسه ای صورت گرفته به وضوح قابلیت روش آنالیز تغییر شکل ناپیوسته (DDA) نسبت به روش المان گسسته (DEM) در مدلسازی جابجایی های بزرگ به خصوص حرکت های چرخشی آشکار است. از طرفی دیگر با مدلسازی هندسی به روش درزه های نامحدود در 3DGM و مقایسه با مدلسازی هندسی به روش دیسک های تصادفی قبلی، تفاوت تحلیل پایداری با و بدون رشد ترک دیده شد و مشخص گردید که رشد ترک خود باعث ایجاد مدل هندسی متفاوت و پیرو آن نتایج متفاوتی در تحلیل پایداری شیروانی است.
    کلیدواژگان: روش های هیبرید، مدلسازی هندسی، رشد ترک، روش جابجایی ناپیوستگی (DDM)، روش آنالیز تغییر شکل ناپیوسته (DDA)
|
  • Bijan Maleki *, Ezatollah Mozaffari, Abolfazl Haji Ghorbani Pages 1-9
    Summary: Ventilation is one of the most important safety issues in mining operations. Proper analysis of mine ventilation network requires a detailed understanding of air movement in different parts of the mine. Ventilation analysis in medium and large underground mines is complicated and requires numerical modellings to be done. Among the approximation methods of network analysis is the node – loop method which is also known as linear theory method. In Hardy - cross and Newton-Raphson methods, initial guesses are used based on the continuity equations of nodes that are difficult for the large networks and time consuming. The advantage of the node-loop method is that it doesnt need to consider the initial guessing for node equations. Another advantage of this method is the higher speed of convergence for second-order equations. Initially, this method was used in electricity and water distribution networks, but it seldom has been used in mine ventilation network. In this paper, the fundamentals of ventilation network equations and node - loop method are explained. Then the use of this method for solving the equations in mine ventilation is discussed. Network equations are introduced by matrix forms based on branches flow rates. The governing equations for the network and the method for linearization are introduced, followed by a numerical example of mine ventilation network. Finally, Pabdana mine ventilation network has been analyzed by the node-loop method. In this case study, air distribution was calculated in different parts of the mine with good convergence not using initial guess.
    Introduction
    Ventilation is one of the most important safety issues in mining operations. Proper analysis of mine ventilation network requires a detailed understanding of air movement in different parts of the mine. Ventilation analysis in medium and large underground mines is complicated and requires application of numerical methods.

    Methodology and Approaches: The node-loop method for ventilation network is used in this paper. The practical application of this method is for modeling and analysis of mine ventilation networks. The governing equations and the linearization method are introduced. The advantage of the node-loop method is that there will be no initial guessing for implementing solution. The structured matrixes used are made so that to fit comprehensive ventilation conditions in mines, which includes simultaneous application of fans and natural ventilation.
    Results and
    Conclusions
    The node-loop method is shown as an alternative method for mine ventilation networks. The use of this method for solving the equations in mine ventilation is discussed. Network equations are introduced by matrix forms based on branches flow rates. A numerical example of mine ventilation network is followed to better introduce the method. It has also been shown that in this method the speed of convergence is higher for the second-order equations. Finally, Pabdana mine ventilation network has been analyzed by the node-loop method. In this case study, air distribution was calculated in different parts of the mine with good convergence. The operational point of fans is also obtained. The method can be introduced for mine ventilation design and analysis.
    Keywords: Ventilation Network, Air Distribution, Node-Loop Method, Pabdana Coal Mine
  • Hamid Moini *, Farhad Mohammadtorab, Majid Keykha Hosseinpour Pages 11-19
    Summary: One of the most important methods in unsupervised datamining is clustering that when applied on variables leads to dimension reduction. Among all of them, fuzzy clustering methods are preferred because of special features and better flexibility in partitioning groups. In this study, FANNY algorithm proposed by Kauffmann and Rousseuw has been applied in variable clustering of the geochemical stream sediments that have a compositional nature. Referring to the extensive recent researches and novel methods presented in opening compositional data, another definition of distance is needed for them to be transformed isometrically to the euclidean space to be interpretable with classical operations. In this case study after preparation of geochemical stream sediments data of Anar region in Kerman, first the exploratory dendrogram of the simplex space was plotted and 4 clusters were obtained. Then using fanny algorithm, clr-transformed variables were clustered. It showed an acceptable conformity with the dendrogram results. In case of determining the balances of SBP manually instead of default and with a prior knowledge, the results of exploratory dendrogram would be more precise.
    Introduction
    Geochemical exploration based on stream sediment analysis, is one of the most important methods in assessing mineral potentials in prospecting brownfield areas. Different statistical methods have been developed to identify the pattern of groups of associated geochemical elements in the last decades. In this research, stream sediments data clustering of Anar exploratory region have been analyzed with a particular perspective of the closed nature of geochemical datasets using two known methods, fuzzy clustering and exploratory dendrogram.
    Methodology and Approaches: First, using R software compositions-package, exploratory dendrogram of compositional data was calculated and plotted based on ward criterion and default sequential binary partition balances in simplex space. Due to applying this method, 4 clusters were detected. Then by applying fanny algorithm (cluster package) –one of the most flexible ones in fuzzy clusterings –on clr- transformed data, 4 clusters with the best silhouette were determined. The fuzzification degree was selected in a way that would be near to crisper methods like dendrogram in order to compare the results.
    Results and
    Conclusions
    Although different methods applied on transformed compositional data, their similar results showed very good conformity with lithology and geological structures. It presented a good separation in simplex space. If the balances in SBP are to be defined manually, the reduced dimensions of the variables would be more informative.
    Keywords: Stream sediments, Anar region, FANNY algorithm, Compositional data (CoDa) dendrogram, Aitchison distance, clr-transform
  • Mojtaba Darabi *, Abdolhamid Ansari, Nader Fathianpour, Ahmad Ghorbani, Hossein Mojtahedzadeh Pages 21-31
    On The Sechahoon iron ore mine located in Yazd Province, since most of iron ore deposit is placed at the bottom of water table, a complete study about the hydrogeology around open pit of mine is necessary. In this regards, by using surface geological data and the existing sections, and use information from boreholes drilled in the area build a three-dimensional geological model and compared with the water table and geoelectric data were examined. Survey data Lugeon and Lufran tests to determine the hydrodynamic coefficients of the layers, survey data on precipitation and evaporation, check fractures and faults in the flow channels in the formation of hard preparation of data for entry into the numerical model. Geology modeling output entered to the numerical model as aquifer geometry. Due to inside the mining area in the watershed Sechahoon and determination of the amount of water entering to the mine was initially modeled catchment area at steady state. The amount of water input and output of the mine area was determined using the catchment model. These models were made at steady state by Feflow 6.2. Due to the complexity of a heterogeneous environment, the results of numerical modeling of catchment at steady state with 61% correlation between model and Measuring water table is acceptable. Water inflow in the open pit mining is the southeast and the northwest part of it is outflow. Given the general trend north-south fault zone, the rate of change of the water table in the extreme east-west and north-south direction is lower. Also, considering the highest amount of flux is in line with faults and fractures of region, the water table isoline in many parts of model are closed.
    Keywords: numerical modeling, heterogeneous, Discrete feature, Finite element, Sechahoon
  • Ebrahim Yaghoubi, Masoud Shamsadin Saeid *, Parviz Maarefvand Pages 33-45
    Summary: In this research, stability analysis and probability assessment of the further failure for Angooran lead and zinc mine have been investigated. To investigate its geomechanical properties precisely, main joints and available faults were appraised and some samples of the mine limestone zone were prepared to determine strength properties of rocks using laboratory tests. Then, the 3DEC code was used to construct a three dimensional model. According to the initial displacements from the software and geomechanical properties of the eastern wall and its concave shape, this wall was supposed to be stable. Further analyses were focused on the western wall. For stability analysis of the western wall, the model was constructed based on different cohesions and internal friction angles. It was observed that the magnitudes of displacements were higher than in the eastern wall. So, statistical analysis was performed on the toe of the wall and the probability of the failure calculated to 35.2 percent, according to the obtained displacements.
    Introduction
    Slope stability is one of the major and determiner parameters in the economy and safety of open pit mines. Failure and consequently rupture of the slope caused no compensable economic and humanity losses. So, probability assessment of the further failure for presentation of damages and additional costs is of prime importance. In this research, stability analysis and probability assessment of the further failure for Angooran lead and zinc mine have been investigated.
    Methodology and Approaches: To investigate geomechanical properties precisely, main joints and available faults were appraised and some samples of the mine limestone zone were prepared to determine strength properties of rocks using laboratory tests. Then, the 3DEC code was used to construct a three dimensional model. According to the initial displacements from the software and geomechanical properties of the eastern wall and its concave shape, this wall was supposed to be stable. Further analyses were focused on the western wall. For stability analysis of the western wall, the model was constructed based on different cohesions and internal friction angles.
    Results and
    Conclusions
    In this research, field and laboratory studies were carried out in order to achieve accurate data of Angooran lead and zinc open pit mine. According to the obtained displacements of the model, probability of heavy failure was evaluated. The results are listed below:
    Keywords: Slope stability, Failure, Angooran open-pit mine, 3DEC
  • Abdollah Dini, Morteza Ahmadi *, Kamran Goshtasbi Pages 47-55
    Summary: Modelling and simulation have increased in the study of rock engineering in the past decades. Numerical simulation is an important tool for analysis that is impossible to do in the laboratory. The main reasons for using numerical modeling in laser drilling which can be mentioned are lack of access to high confining pressure in the existing laboratory condition, increase in the cost of drilling in large diameter, differentiation mechanical and thermal stresses and strain caused by the laser in the laboratory, as well as important secondary effects in laser drilling on rock. In this study, a Finite Element Method (FEM) is used for understanding the thermal and mechanical stresses caused by the ND: YAG laser drilling in the reservoir rocks. For this purpose, ABAQUS code was employed to analyse the thermal and mechanical stresses. A numerical model of a core rock was simulated and thermal properties of a reservoir rock such as thermal conductivity, heat capacity and density were imported into the code. By entering drilling rate to the model, tests carried out in the lab were simulated and after conformity with them, high confining pressures were imposed.
    Introduction
    Laser perforating is a new scientific approach to the generation of uniform holes in oil and gas reservoir wells at a selected pitch to improve the permeability of rocks. Thermal stress generated by differential thermal expansion of minerals and high-temperature gradient, breaks the bonds between the grains. In this range of temperature, physical and chemical changes occur that are associated with the process of spallation. Hence, Laser rack spallation is a complicated phenomenon depending on many factors. Using experimental studies to comprehend this phenomenon is merely expensive and time-consuming. Since there are not enough techniques to appraise some of the factors, they should be studied in the laboratory. On the other hand, numerical modelling provides simulative action of the factors which are difficult to be considered by experimental research. Many researchers have been examined the laser cutting process. In previous studies, researchers focused mainly on some factors to improve the cutting quality and assess the thermal stress levels around the cutting section. However, these studies were limited mainly laser cutting of rock and has not been examined the thermal and mechanical stress analysis in detail.
    Methodology and Approaches: The finite element model has been used to simulate the thermal and mechanical stresses induced by laser drilling ND: YAG. For this investigation, some samples have been taken from a hydrocarbon reservoir in Ahvaz. For this purpose, ABAQUS software was used and thermal properties of reservoir rocks, such as thermal conductivity, density and heat capacity were considered.
    Results and
    Conclusions
    Results of the numerical study show that the model has good agreement with the lab tests. Around the drilled holes, thermal stress induced by the laser is lower than the mechanical stress caused by confining pressure. And the distribution of the stress concentration has a high correlation with the amount of confining pressure.
    Keywords: Rock cutting, laser drilling in rock, thermal, mechanical stress, Finite Element Method, ABAQUS
  • Khalil Khalili *, Mohammad Shiva, Nasim Esmaeilian Pages 57-65
    Knowing the amount of existing water in clay-like material not only provides the means to predict the drying time more accurately, but also can help in better process control reducing time and energy. In addition, it is possible to predict occurrence of defects such as crack and distortion.
    The current research; employs infrared imaging technology to record temperature changes during a controlled drying process of several clay-like material samples. Transient heat transfer and equations of semi-finite object are used to study the moisture and its changes during drying process. Comparing the experimental data with analytical values shows that the semi-finite model and thermal imaging can be used to evaluate the moisture content of clay-like objects. Thermography; being a non-contact digital method is significantly quicker than traditional mechanical methods, hence; it can be employed to visualize the distribution of moisture on the surface of the objects without mechanical intervention.
    Keywords: Drying, Thermography, Moisture measurement
  • Fatemeh Azizian, Abdolhadi Ghazvinian, Mahmoud Behnia * Pages 67-76
    Summary: Anisotropy is an important feature of sedimentary and metamorphic rocks. This character affects opening stability and must be considered in design. So many laboratory tests are done to consider the influence of anisotropy on mechanical behavior and failure strength of such rocks.
    Introduction
    Numerical modeling is an effective tool in design of structures and stability analyses. Because of computational complexity and the difficulty of determining the necessary elastic constants, it is usual for only the simplest form of anisotropy, transverse isotropy, to be used in design analyses. The peak strengths developed by transversely isotropic rocks in triaxial compression vary with the orientation of the plane of isotropy, foliation plane or plane of weakness, with respect to the principal stress directions.
    Methodology and Approaches: In this study the behavior of a transversely isotropic rock under triaxial loading is considered by using distinct element method due to its potential to modeling failure process of anisotropic materials and because of its ability to monitoring failure of these rocks under uniaxial and triaxial conditions. The bonded-particle discrete element method with embedded smooth joints was applied to model the mechanical behavior of transversely isotropic rock with systematic verifications. Particle Flow Code 2D (PFC2D) developed by Itasca was applied in this study to employ the bonded-particle DEM. The bonded particle model was adopted to construct isotropic rock without weak planes, which was calibrated based on elastic modulus and strengths that have the least effect of weak planes. Then, the smooth joint model was inserted to create the weak cohesive planes to simulate the behavior of the equivalent anisotropic continuum.
    Results and
    Conclusions
    The results showed that the bonded-particle DEM model with embedded smooth joints was able to simulate the transversely isotropic rock. In this Research, some samples made by PFC were loaded under confining pressure in varying layering angle (0 to 90). Results showed that the distinct element method is able to model transversely isotropy and is in a good accordance with experimental data. Also it’s indicated that the peak strength of transversely isotropic rock is related to angle of anisotropy and its variation versus to layering angle show U-shape curves with unequal shoulder which has a minimum value in 30 degree of layering and a maximum value in zero. Results indicated that increase of confining pressure doesn’t change the failure mode of transversely isotropic rocks, unevenness ratio and depth ration. This study pave the way for further applications, and the bonded-particle DEM model can be further employed effectively in rock engineering applications, particularly in transversely isotropic rock formations.
    Keywords: transversely isotropy, Discontinuity, rock strength, distinct element method, Triaxial loading
  • Hamid Sherizadeh, Saeed Dehghan* Pages 77-89
    Summary: There are many factors which affect the interaction between non-level crossing tunnels such as excavation sequence, excavation method, lining thickness, the distance between tunnels, the length of unsupported span, soil properties and etc. The excavation sequence is one of the most important factors which should be determined before construction of their intersections, especially in urban areas as it has many effects on surface subsidence and other negative aspects of tunneling. The main purpose of this study is determining the best excavation sequence for non-level crossing tunnels in urban areas. For this purpose, the intersection between lines 6 and 7 tunnels of Tehran subway has been considered and the best alternative for a sequence of their excavation was determined by 3D numerical models by MIDAS GTS NX, numerical finite element software. Both tunnels have an equal diameter and are excavated by TBM-EPB machines. This software has good capabilities for modeling of mechanized excavation of tunnels. To achieve the above-mentioned objective, three scenarios, and five alternatives were considered and in each scenario, the effect of excavation sequence on the results of the model such as surface subsidence, total displacement, axial and shear forces on lining has been investigated by numerical models. The results show that the best scenario is the excavation of upper/shallow tunnel at least 10 times of diameter earlier than lower/deeper tunnel.
    Introduction
    First of all, assumptions considered are intended. Then, literature was reviewed and the project is introduced precisely. Finally, the 3D model by finite element software was made, and all scenarios and alternatives of excavation sequences were investigated. According to results the best scenario is the excavation of upper/shallow tunnel at least 10 times of diameter earlier than lower/deeper tunnel.
    Methodology and Approaches: Because there are various factors affecting the interaction of non-level crossing tunnels, so the best method for investigating these, are numerical models. And because the medium that tunnels are constructed in is a continuum, the finite element method for solving the problem is used. And due to 3D nature of the problem, 3D modeling is used.
    Results and
    Conclusions
    As mentioned before, the best scenario is the excavation of upper/shallow tunnel at least 10 times of diameter earlier than lower/deeper tunnel. Other researchers also believe to the results obtained. So suggestion for feature studies is: the investigation should be focused on only the scenarios that shallower tunnel is excavated first.
    Keywords: Excavation Sequence, TBM-EPB, numerical modeling, Non-Level Crossing tunnels, MIDAS GTS NX
  • Mohsen Khanizadeh Bahabadi, Alireza Yarahmadi Bafghi *, Mohammad Fatehi Marji Pages 91-105
    Due to technological progress and consequently the development of numerical methods in solving problems, numerical methods have found a special place in various sciences especially rock mechanics. Numerical methods can be used according to the type of medium used as a combination that so-called hybrid methods. According to studies on slope stability analysis, displacement discontinuity method for crack growth and discontinuous deformation analysis method for modeling large displacements as combination was found suitable. Hence first by providing flowchart of how the combination of these two methods, with geometrical modeling using random disks method and infinite joints method in the program coding in the Mathematica environment, to crack growth in the geometrical model created by random discs coded in the Mathematica program deals and finally, stability analysis was conducted in the DDA and UDEC software. It is worth mentioning, the case studies used in this study was tectonic block 4 Choghart and according to the comparison be made can clearly capabilities discontinuous deformation analysis method than the discrete element method in modeling large displacements observed. It is worth mentioning that crack growth creates geometric model is different and follow different results in the slope stability analysis.
    Keywords: Hybrid Numerical Methods, Geometrical Modeling, Crack Growth, Stability Analysis