فهرست مطالب

زمین شناسی مهندسی ایران - سال چهاردهم شماره 4 (زمستان 1400)

نشریه زمین شناسی مهندسی ایران
سال چهاردهم شماره 4 (زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/01/25
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید محمود فاطمی عقدا*، محمدحسین طاهری نیا، احمد فهیمی فر، محمدرضا کوپی علیپور صفحات 1-9

    در این مقاله مکانیسم رانش تراکمی که می توان آن را مرتبط ترین مکانیسم رانش نفت با ویژگی های ژیومکانیکی مخزن دانست مورد بررسی قرار گرفته است. در مدل سازی های رایج تنش عمودی کل بر مخزن، ثابت فرض می شود. یکی از مشکلات مهم این مدل ها در نظر نگرفتن پدیده قوس زدگی تنش در حین تراکم مخزن بوده که منجر به کاهش تنش عمودی کل شده و همچنین توزیع تنش های عمودی و افقی را تحت تاثیر قرار می دهد. در این مقاله با توجه به قابلیت بالای نرم افزار آباکوس در مدل سازی عددی محیط متخلخل، از این نرم افزار جهت مدل سازی مخازن فرضی با خصوصیات الاستیک متفاوت و قرار گرفته در اعماق مختلف استفاده گردیده است. براساس نتایج بدست آمده تفاوت در ضریب الاستیک مخزن با محیط دربرگیرنده و نسبت عمق به ابعاد مخزن مهمترین پارامترهای کنترل کننده پدیده قوس زدگی تنش و همچنین پارامترهای تعیین کننده در الگوی توزیع تنش ها و تراکم مخزن می باشد. همچنین بررسی تاثیر قوس زدگی تنش برروی مکانیسم رانش تراکمی نشان داد که رخداد این پدیده می تواند حتی تاحدود 50 درصد باعث کاهش تراکم حفرات مخزن و در واقع نصف شدن میزان تولید نفت در اثر مکانیسم رانش تراکمی نسبت به برآورد اولیه آن (بدون در نظر گرفتن اثر قوس زگی تنش) گردد. از این رو در نظر گرفتن تاثیر قوس زدگی تنش در تخمین میزان بازیافت نفت در اثر مکانیسم رانش تراکمی بویژه در میدانی با نسبت عمق به گسترش جانبی بالا و دارای سنگ مخزنی با مدول الاستیسیته پایین تر نسبت به سنگ های در برگیرنده، امری ضروری می باشد.

    کلیدواژگان: قوس زدگی تنش، رانش تراکمی، مسیر تنش مخزن، بازیافت نفت، تراکم پذیری مخزن
  • محسن صالحی، میثم بیات*، محسن سعادت، مسعود نصری صفحات 11-22

    در این مقاله مقادیر وزن مخصوص خشک ماکزیمم، رطوبت بهینه و مقاومت برشی نمونه های تثبیت شده خاک ماسه لای دار بهسازی شده با ضایعات خرده سنگ حاصل از فعالیت صنایع سنگبری، مورد بررسی قرار گرفته است. اثر مقدار خرده سنگ، سیمان، آهک، زمان عمل آوری و تعداد سیکل های ذوب و یخبندان بعنوان متغیرهای اصلی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایش های پراکتور اصلاح شده نشان می دهد که وزن مخصوص خشک ماکزیمم با افزایش خرده سنگ، سیمان یا آهک روند افزایشی دارد و همچنین رطوبت بهینه با افزایش خرده سنگ کاهش چشم گیری پیدا می کند. نتایج آزمایش CBR نشان می دهد که در تمامی نمونه ها، افزایش مدت زمان عمل آوری باعث افزایش چشم گیری در مقادیر CBR شده است. افزایش مقدار خرده سنگ در نمونه های تثبیت شده با آهک و سیمان باعث افزایش CBR شده است. افزایش مقادیر سیمان یا آهک در نمونه های تثبیت شده با مقادیر یکسانی از خرده سنگ در یک مدت زمان عمل آوری خاص، باعث افزایش مقاومت شده است. مقایسه نتایج بین نمونه های تثبیت شده با سیمان و آهک نشان می دهد که نمونه های تثبیت شده با سیمان مقاومت بیشتری نسبت به نمونه های تثبیت شده با آهک در شرایط یکسان دارد. نتایج آزمایش های ذوب و یخبندان نیز نشان می دهد که افزایش تعداد سیکل های ذوب و یخبندان موجب کاهش CBR نمونه-های تثبیت شده با آهک و سیمان می شود. اثر تعداد سیکل های ذوب و یخبندان بر کاهش مقاومت نمونه ها با افزایش مقدار خرده سنگ، چشمگیرتر است.

    کلیدواژگان: ماسه لای دار، خرده سنگ، تثبیت، سیما، آهک
  • پیام عشقی، عطا جعفری شالکوهی*، حامد ترابی خداشهری، آذین پوردادا صفحات 23-37

    بهسازی خاکهای مسئله دار به عنوان امری اجتناب ناپذیر نقش مهمی در پروژه های عمرانی دارد. اضافه نمودن برخی از افزودنی ها به خاک، به عنوان یکی از روش های موثر در بهبود مشخصه های رفتاری خاک همواره مدنظر مهندسین ژیوتکنیک بوده است. در این پژوهش به بررسی اثر الیاف پلی پروپیلن و نانوسیلیس در ترکیب با خاک به عنوان یک روش نوین برای بهسازی پارامترهای مکانیکی خاک استفاده گردید. هدف از این تحقیق بررسی اثر افزودن نانوسیلیس و الیاف پلی پروپیلن بر روی مشخصات خاک رس با پلاستیسیته کم در آزمایش تک محوری می-باشد. سه ترکیب مختلف از نسبت های الیاف پلی پروپیلن (%25/0- %5/0 و %1 وزن خاک خشک) و سه ترکیب از نانوسیلیس (%5/0- %75/0 و %1 وزن خاک خشک) استفاده شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که افزودن ترکیب الیاف پلی پروپیلن و نانوسیلیس در خاک رس باعث افزایش مقاومت فشاری محصور نشده و همچنین افزایش مدول الاستیسیته می گردد که به ترتیب باعث افزایش 69/4 و 17/4 برابر نسبت به رس طبیعی شده است. همچنین با اضافه کردن نانوسیلیس شکست نمونه ها بیشتر از ترکیب خاک با الیاف است، اما با افزایش مقادیر الیاف، مکانیزم گسیختگی نمونه های اصلاح شده تغییر می کند در نتیجه با افزایش مقادیر الیاف، کرنش گسیختگی افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: تثبیت خاک، نانوسیلیس، الیاف پلی پروپیلن، مقاومت فشاری محصور نشده، مدول الاستیسیته
  • میترا حاتمی جربت، مهدی حسینی*، مهدی مهدی خانی صفحات 39-58

    بتن، به عنوان پرکاربردترین مصالح معمولا ارزان ترین مصالح موجود را در خود دارد. از این رو به سبب بروز ترک و شکستگی می تواند خسارت های جبران ناپذیری را به بار آورد. به این منظور در سال های اخیر با ساخت بتن های الیافی مسلح، تا حدود زیادی ضعف های مذکور در آن بهبود یافته است. در این پژوهش با استفاده از روش آزمون روی دیسک برزیلی دارای ترک مستقیم ، پیش بینی روند انتشار ترک و چقرمگی شکست در نمونه های بتن بدون الیاف و نمونه های حاوی الیاف شیشه در درصدهای حجمی مختلف 0/2، 0/35 و 0/5بررسی شده است. علاوه بر این، فرآیند گسترش ترک از شکاف های از پیش موجود در نمونه ها و همچنین چقرمگی شکست در حالت های I، II و حالت ترکیبی I-II محاسبه شد. آزمایش دیسک برزیلی بر روی نمونه های موردمطالعه در زوایای 0، 15، 28/83، 45، 60، 75 و 90 درجه نسبت به راستای ترک از پیش موجود انجام شده است. پس از مطالعات آزمایشگاهی مشخص گردید که شروع ترک های باله ای در زوایای کم تر از 75 درجه از نوک ترک از پیش موجود اتفاق می افتد و با ادامه ی بارگذاری مسیر رشد و انتشار ترک به راستای بارگذاری نزدیک می گردد. این در حالی است که برای زوایای 75 درجه و بزرگ تر از آن، شروع ترک با فاصله d از نوک ترک آغاز می گردد. این فاصله در نمونه های فاقد الیاف بیشتر از نمونه های حاوی الیاف است. همچنین نتایج نشان می دهد چقرمگی شکست مود I، II و ترکیبی I-II با استفاده از مقادیر 0/2درصد الیاف شیشه بیش از چقرمگی شکست نمونه های فاقد الیاف می باشد.

    کلیدواژگان: انتشار ترک، بتن مسلح الیافی، چقرمگی شکست حالت I، چقرمگی شکست حالت II، چقرمگی شکست حالت ترکیبیI-II
  • رضا میکائیل*، بهروز سلطانی، عارف علیپور، امیر جعفرپور صفحات 59-73
    امروزه بخش مهمی از معادن سنگ‏های ساختمانی کشور علاوه بر مخاطرات ایمنی، متاثر از مخاطرات اقتصادی از قبیل: کاهش بازار تقاضا، کاهش کیفیت تولید، افزایش هزینه های تولید و به تناسب آن، افزایش قیمت تمام شده هستند که این امر منجر به کاهش ظرفیت تولید و یا متروکه شدن معادن شده است. بنابراین مطالعه و بررسی این مشکلات مذکور به موازات ارزیابی مخاطرات ایمنی، به منظور بهبود وضعیت معادن سنگ ساختمانی و افزایش صادرات محصولات معدنی، امری لازم و ضروری محسوب می شود. پژوهش حاضر، با رویکرد نوینی در معرفی مسایل و مشکلات اقتصادی در کنار مخاطرات ایمنی برای معادن سنگ ساختمانی استان آذربایجان غربی پرداخته و راهکارهایی برای خروج از آن‏ها ارایه کرده است. برای انجام این پژوهش، پس از شناسایی مخاطرات ایمنی و اقتصادی، میزان شدت خطر، احتمال وقوع و احتمال کشف خطر در 10 معدن سنگ ساختمانی استان آذربایجان غربی با تکمیل پرسش نامه مورد ارزیابی قرار گرفت و عدد ریسک هر یک از مخاطرات با استفاده از روش ارزیابی ریسک FMEA تعیین شد. بررسی‏ها نشان داد که بی ثباتی در قوانین و مقررات معدنی، قیمت تمام شده ماده معدنی، بازار مسکن، تامین سرمایه های ثابت و در گردش، تامین منابع مالی، کرایه حمل فرآورده های استخراجی به کارخانه های فرآوری و تاثیر سیاست بر اقتصاد معدنی از جمله مخاطراتی با ریسک بالای 80 (منطقه پرریسک) هستند که با تدوین و اجرای سیاست‏های صحیح می‏توان صنعت سنگ ساختمانی را به حاشیه ایمن از دیدگاه اقتصادی هدایت کرد.
    کلیدواژگان: معادن سنگ ساختمانی، روش سیم برش الماسه، ریسک اقتصادی، مخاطرات ایمنی، FMEA
  • محمد عطایی*، رسول رمضان نیا، رضا کاکائی، هادی حسینی، عبدالمجید صالحی نسب صفحات 75-88

    استخراج و بهره برداری یکی از بخش های مهم در حوزه ی معادن و صنایع معدنی است. حفر چال های انفجاری اولین مرحله از چرخه ی تولید در معادن روباز می باشد که قسمت عمده ای از هزینه های استخراج را به خود اختصاص می دهند. سرمته ها به عنوان یکی از حساس ترین و مهم-ترین قسمت های حفاری در فرآیندهای عملیاتی، با توجه به نوع کاربرد و هزینه های بالای تمام شده از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. سایش و فرسودگی این ابزار پارامتر مهمی برای برآورد کارایی تجهیزات حفاری در پروژه های معدنی است. سایش سرمته های حفاری تابع عوامل مختلفی است که برخی وابسته به ماشین آلات، پارامترهای عملیاتی و پارامترهای مدیریتی و برخی تابع شرایط و خصوصیات ماده سنگ و توده سنگ و محیط اطراف است. بررسی پارامترهای موثر بر سایش سرمته ها می تواند با کاهش اثرات سایش، از هدر رفتن زمان و هزینه های اضافی وارد بر فرآیند حفاری جلوگیری نماید. لذا در این تحقیق ارزیابی عوامل موثر بر سایش سرمته های سه مخروطی دورانی در معدن مس سرچشمه مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا سایش سرمته های سه مخروطی دورانی از طریق افت وزنی محاسبه شده و با تعیین پارامترهای موثر، ارتباط بین این عوامل و سایش سرمته های سه مخروطی دورانی از طریق روش آماری تعیین شده است. سپس با استفاده از تحلیل حساسیت مقدار تاثیر پارامترهای ورودی بر روی هدف تعیین شده است. نتایج این تحلیل ها نشان می دهد که تمامی پارامترهای تحقیق به غیر از شاخص شدت دگرسانی شیمیایی، تخلخل و کوارتز محتوی معادل سنگ بر روی خروجی مورد نظر (سایش سرمته های سه مخروطی دورانی) تاثیرگذارند .

    کلیدواژگان: حفاری، سایش، سرمته های سه مخروطی دورانی، روش آماری، تحلیل حساسیت
|
  • Seyed Mahmoud Fatemi Aghda *, Mohammad Hossein Taherynia, Ahmad Fahimifar, Mohammadreza Koopialipoor Pages 1-9

    In this paper, the compression drive mechanism, which can be considered as the most related oil drive mechanism with the geomechanical properties of the reservoir, has been investigated. The constant total vertical stress on the reservoir and uniaxial reservoir compaction with zero lateral strain are two main assumptions in the conventional reservoir compaction modeling. These assumptions are not considering the stress arching which leads to a reduction in the total vertical stress. In this paper, due to the high capability of Abaqus software in numerical modeling of porous media, this software has been used to model the compaction of oil reservoirs with different elastic properties and located at different depths. Based on the obtained results, the difference in the elastic modulus of the reservoir with the surrounding rock and the ratio of depth to the dimensions of the reservoir are the most important parameters controlling the stress arching. Also, the study of the effect of stress arching on the compaction drive mechanism showed that the stress arching can reduce the compaction of reservoir pores by up to 50% and halve the oil production compared to its initial estimate by the compaction drive mechanism without considering the stress arching. Therefore, it is necessary to consider the effect of stress arching in estimating oil recovery due to compaction drive mechanism, especially in fields with a high depth to lateral expansion ratio and reservoir rocks with a lower modulus of elasticity than the surrounding rocks.

    Keywords: Stress arching, Compaction drive, reservoir stress path, Oil Recovery, reservoir compaction
  • Mohsen Salehi, Meysam Bayat *, Mohsen Saadat, Masoud Nasri Pages 11-22

    In this paper, the maximum dry density, Optimum moisture content and CBR value of stabilized soil specimens mixed with crushed stone obtained from rock factory waste have been investigated. The effects of the crushed stone waste, cement or lime contents, curing time and number of freeze-thaw cycles have been investigated. The results of standard Proctor compaction tests show that the maximum dry density has an increasing trend due to the increase in crushed stone, cement or lime content, and also the optimum moisture decreased significantly with the increase of the crushed stone content. The results of the CBR test show that the increase in processing time caused a significant increase in CBR values. Increasing the crushed stone waste in lime or cement-stabilized specimens results in an increase of CBR value. Increasing the cement or lime content increases the strength of the specimens for a given crushed stone content and curing time. Comparing the results between cement and lime-stabilized specimens shows that cement-stabilized specimens have more resistant than lime-stabilized specimens under the same condition. The results of freezing-thawing tests show that increasing the number of freeze-thaw cycles decreases the CBR value of lime or cement-stabilized specimens. The effect of the number of freeze-thaw cycles on reducing the resistance of the specimens is more significant with increasing the crushed stone content.

    Keywords: Silty sand, Crushed stone, Stabilization, cement, lime
  • Payam Eshghi, Ata Jafary Shalkoohy *, Hamed Torabi Khodashahri, Azin Pourdada Pages 23-37

    Improvement of problematic soils, as an inevitable issue, has an important role in the construction projects. Adding some additive materials to the soil, has been considered as one of the effective procedure in improving characteristics behavior of soils. In this study, the effect of polypropylene fibers and nano-SiO2 in combination with clay was investigated, as a novel method, in order to refining mechanical properties of the soil. The purpose of this research is to investigate the effect of nano-SiO2 and polypropylene fibers on the properties of low plasticity clay by applying Unconfined Compression Test. Three different mixtures of the proportion of polypropylene fibers(0.25 %, 0.5%, and 1% of dry weight of clayey soil) and nano-SiO2 (0.5%, 0.75%, and 1% of dry weight of clayey soil) has been used. The results of this study show that adding the mixture of polypropylene fibers and nano-SiO2 into the clay soils, leads to 4.69% and 4.17% increment of unconfined compressive strength and modulus of elasticity, respectively, in comparison to the untreated clay. Also adding nano-SiO2 to the soil, causes more failure of samples occur respect to the case in in which the soil is getting mixed with fiber, though by increasing the amount of fibers, the failure mechanism of refined samples changes, thus the failure strain increases.

    Keywords: Soil stabilization, Nano-SiO2, PP fibers, Unconfined compressive strength, modulus of elasticity
  • Mitra Hatami Jorbat, Mehdi Hosseini *, Mahdi Mahdikhani Pages 39-58

    Concrete is the most widely-used material in civil engineering and often contains the cheapest and most common matter. It can therefore cause irreparable damages due to cracks and fractures. The creation of fibre-reinforced concrete in recent years has largely rectified the aforementioned shortcomings. This study uses the direct crack Brazilian disk test to evaluate fracture toughness and crack propagation in fibre-free and glass fibre concrete samples in 0.2, 0.35 and 0.5 volume percentages. Moreover, fracture toughness and crack propagation from pre-existing cracks were calculated for samples in mode I, mode II, and mixed mode (I-II). The samples were subjected to the Brazilian disk test at 0, 15, 28.83, 45, 60, 75 and 90-degree angles relative to the pre-existing crack’s trajectory. Laboratory investigations showed that the wing crack at sub 75-degree (0<α <75) angles was initiated from the pre-existing fracture’s tip and approached loading trajectory as the load on the crack growth and propagation trajectory continued. At the same time, crack initiation at 75-degree angles and above begins at a distance of d from the tip, which is greater in fibre-free samples. The results also showed that using 0.2% glass fibre in mode I, II and mixed mode (I-II) resulted in a higher fracture toughness than fibre-free samples.

    Keywords: Crack propagation, fiber-reinforced concrete, mode I fracture toughness, mode II fracture toughness, mixed mode (I-II) fracture toughness
  • Reza Mikaeil *, Behroz Soltani, Aref Alipour, Amir Jafarpour Pages 59-73
    Nowadays, many of Iran's dimensional stone quarries are affected by safety hazards, economic risks (such as: market demand decline, reducing of the production quality, increasing of production costs and raising of the final price of the product). This has led to a decline in production capacity or the abandonment of dimensional stone mines. So study these problems and safety hazards is very necessary to improve the status of mines and increase exports rates. The current study is a new approach to introducing economic problems alongside safety hazards for dimensional stone mines of West-Azerbaijan province. It also offers solutions to these problems. In this study, the safety and economic hazards were first identified. Then, the risk severity, probability of occurrence and probability of risk in 10 dimensional stone mines of West-Azerbaijan province were assessed by completing a questionnaire. The risk scores of each risk were determined using the FMEA risk assessment method. The results showed that volatility in mining activities laws, mineral prices, housing market, fixed capital, working capital, financing, renting of extractive products to processing plants and the impact of policy on mining economy including the risk is over 80 (high risk area). Of course, by formulating and implementing the right policies we can guide the construction stone industry to a safe margin from an economic point of view.
    Keywords: Dimensional stone quarries, diamond-wire cutting method, Economic Risk, safety hazards, FMEA
  • Mohammad Ataei *, Rasool Remazannia, Reza Kakaie, Hadi Hoseinie, Majid Salehinasab Pages 75-88

    Extraction and exploitation is one of the important parts in the field of mines and mining industries. Blast hole drilling is the first stage of the production cycle in open pit mines. Which account for a large part of the exploitation costs. In operational processes, bits are one of the most sensitive and important parts of drilling, due to the type of application and high costs. Wear of these tools are an important parameter for estimating the efficiency of drilling equipment in mining projects. Wear of drilling bits is a function of various factors, some of which are related to machinery, operational parameters and management parameters, and some are dependent on the conditions and rock properties and rock mass and the surrounding environment. Examining the parameters affecting the tricone rotary bits wear can prevent wasting time and additional costs of the drilling process. Therefore, in this study, the evaluation of the factors affecting the tricone rotary bits wear in Sarcheshmeh copper mine has been investigated. For this purpose, the tricone rotary bits wear has been calculated through weight loss and by determining the effective parameters, the relationship between these factors and the tricone rotary bits wear has been determined through statistical methods. Then, using sensitivity analysis, the effect of input parameters on the target is determined. The results of these analyzes show that all the parameters of the study except the Chemical Index of Alteration (CIA), porosity and Equivalent Quartz Content on the desired output (the tricone rotary bits wear).

    Keywords: Drilling, Wear, tricone rotary bits, Statistical method, Sensitivity analysis