ارزیابی عملکرد بار تعادلی در پایدارسازی شیروانیهای تحت حفاری با استفاده از مدلسازی ×عددی و روش سطح پاسخ

از میان انواع شیروانیها، شیروانی های تحت حفاری کمتر مورد تحلیل و مطالعه قرار گرفته است. یکی از پارامترهای مهم در شیروانیهای تحت حفاری، تعیین حداکثر اندازه دهانه حفاری است. این اندازه حداکثر با پارامترهای متعددی ازجمله هندسه شیروانی، چسبندگی و زاویه اصطکاک خاک، شرایط ناپیوستگی و آب زیرزمینی در ارتباط است. در برخی از لغزشهای اتفاق افتاده در راستای سطوح ناپیوستگی موجود در شیروانی ها، مشاهده اسکارپ، یا همان ناحیه قوسی شکل پایدار در حاشیه ناحیه لغزش یافته، بیانگر اثر قوس زدگی است. علاوه بر نیروی مقاوم اصطکاکی در سطح لغزش، نیروی مقاومت برشی بین ناحیه ناپایدار و اسکارپ پایدار اطراف آن به افزایش پایداری شیروانی کمک میکند. بر اساس پدیده قوسزدگی با انجام حفاری در جلوی یک شیروانی، بار ناشی از وزن شیروانی به نواحی پایدار اطراف ناحیه حفاری شده منتقل شده که منجر به پایداری بیشتر شیروانی تحت حفاری خواهد شد. یک تکنیک کاربردی برای جلوگیری از ناپایداری در این نوع شیروانیها، استفاده از بار تعادلی در دو طرف پاشنه شیروانی است. در این تحقیق، ابتدا با بررسی امکان شکلگیری پدیده قوسزدگی در شیروانیهای تحت حفاری در شرایط استاتیکی، تعیین حداکثر دهانه حفاری مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور، تعدادی مدل عددی در محیط نرمافزار تفاضل محدود FLAC3D در زوایای شیب متفاوت صفحه ناپیوستگی و اندازه بار تعادلیهای مختلف، ساخته شده است. ابتدا نتایج مدلسازی عددی با نتایج مدلسازی فیزیکی موجود مقایسه شد که مطابقت قابل قبولی را نشان داد. سپس نتایج حاصل از مدلسازی عددی با روش آماری سطح پاسخ و با استفاده از نرم افزار طراحی آزمایش Design Expert مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که در زاویه شیروانی با شیب کم، تاثیر بار تعادلی نسبت به زاویه شیروانی با شیب تند، بیشتر است. به گونه ای که در شیروانیهایی با زاویه شیب بسیار تند، بار تعادلی هیچگونه تاثیری در افزایش اندازه حفاری نسبت به حالت بدون بار تعادلی ندارد. در نهایت، رابطه آماری برای محاسبه حداکثر اندازه دهانه حفاری برحسب زاویه شیب شیروانی و اندازه بار تعادلی ارائه شد.

Keywords:

مدلسازی عددی , پدیده قوس زدگی , شیروانیهای تحت حفاری , بار تعادلی , روش سطح پاسخ