انواع سیستم طبقه بندی توده سنگ در عمران

انواع سیستم طبقه بندی توده سنگ در عمران:
در ادامه به معرفی برخی از انواع سیستم های طبقه بندی توده سنگ و روش های موجود در هر گروه می پردازیم:

سیستم های مورد استفاده در تونل سازی: کمی:

«رده بندی توده سنگ» (Rock Mass Rating) یا «RMR»:
سیستم رده بندی توده سنگ در بین سال های 1972 تا 1973 توسط «بینیاوسکی» (Bieniawski) توسعه یافت. RMR، مهم ترین پارامترهای زمین شناسی را با هم ترکیب می کند و یک شاخص کلی و جامع را برای بیان کیفیت توده سنگ ارائه می دهد.

این شاخص به منظور طراحی و ساخت حفریات سنگی نظیر تونل ها، معادن، شیب ها و پی ها مورد استفاده قرار می گیرد.

«سیستم کیو» (Q-system):
سیستم Q توسط «بارتن» (Barton)، «لیِن» (Lien) و «لونده» (Lunde) توسعه یافته است.

این سیستم، بر اساس خواص مرتبط با هندسه بلوک های بکر در توده سنگ، مقاومت برشی در امتداد ناپیوستگی ها و وضعیت تنش در بلوک های بکر و ناپیوستگی های اطراف حفریه زیرزمینی، کیفیت توده سنگ را به صورت یک مقدار عددی (مقدار Q) بیان می کند.

«رده بندی توده سنگ معدنکاری» (Mining Rock Mass Rating) یا «MRMR»:
رده بندی توده سنگ معدنکاری توسط «متیوز لابشر» (Mathews Laubscher) توسعه یافته است. این رده بندی تعدیل روش RMR برای معدنکاری زیرزمینی به حساب می آید.

در رده بندی توده سنگ معدنکاری، پارامترهایی نظیر مقاومت سنگ بکر، RQD، فاصله داری بین ناپیوستگی ها و وضعیت ناپیوستگی ها (همچنین حضور آب زیرزمینی، فشار آب زیرزمینی و میزان جریان آب زیرزمینی به داخل فضاهای زیرزمینی)، به منظور تعیین پایداری و انتخاب نوع نگهداری مورد استفاده قرار می گیرند.

در نهایت، با به کارگیری چند ضریب مرتبط با عواملی مانند روش حفاری، جهت گیری ناپیوستگی ها، تنش های القایی و هوازدگی، امتیاز این MRMR تعدیل می شود.

سیستم های مورد استفاده در مهندسی شیب:

«رده بندی توده شیب» (Slope Mass Rating) یا «SMR»:
رده بندی توده شیب توسط «مانوئل رومانا» (Manuel Romana) و به منظور بیان مقاومت یک رخنمون یا شیب سنگی توسعه داده شده است.

برای امتیازدهی در این رده بندی از پنج پارامتر اول RMR شامل مقاومت تک محوری سنگ بکر، RQD، فاصله داری درزه، وضعیت درزه (جمع پنج زیرمجموعه وضعیت درزه) و وضعیت آب زیرزمینی استفاده می شود.

نرم افزار «SMRTool» می تواند شاخص SMR را محاسبه کند.

«Q-slope»:
Q-slope روشی است که به منظور طبقه بندی توده سنگ و مهندسی شیب های سنگی مورد استفاده قرار می گیرد.

این روش توسط بارتون و «بار» (Bar) توسعه یافته است و کیفیت سنگ از نظر پایداری شیب را با استفاده از مقدار Q-slope بیان می کند. پارامترهای مورد استفاده در این طبقه بندی مشابه پارامترهای سیستم Q هستند.

با این وجود، مقادیر مورد استفاده در این پارامترها برای مسائل پایداری شیب تعدیل شده اند.

«طبقه بندی احتمال پایداری شیب» (Slope Stability Probability Classification) یا «SSPC»:
طبقه بندی احتمال پایداری شیب، یک سیستم طبقه بندی توده سنگ برای مهندسی شیب و ارزیابی پایداری شیب است.

این سیستم در سال 1988 توسط «هنری رابرت هک» (Henri Robert Hack) توسعه یافت. SSPC از یک فرآیند سه مرحله ای شامل تعیین رخنمون توده سنگ و توده سنگ مبنا و احتمال پایداری شیب برای طبقه بندی توده سنگ استفاده می کند.

به علاوه، با توجه به وضعیت فعلی یا آتی هوازدگی و میزان آسیب دیدگی توده در اثر حفاری، چند ضریب تبدیل نیز بین مراحل مختلف اعمال می شود.

در نهایت، پایداری شیب مورد نظر به صورت احتمال رخ دادن مکانیسم های مختلف شکست بیان می شود.

دیگر سیستم های طبقه بندی: کیفی:

«روش جدید تونل سازی اتریشی» (New Austrian Tunnelling Method) یا «NATM»:
روش جدید تونل سازی اتریشی، یک روش مدرن برای طراحی و ساخت تونل است. NATM با عنوان «روش حفاری مرحله ای» (Sequential Excavation Method) یا اصطلاحاً «SEM» نیز شناخته می شود.

این روش در بین سال های 1957 تا 1965 توسط محققین اتریشی توسعه یافت و در اوایل دهه 1960 برای اولین بار توجه طراحان را به خود جلب کرد.

NATM یا SEM در مقایسه با روش های قدیمی از مزیت های اقتصادی بیشتری بهره می برد.

مقاومت توده سنگ محل حفاری، پوشش با شاتکریت، نظارت و اندازه گیری تغییرات، نگهداری انعطاف پذیر، بستن کف تونل، ترتیب قراردادی حفاری و طبقه بندی توده سنگ، هفت مؤلفه اصلی در این روش هستند.

«طبقه بندی اندازه-مقاومت» (Size Strength Classification):
در زمین شناسی، طبقه بندی اندازه-مقاومت، روشی مبتنی بر دو پارامتر مقاومت سنگ بکر و فاصله دارای ناپیوستگی ها در توده سنگ است.

این طبقه بندی بین سال های 1970 تا 1975 توسط «لوئیس» (Louis) و «فرانکلین» (Franklin) توسعه یافت. رویکرد اندازه-مقاومت در مسائل مختلف عمرانی و معدنی کاربرد دارد.

اولین سیستم های طبقه بندی توده سنگ:

«روش طبقه بندی بار سنگ» (Rock Load Classification Method):
روش طبقه بندی بار سنگ یکی از روش های اولیه در طبقه بندی مهندسی توده سنگ به حساب می آید.

«کارن فون ترزاقی» (Karl von Terzaghi) در دهه 1940 میلادی این روش را برای تونل هایی با نگهداری فولادی توسعه داد.

امروزه طبقه بندی بار سنگ و فرضیات آن در مورد رفتار مکانیکی توده سنگ از دیدگاه بسیاری از محققین به عنوان یک روش منسوخ شده محسوب می شود که استفاده از آن برای روش های تونل سازی مدرن با نگهداری راک بولت و شاتکریت مناسب نیست.

«طبقه بندی زمان پابرجایی» (Stand Up Time Classification):
طبقه بندی زمان پابرجایی توسط «لافر» (Lauffer) ارائه شده است. این طبقه بندی به عنوان منشأ NATM شناخته می شود.

فرم اصلی این طبقه بندی امروزه به عنوان یک روش منسوخ شده به حساب می آید اما ایده آن در علوم مکانیک سنگ امروزی مانند رابطه بین دهانه تونل و زمان پابرجایی و همچنین NATM به کار گرفته شده است.

«شاخص کیفی سنگ» (Rock Quality Designation) یا «RQD»:
شاخص کیفی سنگ در دهه 1960 میلادی توسط «دیر» (Deere) توسعه یافت. هدف این شاخص، طبقه بندی کیفیت مغزه سنگی بر اساس سلامت مغزه های حفاری شده بود. امروزه به کارگیری مستقل این سیستم طبقه بندی رایج نیست.

با این وجود، در تمام حفاری های ژئوتکنیکی، تعیین RQD به عنوان یک روش استاندارد و شاخصی برای بیان کیفیت مغزه سنگی به حساب می آید. به علاوه، این شاخص در محاسبات سیستم هایی نظیر RMR و Q نیز به کار گرفته می شود.

«رده بندی ساختار سنگ» (Rock Structure Rating) یا «RSR»:
سیستم رده بندی ساختار سنگ، یک روش کیفی برای توصیف کیفیت توده سنگی و نگهداری مناسب زمین (مخصوصاً برای قاب های فولادی) است.

این روش در دهه 1970 میلادی توسط «ویکهام» (Wickham)، «تایدیمن» (Tiedemann) و «اسکینر» (Skinner) توسعه یافت.