فهرست مطالب

روش های تحلیلی و عددی مهندسی معدن - پیاپی 18 (بهار 1398)

نشریه روش های تحلیلی و عددی مهندسی معدن
پیاپی 18 (بهار 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/02/01
  • تعداد عناوین: 11
|
  • حسین ملایمت، فرهاد محمدتراب*، امیر حسین کوهساری صفحات 1-16
    تحلیل رگرسیونی به عنوان بخش مهمی از اکتشاف ذخایر طلا با داده های ژئوشیمیایی با ماهیت ترکیبی سر و کار دارد. در داده های ترکیبی، متغیرهای عیاری بخشی از کل بوده و اطلاعات مفید در آنها در قالب نسبت متغیرها وجود دارد. محدود بودن داده ها در بازه صفر تا 100 درصد باعث ایجاد همبستگی تحمیلی و کوواریانس دروغین شده و این موضوع، تحلیل های آماری مرسوم را با اشتباه و عدم قطعیت همراه خواهد کرد. این موضوع برای داده های ژئوشیمیایی که مجموع آنها به 100 درصد نمی رسد نیز ثابت شده است. در این پژوهش تحلیل رگرسیونی عیار طلا در یک رخداد معدنی طلا در شمال غربی ایران با دو رویکرد سنتی (رگرسیون غیرخطی چند متغیره داده های خام) و ترکیبی (رگرسیون غیرخطی چند متغیره بالانس های به دست آمده از تبدیل نسبت لگاریتمی ایزومتریک (ilr)) مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این کار مقایسه توانایی دو رویکرد در برآورد دقیق عیار طلا است. ضریب همبستگی مقادیر واقعی و تخمینی برای رویکرد سنتی 74/0 و برای رویکرد ترکیبی 84/0 و نرخ طبقه بندی صحیح (CCR) به عنوان مثال در عیار ppb40 به ترتیب 688/0 و 875/0 است. به علاوه، تابع توزیع مقادیر تخمینی با رویکرد ترکیبی بیش از رویکرد سنتی به تابع توزیع داده های واقعی شبیه است. همچنین، رویکرد سنتی در یک نمونه، عیار طلا را کم تر از صفر تخمین زده است. این تناقض آشکار نشانه ای از نامناسب بودن روش های سنتی ریاضی برای کار با داده هایی با سیستم بسته است. به علاوه، رویکرد ترکیبی در برآورد چارک های اول و سوم که مقادیر حیاتی تری در جدایش داده های آنومال هستند، تخمین های دقیق تری ارائه نموده است. مجموع این موارد دلالت بر این دارند که به منظور یک تحلیل آماری دقیق و قابل اعتماد، باید ماهیت ترکیبی داده های ژئوشیمیایی مورد توجه واقع شده و داده ها با روش نسبت لگاریتمی مناسب تحلیل شوند.
    کلیدواژگان: داده ترکیبی، تبدیل نسبت لگاریتمی ایزومتریک ilr، رگرسیون چند متغیره، فاصله ماهالانوبیس، طلا، قره چر
  • ناهید رجایی مقدم*، حسین توکلی، محمدحسین باقری پور، محمد بهرامی صفحات 17-29
    ضریب عکس العمل بستر به طور گسترده ای در محاسبات پی سازه های مهندسی مورد استفاده قرار می گیرد. تعیین ضریب عکس العمل بستر یکی از مباحث مهم در بخش اندرکنش خاک- سازه است. عموما مقادیری که برای این ضریب در طراحی پی و بحث بررسی احتمال خرابی سازه به کار برده می شود، به صورت قطعی و بدون در نظر گرفتن تحلیل قابلیت اطمینان هستند. در این مطالعه برای تعیین قابلیت اطمینان ضریب عکس العمل بستر از نتایج آزمایش های سه محوری که نتایج آنها در فرآیندهای طراحی پی سازه ها به کار می روند، استفاده شده است. برای تعیین احتمال شکست، ابتدا این ضریب از نتایج آزمایش های سه محوری انجام شده در آزمایشگاه استخراج شد. سپس نتایج حاصله با مقادیر ضریب عکس العمل بستر به دست آمده از آزمایش های بارگذاری صفحه ای انجام شده در محل مقایسه گردیدند. در تحلیل قابلیت اطمینان (برآورد احتمال شکست)، میزان تغییرات تابع هدف با تعیین نوع تابع توزیع و بهره گیری از تابع بقا مشخص شد. برای نیل به این هدف، تابع توزیع نتایج ضریب عکس العمل بستر حاصل از آزمایش سه محوری در چهار تنش جانبی مختلف (5/0، 7/0، 3 و 2/4 کیلوگرم بر سانتی متر مربع) و آزمایش بارگذاری صفحه ای ترسیم شدند. سپس با استفاده از تابع توزیع تجمعی و تابع بقا میزان احتمال شکست محاسبه گردیدند. مقایسه نتایج به دست آمده نشان داد که ضریب عکس العمل بستر از آزمایش سه محوری با احتمال شکست بیشتری نسبت به ضریب عکس العمل بستر از آزمایش بارگذاری صفحه ای می تواند در محاسبات طراحی سازه وارد شود.
    کلیدواژگان: ضریب عکس العمل بستر، آزمایش سه محوری، آزمایش بارگذاری صفحه ای، قابلیت اعتماد، احتمال شکست
  • ستار مهدوری*، کورش شهریار، مصطفی شریف زاده صفحات 31-47
    با استخراج لایه زغالسنگ در کارگاه های جبهه کار طولانی، شرایط تعادل تنش های برجا تغییر کرده و توزیع مجدد تنش های برجا در محدوده کارگاه استخراج منجر به افزایش تمرکز تنش در پیرامون پهنه می شود. توزیع مجدد میدان تنش در اطراف کارگاه استخراج سبب ایجاد تنش های القایی و به تبع آن تغییرشکل و جابه جایی توده سنگ می شود. در این خصوص به علت تمرکز تنش در اطراف کارگاه استخراج، فشار تکیه گاهی جلویی از اهمیت بیش تری برخوردار است. از این رو در این پژوهش سعی شده است جهت تنش های اصلی القایی پیرامون کارگاه استخراج با استفاده از داده های لرزه نگاری و از طریق وارونه سازی تانسور گشتاور لرزه ای تعیین شود. به این ترتیب با تجزیه و تحلیل امواج لرزه ای القایی که در اثر تمرکز تنش منتشر می شوند، تانسور گشتاور لرزه ای محاسبه شده و سپس با استفاده از مقادیر ویژه و بردارهای ویژه، جهت تنش های القایی تخمین زده می شوند. برای این منظور با انتخاب کارگاه E2 معدن زغالسنگ طبس به عنوان مطالعه موردی، امواج لرزه ای متناظر با 24 ریزش سقف در این کارگاه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که مکانیزم شکست غالب در این کارگاه به صورت فشاری/کششی ظاهر شده است. همچنین ناپایداری های کارگاه عمدتا ناشی از تمرکز تنش بوده و موقعیت فضایی آنها در محدوده جبهه کار متمرکز شده است. از طرف دیگر شکست برشی بیشتر در محدوده گسل های منطقه ظاهر شده است. به طور کلی در بیش تر موارد جهت بیشینه تنش اصلی القایی نسبت به افق زاویه حاده داشته است. این موضوع نشان می دهد که تنش های القایی افقی بیش ترین تاثیر را در ناپایداری و وقوع شکست سقف داشته اند.
    کلیدواژگان: روش استخراج جبهه کار طولانی، تنش های اصلی القایی، تانسور گشتاور لرزه ای، امواج لرزه ای القایی، معدن زغال سنگ طبس
  • محمد رضایی*، شیما لطیفی صفحات 49-59
    با افزایش نیاز به طراحی و ساخت بناهای سطحی نظیر سدها، پل ها و دیگر سازه های سنگی و بتنی، تعیین ظرفیت باربری نهایی شالوده از اهمیت قابل توجهی برای مهندسین معدن، مکانیک سنگ و ژئوتکنیک برخوردار است. با توجه به اینکه که بستر اکثر سازه های سطحی را توده های سنگ تشکیل می دهد لذا طراحی موفق یک شالوده به تخمین دقیق ظرفیت باربری توده سنگ زیر آن وابسته است. بر همین اساس، تعیین ظرفیت باربری نهایی توده سنگ با استفاده از روش های برجا، تحلیلی، عددی و تجربی توسط پژوهشگران مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از تحقیق حاضر، انتخاب دقیق ترین روش از بین روش های موجود برای تعیین ظرفیت باربری نهایی توده سنگ است. بر اساس داده های واقعی گردآوری شده از منابع معتبر، ظرفیت باربری نهایی در هر کدام از روش های موجود محاسبه و نتایج حاصله با همدیگر مقایسه شده است. مقایسه و اعتبارسنجی روش های موجود با استفاده از شاخص های ارزیابی عملکرد شامل ضریب همبستگی، ضریب تصمیم گیری، جذر میانگین مربعات خطا و میانگین خطای مطلق صورت گرفته است. بر اساس نتایج حاصل از این مقایسه، اولویت بندی روش های موجود بر مبنای کم ترین خطا و بیش ترین تطابق با مقادیر واقعی انجام و مناسب ترین روش ها برای تعیین ظرفیت باربری نهایی توده سنگ پیشنهاد شده است. از مهم ترین مزایای این پژوهش می توان به اعتبار سنجی روش های تخمین ظرفیت باربری نهایی توده سنگ و تعیین دقیق ترین روابط اشاره کرد که بر اساس شرایط حاکم بر مسئله در اختیار طراحان قرار گرفته و باعث صرفه جویی در هزینه و زمان می شود.
    کلیدواژگان: توده سنگ، شالوده، ظرفیت باربری نهایی، تحلیل مقایسه ای
  • سعید اسمعیل اوغلی*، سید حسن طباطبایی، هوشنگ اسدی هارونی صفحات 61-76
    تقسیم بندی مجموعه داده به زیرمجموعه های همگن، هدفی اساسی در تحلیل داده های ژئوشیمیایی است که اغلب از ابزار خوشه بندی برای نیل به آن استفاده می شود. مهم ترین چالش عملی موجود در این راستا، تخمین تعداد حقیقی گروه های نهان در مجموعه داده است که به طور سنتی از اطلاعات ژئوشیمیایی توصیفی، دانش کارشناسی یا به کارگیری یک شاخص آماری خاص برای حل آن استفاده می شود. خروجی این روش ها اغلب ناپایدار و همراه با عدم قطعیت است، لذا رویکردی که این مقاله برای حل مسئله تعیین تعداد خوشه در داده ها پیشنهاد می کند، اجرای گستره ای از شاخص های موجود و تولید توزیعی از پاسخ های ممکن و نهایتا استخراج جواب نهایی از آن است. شاخص های به کار رفته در این زمینه، مبتنی بر روابط بازشناسی الگو و بر مبنای بیشینه سازی پارامتر تفکیک بین گروهی و کمینه سازی پارامتر تراکم درون گروهی هستند. جهت آزمون رویکرد پیشنهادی، مجموعه داده شبیه سازی شده دوبعدی با چهار خوشه مصنوعی تولید گشته و با اجرای 30 شاخص پرکاربرد بر روی آن، بالاترین فرکانس موجود در توزیع پاسخ ها منطبق بر جواب حقیقی مسئله به دست آمده است. این راهکار عینا بر روی یک مجموعه داده ژئوشیمیایی حقیقی و چندمتغیره، شامل داده های خاک کانسار مس- طلای دالی شمالی واقع در استان مرکزی اجرا شده است که نتایج به دست آمده نشان دهنده معنی دار بودن و انطباق پاسخ نهایی با فرآیندهای زمین شناسی و کانه زایی محدوده است.
    کلیدواژگان: داده های ژئوشیمیایی، خوشه بندی، تعداد گروه، تفکیک خوشه ها، تراکم خوشه ها، کانسار دالی شمالی
  • راشد پورمیرزایی* صفحات 77-88
    سرعت موج برشی یکی از شاخص های بسیار مهم در معرفی اثر ساختگاه و تخمین مقدار جنبش زمین در زمین لرزه ها است. امروزه کاملا روشن است که بهترین روش برای کاهش خسارت های ناشی از زمین لرزه، طراحی و ساخت سازه های مقاوم در برابر زمین لرزه، بر اساس ویژگی های لرزه زمین ساختی و ژئوتکنیکی ساختگاه و نوع کاربری آنها است. در سال های اخیر امواج میکروترمور برای مدلسازی سرعت موج برشی، به دلیل هزینه پایین و سرعت بالای برداشت داده ها مورد استقبال قرار گرفته است. اما مشکل اساسی در پردازش این داده ها، وارون سازی منحنی پاشش برای تخمین سرعت امواج برشی است. امواج پاشش دارای رفتار غیرخطی بوده و الگوریتم های خطی موجود در حل آنها دچار ضعف هستند. در مقاله حاضر سعی شده است با پیشنهاد وارون سازی امواج میکروترمور شکست مرزی (امواج ری لی) با استفاده از روش های بهینه سازی کلی یک روش تخمین سرعت موج برشی ارائه شود. در این مطالعه از دو روش الگوریتم ژنتیک و گروه ذرات به عنوان روش های جدید در وارون سازی داده های ژئوفیزیکی استفاده شده است. برنامه الگوریتم های مذکور در محیط متلب نوشته شده است. روش های پیشنهاد شده در ابتدا به وسیله مدل های مصنوعی مورد ارزیابی قرار گرفت و در ادامه برای ارزیابی بیشتر روی داده های تجربی اعمال شد. بدین منظور یک ایستگاه در جنوب شهر تبریز، طراحی و برداشت شد. نتایج وارون سازی به دست آمده، در مورد مدل های مصنوعی و هم داده های تجربی بیانگر عملکرد قابل قبول الگوریتم های پیشنهاد شده، به عنوان روش های موثر در وارون سازی داده های ژئوفیزیکی است. همچنین با توجه به مقایسه نتایج حاصل شده دیده شد، روش گروه ذرات در مقایسه با الگوریتم ژنتیک از کارایی و سرعت بالاتری برخوردار است.
    کلیدواژگان: وارون سازی، امواج ری لی، الگوریتم ژنتیک، گروه ذرات، آرایش ونر
  • امیر حبیب نیا، غلامرضا رحیمی پور*، حجت الله رنجبر صفحات 89-101
    ناحیه هنزا در بخش جنوبی کمربند فلززایی ارومیه- دختر واقع در جنوب شرقی ایران است. این ناحیه شامل چندین کانسار مس پورفیری بوده و برای اکتشاف این نوع کانی سازی محیط مطلوبی است. برای مطالعات ژئوشیمیایی اکتشافی تعداد 451 نمونه رسوبات آبراهه ای از این ناحیه برداشت شده است. هدف شناسایی مناطق کانی زایی و استفاده از روشی مطلوب جهت تعیین حد آستانه عناصر است. در این پژوهش حد آستانه عناصر توسط دو روش تحلیل اکتشافی داده ها (EDA) و انحراف مطلق میانه(MAD)  محاسبه شد. در روش EDA تخمین آستانه بر اساس انتخاب کلاس های ثابت در نمودار جعبه ای انجام می گیرد و به صورت Q3+1.5×(Q3-Q1) تعریف می شود. چارک سوم (Q3) و چارک اول (Q1) به ترتیب معادل 75 و 25 درصد فراوانی هستند. در روش MAD تخمین حد آستانه بر اساس میانه و انحراف مطلق میانه انجام می گیرد و به صورت میانه+دو برابر انحراف مطلق میانه (Median+2×MAD) تعریف می شود. انحراف مطلق میانه (MAD) به عنوان میانه انحرافات مطلق تمامی مقادیر داده ای از میانه داده ها است. در محدوده مورد مطالعه 6 کانسار شناخته شده مس پورفیری وجود دارد. به منظور مقایسه توانایی دو روش EDA و MAD در شناسایی نواحی کانی سازی شده (منظور شناسایی نواحی کانساری)، نقشه مس و مولیبدن توسط دو روش تهیه شد و فقط سه کانسار با روش EDA شناسایی شد، در حالی که توسط روش MAD، همه کانسارها شناسایی شدند. همچنین توسط روش MAD، هشت محدوده بی هنجاری جدید شناسایی گردید که پردازش های تصاویر ماهواره ای، توزیع فراگیر دگرسانی های مرتبط با سیستم های پورفیری را در آنها نشان داده است. هیچ یک از مناطق بی هنجاری جدید توسط روش EDA شناسایی نشدند و مشخص شد این روش برای شناسایی بی هنجاری هایی ژئوشیمیایی ناکارآمد است. روش MAD، برای شناسایی مناطق بی هنجاری مناسب تر است به طوری که توسط این روش 11 محدوده (سه کانسار و 8 بی هنجاری جدید) بیشتر از روش EDA شناسایی شده است.
    کلیدواژگان: مطالعات ژئوشیمیایی اکتشافی، آنومالیهای ژئوشیمیایی، محاسبه مقدار آستانه، روش EDA، روش MAD
  • زهره حسین زاده، شاهد شهرستانی، سید حسین مجتهدزاده، مرتضی بابایی، حسین دانشفر، پریسا روشنی، احمدرضا مختاری* صفحات 103-115
    کانسار سنگ آهن چغارت در بخش مرکزی فلات ایران با ذخیره حدود 215 میلیون تن و عیار متوسط 60 درصد اکسید آهن، دارای نوسانات عیاری در سراسر ذخیره است. آگاهی از میزان این نوسانات عیاری، به منظور به کارگیری تمهیدات لازم جهت افزایش بازیابی آهن و کنسانتره آن امری حیاتی محسوب می شود. کارخانه فرآوری چغارت بر اساس خوراکی که تغییرات آن در حد مجاز باشد؛ طراحی و بهینه سازی شده، لذا شناسایی نوسانات خوراک ورودی کارخانه تا حد بسیار زیادی می تواند از تغییرات به وجود آمده، بکاهد. در این مطالعه تعداد 94 نمونه به همراه 7 نمونه تکراری از گمانه و سینه کارهای استخراجی جهت آنالیز انتخاب شدند. پس از مراحل آماده سازی و آنالیز نمونه ها، از دستگاه جداکننده مغناطیسی دیویس تیوپ، به منظور دستیابی به داده های آهن و فسفر خروجی استفاده شد. در نهایت پس از جمع آوری اطلاعات لازم، عیار فسفر فرآوری شده کانسنگ آهن، بر اساس آنالیز نمونه های ماده معدنی اولیه با به کارگیری مدل های ریاضی (آنالیز تمایز، رگرسیون و شبکه عصبی) پیش بینی و نتایج مربوطه، اعتبار سنجی شد. آنالیز تمایز توانست با درصد صحتی برابر 1/88 درصد داده های مورد بررسی در این محدوده را طبقه بندی نماید .در بخش رگرسیون مقدار R2 رگرسیون خطی و غیر خطی به ترتیب برابر 65/0 و 73/0 و در شبکه عصبی برابر 89/0 شد که در مقایسه با رگرسیون غیرخطی مرتبه دوم نیز برجسته تر است. در مجموع بهره گیری از شبکه عصبی موجب بهبود برآورد رابطه میان فسفر خروجی و داده های ورودی شده است.
    کلیدواژگان: نوسانات، کنسانتره، اکسید آهن، چغارت، شبکه عصبی، رگرسیون، آنالیز تمایز
  • احد علیخانی، محسن طاهری مقدر*، حمید محمدی صفحات 117-127
    در معادن روباز بزرگ یکی از عوامل بسیار تعیین کننده شیب بهینه حد نهایی معدن است. در تحلیل پایداری شیروانی های سنگی،تنها به تنش های اصلی کمینه و بیشینه زمین توجه می شود و تقریبا در اغلب موارد، اثر تنش اصلی متوسط محیط به طور کامل نادیده گرفته می شود. در حالی که پژوهش های اخیر نشان داده است که طراحی ها و محاسبه ضریب ایمنی بدون در نظر گرفتن اثر تنش اصلی متوسط، محافظه کارانه خواهد بود. بر همین اساس در این مقاله در ابتدا با در نظر گرفتن معیار شکست سه محوری مقاومت جامع و انجام تعداد زیادی مدلسازی عددی و بررسی نتایج به دست آمده، نموداری برای تحلیل پایداری شیروانی های با احتمال شکست دایره ای با در نظر گرفتن اثر تنش اصلی متوسط به دست آمد. همچنین روش تعادل حدی بیشاپ نیز بر مبنای این معیار شکست توسعه داده شد به نحوی که بتواند اثر تنش اصلی متوسط را در نظر بگیرد. تحلیل حساسیت انجام شده نشان داد که با افزایش اثر تنش اصلی متوسط، مقدار ضریب ایمنی افزایش می یابد و بنابراین صرف نظر کردن از اثر این تنش در طراحی شیب دیواره های معدن می تواند تاثیر مهمی بر شرایط اقتصادی معدن داشته باشد. همچنین اثر تنش اصلی متوسط بر ضریب ایمنی تابعی از تغییرات تنش قائم نیست و در شیروانی های با ارتفاع مختلف اثر یکسانی دارد.
    کلیدواژگان: تحلیل پایداری شیروانی سنگی، تنش اصلی متوسط، معیار شکست سه محوری مقاومت جامع، روش تعادل حدی بیشاپ
  • علی نوری قراحسنلو*، محمد عطایی، رضا خالوکاکایی، سعید فطورچی، رضا برآبادی صفحات 129-141
    در صنعتی مانند صنعت معدنکاری با محیط سخت و خشن نمی توان از تاثیر شرایط محیطی بر رفتار سیستم ها صرف نظر کرد، چرا که این موضوع اریبی شدید در نتایج تحلیل ها را به دنبال خواهد داشت. با این دیدگاه در این پژوهش تلاش شد تا قابلیت اطمینان سیستم لودر از معدن مولیبدن- مس آذربایجان با استفاده از نوعی مدل رگرسیونی معروف به مدل نرخ مخاطرات متناسب محاسبه شود. این مدل از دو تابع یکی بر اساس داده های زمانی و دیگری شامل شرایط محیطی (فاکتورهای ریسک) هست. داده های مورد نیاز از بانک داده 15 ماهه از منابع مختلف چون گزارش های روزانه، تعمیرگاه، گزارش های هواشناسی، ملاقات و مشاهده های مستقیم و مرتب شده بر اساس تاریخ وقوع در قالب زمان بین خرابی ها و فاکتورهای ریسک استخراج گردید. در نخستین گام برای تعیین تابع پایه نرخ مخاطره، آزمون های روند و خودهمبستگی برای ارزیابی فرض توزیع یکسان و مستقل داده ها مورد استفاده قرارگرفته و در نتیجه آن فرض رد شد. لذا روش های کلاسیک آماری برای تحلیل نامناسب بوده و مدل فرایند قانون توانی جهت تحلیل سیستم تعمیرپذیر مناسب است. در مرحله بعدی نیز ضرایب رگرسیون برای فاکتورهای ریسک با سطح تاثیر معناداری مشخص و با به کارگیری روش بازگشتی انجام گرفت. طبق نتایج حاصل از تحلیل فاکتورهای نوبت، محل کار، تناسب با دامپتراک، وضعیت آب و هوا، دمای محیط و وضعیت جاده دارای تاثیر معناداری بودند. در نتیجه آن قابلیت اطمینان لودر بر اساس تابع زمانی و شش فاکتور ریسک محاسبه شد. در نهایت نیز اختلاف حدودا سه برابری بهره وری برای دو حالت تحلیل قابلیت اطمینان با در نظرگیری فاکتورهای ریسک و بدون آنها به دست آمد.
    کلیدواژگان: معدنکاری، قابلیت اطمینان، فاکتورهای ریسک، مدل نرخ مخاطرات متناسب
  • نیما بابانوری*، سعید کریمی نسب صفحات 143-152
    اندازه گیری صحیح و دقیق مقاومت برشی درزه های سنگی در پروژه های مختلف مرتبط با مهندسی سنگ، نظیر سدها، انواع تونل ها، معادن روباز و زیرزمینی و چاه های نفت و گاز نقشی اساسی دارد. رفتار برشی درزه های سنگی در آزمایشگاه با استفاده از تجهیزات برش مستقیم بررسی می شود. دستگاه های برش مستقیم درزه های سنگی که به طور دستی کنترل می شوند، از دقت بالایی برخوردار نیستند. در این گزارش، یک دستگاه خودکار و خودتنظیم برش مستقیم برای درزه های سنگی معرفی شده است که امکان انجام آزمون برش درزه های سنگی تحت شرایط مرزی مختلف (اعم از شرایط بار عمودی ثابت و سختی عمودی ثابت) با دقت بالا را فراهم می سازد. دستگاه ساخته شده قادر است آزمون برش درزه های سنگی را هم به صورت یکنواخت و هم رفت و برگشتی با سرعت های مختلف انجام دهد. دستگاه همچنین امکان اصلاح مساحت درگیر شکستگی ضمن برش و متعاقبا اصلاح بار عمودی را دارد. علاوه بر امکان خاتمه دستی آزمایش، می توان شرط هایی بر اساس زمان آزمایش، جابجایی برشی، افت مقاومت برشی، و یا ترکیب آنها برای خاتمه خودکار آزمایش در نظر گرفت. داده های برداشت شده توسط حسگرهای جابجایی و نیرو دائما به یک کامپیوتر معمولی متصل به دستگاه ارسال و ثبت می شوند و می توان نمودارهای مختلف مربوط به آزمایش را به صورت لحظه ای پایش کرد. همچنین، برای حذف لقی نمونه ها در داخل جعبه برش، تمهیداتی در نظر گرفته شده است. در خاتمه، نتایج چندین آزمایش برش مستقیم انجام شده توسط دستگاه بر روی درزه هایی با خصوصیات مورفولوژی معلوم و در راستاهای مختلف ارائه شده است.
    کلیدواژگان: رفتار برشی درزه های سنگی، آزمون برش مستقیم، تجهیزات خودتنظیم، بار عمودی ثابت، سختی عمودی ثابت
|
  • Hossein Molayemat, Farhad Mohammad Torab *, Amir Hosein Kouhsary Pages 1-16
    Summary
    When a geochemical sample is analyzed, grades are reported as strictly positive and constrained values, which are a form of compositional data (CoDa). It is proven that spurious correlations of closed data can affect the conventional statistical analysis such as regression modeling. The problem is that one cannot say how much of the uncertainty of the model is due to spurious covariance and correlations. Thus, it is wiser to choose the safe side and consider the compositional nature of the data using proper logratio approach. In this study, we assessed the regression analysis of gold grade in a gold occurrence located in the NW Iran. Compositional and noncompositional approaches were followed and the consequent results were compared to understand the impact of neglecting the compositional nature of data on gold grade regression analysis. Isometric logratio (ilr) balances were calculated and used to perform the compositional approach.
    Comparison of the two approaches was carried out based on Correct Classification Rate (CCR) of the estimated values and the correlation coefficient of the estimated and real gold grades (R2). Additionally, the resemblance between the distribution of the estimated and real data were compared. R2 values for compositional and noncompositional approaches are 0.84 and 0.74 respectively, and CCR values at 40 ppb cut-off are 0.875 and 0.688 for the same set. On the other side, the distribution of estimated grades by compositional approach is closer to the real gold grades. It is notable that the noncompositional approach has estimated a negative grade, which is an evident inconsistency. Although the noncompositional approach is returning the exact value of the average, the compositional approach is more accurate at the first and the third quartiles, which are more critical.
    All above-mentioned results approve that CoDa analysis of lithogeochemical data is essential. It is concluded that neglecting the compositional nature of data will compromise the reliability of the regression models. Thus, to stay away from the falsification, it is highly recommended to perform the proper logratio approach in multivariate statistical studies of geochemical data.
    Introduction
    Almost all geochemical data are reported as constrained and strictly positive grades and concentrations. They count as a form of compositional data. Statistical analysis of such data, in the raw form, is exposed to inconsistency and can result unrealistic models. Logratio approach is an adequate way to treat the problem.
    Methodology and Approaches
    Multivariate regression analysis of the raw and logratio transformed data was performed and the results were compared. Isometric logratio (ilr) transform was executed to calculate unconstrained balances for the compositional approach.
    Results and Conclusions
    The compositional approach outperforms the noncompositional approach in terms of Correct Classification Rate (CCR) and R2 (correlation coefficient of estimated and real data). In addition, the noncompositional approach inconsistently estimated a negative grade and is less accurate in the first and the third quartiles of the population. It is concluded that the compositional data analysis is essential when we are working with multivariate geochemical data.
    Keywords: Compositional data (CoDa), Isometric logratio transform (ilr), Multivariate regression analysis, Mahalanobis distance, Gold, Qareh Char
  • Nahid Rajae Moghaddam *, Hossin Tavakoli, Mohammad Hossine Bagery Purr, Mohammad Bahrami Pages 17-29
    Summary
    Induced stresses and various instabilities and deformations are resulted due to stress concentrations around a longwall face. A considerable part of the induced stresses is transferred ahead of the face and onto the adjacent T–junctions and gate roadways, which creates a zone of high stress that advances with the face advancement. A nondestructive examination based on the Seismic Moment Tensor (SMT) inversion is presented to estimate the direction of principal induced stresses around active longwall panels. The E2 longwall panel at Tabas coal mine was selected as a case study.
    Introduction
    The induced stresses in front of the coalface can cause fractures to initiate and propagate, which in turn, lead to roof collapse. This phenomenon causes considerable problems in the face area and adjacent workings. The SMT solutions were presented for 24 seismic events at Tabas mine, which resulted in roof collapses and long delays in production. Most of the events occurred in the vicinity of the longwall face. The seismic waves generated during face advancement are used to estimate the SMTs through the process of SMT inversion.
    Methodology and Approaches
    SMT inversion is the best method to calculate SMT from the recorded seismic parameters. The trick in the SMT inversion is to use long–period (low frequencies) regional distance seismic waves. The source process can be reduced to a simple delta function in space and time. The wave propagation is also simplified because filtering regional seismograms to long–periods, results in waves that have only propagated in a few wavelength cycles that can be easily predicted using relatively simple 1D layered earth models. The mathematical code is developed in MATLAB software to estimate the best solution for SMT. The resulted SMTs are decomposed in terms of its principal axes based on the eigenvalues and the directions of the eigenvectors. The directions of the principal induced stresses are then obtained based on the eigenvalues and the corresponding eigenvectors.
    Results and Conclusions
    According to the results, it can be conceivable that roof falls similar to collapse of the immediate roof strata within the face area may be produced by compressive/tensile failure mechanisms, which is resulted from stress concentration and gravitational forces. These are in accordance with the directions of the principal induced stresses, which were obtained based on the eigenvalues and the corresponding eigenvectors. On the other hand, the shear failures are mainly resulted around the preexisting planes of weakness such as faults that intersected the coalface or excavation boundaries. In general, the maximum principal induced stress in all 24 events is mostly oriented with an acute angle with respect to horizon. This shows that the significant effect of horizontal induced stresses in occurrence of roof failures and face instabilities.
    Keywords: Coefficient of subgrade reaction, Triaxial test, Plat load test, Reliability, Statistical method, Probability of failure
  • Sattar Mahdevari *, Kourosh Shahriar, Mostafa Sharifzadeh Pages 31-47
    Summary
    In parts of constructing east-west section of line7 Tehran subway, the excavating machine (EPB-TBM) passes from the top of the Abouzar’s wastewater conveyance tunnel with clear distance of 2.25 m. The FLAC 3D has been used to model this problem and find the deformations and forces of ground and linings. The modeling results showed that after excavating subway tunnel, lining of Abouzar tunnel will move upward due to the increasing plastic zones and stress relaxation. This rate of displacement induced the internal force more than allowable designed amount in concrete lining of Abouzar tunnel.
    Introduction
    Generally, excavating a tunnel near another tunnel may lead to significant interaction effects, which mainly depends on tunnels position relative to each other (parallel or cross), the distance between two tunnels, tunnel dimensions, lining rigidity, stress and boring environment condition as well as the method of tunnel boring. The interaction between adjacent tunnels have been investigated by different researchers using methods such as analytical and empirical, field observation, physical modeling and numerical modeling. In the current project, the tunnel of Tehran metro line7 passes with a distance of 2.25 meters from the top of the Abouzar tunnel. Because of the three-dimensional nature of the interaction problem between underground spaces, numerical modeling is an appropriate tool for the analysis of these complicated problems. Therefore, FLAC3D software has been used in order to investigate the interaction analysis. The purpose of modeling is to study stability of support system of Abouzar tunnel during tunnel excavation of Tehran metro line7.
    Methodology and Approaches
    In this paper, the finite difference method (FDM) is used for modeling and solving the problem. FLAC 3D program which uses FDM was selected in order to study the interaction between the two tunnels, in construction stage. For this purpose, at first Abouzar tunnel modeled and excavated, then impact of stepwise excavating of line7 Tehran subway on lining system of Abouzar tunnel is investigated numerically. History of Internal forces, bending moments and structural displacement of Abouzar’s tunnel lining have been provided and studied. Engineering recommendations have been proposed in different-leveled intersecting tunnels.
    Results and Conclusions
    The results of the modeling showed that after excavation of metro tunnel, the support system of Abouzar tunnel will be uplifted because of increasing plastic zone and stress relaxation. This displacement causes internal forces in Abouzar tunnel lining which are more than allowed values.
    Keywords: Longwall Mining Method: Principal Induced Stresses, Seismic Moment Tensor, Mining Induced Seismicity, Tabas Coal Mine
  • Mohammad Rezaei *, Shima Latifi Pages 49-59
    Summary
    In this research, the capability of the available methods to estimate the ultimate bearing capacity of rock mass is evaluated based on the statistical performance evaluation indices and measured collected data from the reliable literatures. Accordingly, the most appropriate methods are determined based on the minimum error and maximum conformity with the measured values and proposed to practically estimation of the ultimate bearing capacity of rock mass in engineering projects. Research findings can be successfully utilized by designers according to the governing conditions on the problem that help to save the cost and time in the understudied projects.
    Introduction
    Although design of foundations resting on rock masses is usually controlled by the settlement criterion, the bearing capacity of rock mass must be estimated to evaluate the stability. Therefore, in order to provide an efficient design of a foundation, it is crucial to estimate the bearing capacity of rock mass beneath it. There are four most usually used methods to estimate the bearing capacity of rock mass including codes, analytical, empirical and in-situ methods. Each of these approaches has some shortages in determining the ultimate bearing capacity. Thus, determination of the precise method to determine the bearing capacity is required in order to successfully implementation of the related projects.
    Methodology and Approaches
    Statistical performance evaluation indices were used to compare and verify the available methods for determining the ultimate bearing capacity of rock masses. These indices are correlation coefficient (R), determination coefficient (R2), root mean square error (RMSE) and mean absolute error (MAE). For this purpose, the sufficient in-situ datasets were firstly collected from the literatures. Then, the above indices are computed for nine available methods. Finally, prioritization of the available methods were performed according to the calculated indices and obtained related graphs.
    Resultsand Conclusions
    The main results and conclusions of this research can be summarized as follows:1-       According to the R and R2 indices, the most precise methods are LGP1, Goodman2 and LGP2.
    2-         Based on the RMSE index, the most precise methods are LGP1, LGP2 and Bowles.
    3-         On the basis of the MAE index, the most precise methods are LGP1, LGP2 and Bowles.
    4-       The research results can be utilized for engineering applications and also for future researches to overcome the existing shortcoming of the available methods.
    Keywords: Rock mass, Foundation, Ultimate bearing capacity, Comparative analysis
  • Saeid Esmaeiloghli *, Seyed Hassan Tabatabaei, Hooshang Asadi Haroni Pages 61-76
    Summary
    This paper presents an innovative approach for calculating the correct number of groups in the geochemical data sets. The proposed method reduces the uncertainty of traditional methods that is often based on expert knowledge or application of a unique index. On the basis of separation and compactness of clusters, several pattern recognition indices (thirty indices) are used to produce the response distribution. Then, the optimal solution is concluded from the possible answers which are selected on the basis of the maximum frequency of distribution. This process has been implemented on a simulated data set which ultimately has been managed to properly identify the true number of artificial clusters. It has also been applied to a real geochemical data set, and consequently, three clusters are estimated as the optimum group numbers in the data set. The three groups resulted from data clustering are fully correlated with the geological and geochemical evidences in the study area.
    Introduction
    Partitioning of the heterogeneous data set into homogeneous subsets is an important goal of geochemical data processing which clustering tools are usually used to achieve this goal. Nevertheless, the most important practical challenge in this regard is an estimation of the actual number of underlying groups in the data set. This is traditionally related to descriptive geochemical information, expert knowledge, and unique statistical index. Due to the instability and uncertainty of the mentioned approaches, we recommend solving the problem by implementing the whole range of indices, creating a distribution of possible responses and consequently extracting the best answer.
    Methodology and Approaches
    To evaluate the performance of the proposed approaches, we generated a two-dimensional simulated data set containing four artificial clusters. The real geochemical data set that is used in this research includes 149 soil samples collected from the North Dalli porphyry Cu-Au deposit, located in Markazi province. Thirty indices were used to determine the optimal number of groups in the data set. These indices were essentially achieved from pattern recognition and their performance is based on maximizing the within-group separation and minimizing the between-group compactness.
    Results and Conclusions
    All indices were implemented in the R programming environment. The mode of response distribution in the case of simulated data was in compliance with the true number of artificial clusters. In case of the geochemical data set of the Dalli Cu-Au deposit, three clusters were identified. Clustering of geochemical data into these three groups indicated a clear geochemical zonation, which corresponds to the geological and mineralogical evidences in the study area.
    Keywords: Geochemical Data Set, Clustering, Separation, Compactness, North Dalli
  • Rashed Poormirzaee * Pages 77-88
    Summary
    Current techniques of estimating shallow shear velocities for assessment of earthquake site response are too costly to be used at most construction sites. Recently, refraction microtremor (ReMi) data have been frequently used for estimating of dispersion curves and simulating velocity of S-waves. In the current study we applied two metaheuristic optimization approaches, particle swarm optimization (PSO) and Genetic algorithm (GA), for inversion of Rayleigh wave dispersion curves. In geophysical surveys, the application of metaheuristic techniques is quite new. The efficiency of the proposed methods were investigated by synthetic models. At the end, PSO and GA inversion algorithms were tested on a real ReMi data set. Also in this study, resistivity data (Wenner array), as auxiliary information, were carried out.
    Introduction
    In order to achieve reliable results, processing of ReMi data in particular inversion stage should be done accurately. Similar to other surface wave methods, after the construction of dispersion curves, the next step is to invert of the dispersion curve to obtain a single VS profile. To make reliable geological inference, it is necessary to use accurate models and assess their accuracy. In this study, the reliability of two metaheuristic methods, i.e., GA and PSO for inversion of Rayleigh wave dispersion curves were investigated on two synthetic datasets (i.e., models A and B) and an actual dataset.
    Methodology and Approaches
    The inversion was done for S and P-wave velocity by the assumption of 0.2<Poisson's ratio<0.5 and fixing densities to their known values. The procedure was designed to find the global minimum of RMS (root-mean-square) error misfit between the measured and the predicted phase velocities. In this study, the ReMi method was performed using an OYO 12-channal seismograph and 4.5Hz geophones with the receiver spacing of 10m. Also, in this study, resistivity data are used as auxiliary information. The results proved applicability of the proposed inversion algorithms in Rayleigh wave dispersion curve inversion
    Results and Conclusions
    The findings in both synthetic and real dada sets proved that GA and PSO algorithms were suitable strategies for the inversion of surface waves.  Also, comparison of two inversion algorithms showed that PSO algorithm is fast and easy to implement compared to GA, because of the few required parameters adjustment.
    Keywords: Inversion, Rayleigh wave, GA, PSO, Wenner array
  • Amir Habibnia, Gholamreza Rahimipour *, Hojjatollah Ranjbar Pages 89-101
    Summary
    In this study, two methods of Exploratory Data Analysis (EDA) and Median Absolute Deviation (MAD) are used for determining the threshold. In the EDA technique, outlier values are considered as anomalies and eII is high. In type I error (eI), samples with background values are accepted as anomaly; and in type II error (eII), samples with anomalous values are accepted as background. In fact, EDA method is inefficient for identifying anomalies with low contrast. This paper introduces MAD method to reduce eII for thresholds estimation.
    Introduction
    Today EDA method is commonly used for threshold calculation and anomalies separation. In the EDA method, determination of threshold performs based on selection of fixed classes in box plot and is defined as Q3+1.5×(Q3-Q1). The third (Q3) and the first (Q1) quartiles are considered as 75% and 25% frequency, respectively. In the MAD method, estimation of thresholds performs based on median and median absolute deviation (MAD) and is defined as Q2+2×(MAD).
    Methodology and Approaches
    In order to compare EDA and MAD methods, the dot histogram was used and position of threshold of the two methods was displayed on the histogram. In the study area, there are six known PCDs. In order to compare the ability of EDA and MAD methods in identifying PCDs, copper and molybdenum maps were prepared by the two methods. Remote sensing data was used to demonstrate the importance of the anomaly regions that were identified by MAD. Key minerals of argillic and phyllic alterations were identified by valid remote sensing techniques based on the spectral characteristics. These techniques include False-color composite (FCC) and band ratio (BR) based on Relative Band Depth (RBD).
    Results and Conclusions
    The threshold of EDA is located in the end tail of dot histogram therefore by this method, just outlier values are identified as anomaly. The threshold of MAD method has a desirable position on the dot histogram. According to the investigation of copper and molybdenum maps, only three PCDs were identified by EDA while by MAD, all PCDs were identified. Also by MAD, eight new anomalous areas were detected. Satellite images processing has shown extensive distribution of hydrothermal alteration associated with porphyry systems in the eight new anomalous areas. These new anomalous areas have not been recognized by EDA and this method is inefficient for identifying geochemical anomalies. The MAD method is more suitable for identifying geochemical anomalous areas. this method detected 11 more areas (three PCDs and 8 new anomaly) than EDA method.
    Keywords: Geochemical exploration studies, Geochemical anomalies, Thresholds calculation, EDA, MAD
  • Zohre Hoseinzade, Shahed Sharestani, Seyyed Hossein Mojtahedzadeh, Morteza Babaie, Hosein Daneshfar, Parisa Roshani, Ahmad Reza Mokhtari * Pages 103-115
    Summary
    The Choghart iron ore is one of Iron deposits located in central Iran in the volcanic-sedimentary basin of Bafgh. Like other natural occurrences of the earth, it has grade fluctuations throughout the deposit. Understating and awareness of these fluctuations is vital in order to increase the recovery and concentration of iron. Choghart mineral processing factory has been designed and optimized based on factory input feed tolerant to some degree of variations in grade. The aim of this paper is predicting phosphorous concentration after mineral processing based on the analysis of raw samples applying mathematical models. As a result, non-linear regression model including quadratic polynomial model showed high accuracy and by employing stepwise regression the number of predictor variables were kept as low as possible. Also, discriminant analysis has separated high and low phosphorus samples having 88% accuracy. Also, the artificial neural network could predict phosphorus grade effectively and accurately.
    Introduction
    The natural occurring earth materials including mineral resources usually include fluctuations in parameters like. Knowing and awareness of these fluctuations is vital in order to apply the necessary measures to increase the recovery. Mineral processing factories are optimized and designed based on the feed which its fluctuations should be inside an allowed limit. Most studies have been done on grade changes identifications, which mostly focused on the errors caused by different, staged of sampling and laboratory, block variance and grade dispersion. The aim of the present study is considering plant feed changes to predict the output phosphorous grade of the Choghart mineral processing factory at the Iran Central Iron Ore Company (ICIOC), Bafgh. Different statistical and artificial intelligent techniques have been employed for prediction of concentrated or based on analysis of raw materials.
    Methodology and Approaches
    In the present study 110 samples (including 7 duplicates) were collected from boreholes. Samples were sent to Zarazma laboratory at Tehran for analysis and the remaining samples were returned for test with Davis tube at ICIOC. The concentrated ore after magnet separator were send to chemical laboratory in ICIOC to determine Fe and P content of samples. Different techniques including mathematical models, discriminant analysis, regression and artificial neural network have been employed in the present work to predict the P content in concentrate after Davis tube from elemental contents in the original samples. A mathematical model is applied in order to better and more effective control the grade fluctuations.
    Results and Conclusions
    In this paper methods including regression, discriminant analysis and artificial neural network were used in order to predict the target variable. Although the non-linear regression containing quadratic polynomial has a high accuracy. The step wise regression has a better performance because of the limitation number of predictor variables. Discriminant analysis and neural network have divided high and low-p content samples with proper accuracy.
    Keywords: Iron ore, Phosphorous, predictions, regression, neural network
  • Ahad Alikhani, Mohsen Taheri Moghadder *, Hamid Mohammadi Pages 117-127
    Summary
    The recent studies have shown the importance of the role of intermediate principal stress in design process of geomechanics projects. Therefore in this paper, considering the triaxial unified strength failure criterion, the Bishop method was developed. Moreover, based on the numerical modeling results, two diagrams for slope stability analysis were presented.
    Introduction
    In large-scale open pit mines, one of the major issues during design is maximizing the net present value of the mine. One of the most important factors in this regard is the optimum slope angle of the mine. Generally, in rock slope stability analyses, the considered failure criteria are biaxial, thus in analysis process, only the maximum and minimum principal stresses of medium are considered. Actually, in most cases, the effect of intermediate principal stress is ignored completely, while recent researches have shown that the design and calculation of safety factor, regardless of the intermediate principal stress effect, is conservative and can have a significant effect on the economic conditions of the project. One of the triaxial failure criteria is the unified strength failure criterion. It consists of a wide range of solutions based on different failure criteria such as the Mohr-Coulomb failure criterion and Generalized Twin Shear Stress yield. In reality, based on this failure criterion, considering the intermediate principal stress effect, the amount of geomechanical properties of rock mass; such as internal friction angle and cohesion are increased and consequently, the safety factor of stability condition will be larger than the obtained safety factor from biaxial failure criterion. Therefore, the main purpose of this paper is development of a slope stability analysis method that considers the effect of intermediate principal stress.
    Methodology and Approaches
    In this research, considering the circular failure conditions for soil and rock slopes, the Bishop's equilibrium method was extended based on the triaxial unified strength failure criterion. Also, for analyzing the stability and calculating the optimum slope angle, new diagrams were presented.
    Results and Conclusions
    The results showed that, without the intermediate principal stress effect, calculation of safety factor for investigating the slope stability condition is conservative and the net present value of mine is decreased consequently. Moreover, the sensitivity analyses showed that the amount of intermediate principal stress effect on the safety factor is not a function of the resistance properties of rock and soil.
    Keywords: Rock slope stability analysis, Intermediate principal stress, True Triaxial Strength Test, Bishop's equilibrium method
  • Ali Nouri Qarahasanlou *, Mohammad Ataei, Reza Khalokakaie, Saied Fatoorachi, Reza Barabady Pages 129-141
    Summary

    The proportional hazards model (PHM) that is a regression model was used to analyze the reliability of Komatsu 988 wheel loader system at Azerbaijan Molybdenum-Copper mine (Sungun Copper mine). Hazard rate in a system in PHM is the product of an arbitrary and unspecified baseline hazard rate, depending on time only, and a positive functional term, basically independent of time, incorporating the effects risk factors (covariates). The required data for PHM analysis were extracted from a database of 15 months, which collecting from different sources, such as daily reports, workshop reports, weather reports, meetings, and direct observations in format of time between failures and risk factors. At the first step, trend and serial correlation tests were used for evaluation of assumptions of independent and uniform distribution of data for determining base function of risk rate. The evaluation failed to show independency and uniform distribution. Therefore, power law process was used. In the next step, the regression coefficient of covariates were estimated. According to the results, shift, working place, proportionality of truck, weather conditions, temperature and road conditions have had a significant effect. Finally, the reliability of loaders based on the time and six risk factors was calculated, and analysis showed about three times alteration in productivity of analysis with the ignoring of risk factors compared with inserting them.
    Introduction
    The formal definition of reliability performance is ‘‘the ability of an item to perform a required function under given conditions for a given time interval’’. The ‘‘given conditions’’ are important keywords in the definition of the reliability performance concept and its related concepts. Given conditions can be such as the surrounding environment, conditions indicating parameters, the operating history of a machine, the skill of the operator or maintenance crew, etc. Thus, it is important that the statistical approach, which is used for reliability analysis, should be able to model the operational environment effect as the way it influences the failure process. There is a need for a careful and well-structured approach, access to all data and information, design and analysis tools, as well as effective design routines and procedures.
    Methodology and Approaches
    The aim of this paper is to assess the different operating environment conditions and their effect on the reliability as the two main goals. PHM was proposed in order to predict hazard rate and reliability considering the operating environment condition.
    Results and Conclusions
    The stated points in this section can be classified as follows:
    The common parametric methods were reviewed
    PHM for analyzing covariates is discussed
    The application of this method is demonstrated using a real case study
    The reliability analysis showed about three times alteration in productivity of analysis with the ignoring of risk factors compared with inserting them.
    Keywords: Mining, Reliability, Risk Factors (covariates), Proportional Hazards Model (PHM)
  • Nima Babanouri *, Saeed Karimi Nasab Pages 143-152
    Summary
    In this paper, an automated and servo-controlled apparatus is introduced which is capable of accurately conducting shear tests under different boundary conditions including constant normal load and constant normal stiffness.
    Introduction
    Precise and accurate measurement of shear strength of rock joints is of great importance in various projects related to rock engineering such as tunnels, dams, surface and underground mining, and oil shafts. In the laboratory, mechanical behavior of rock joints is studied by direct shear testing equipment. Manually controlled devices of direct shear testing are not adequately accurate. In this paper, development of an automated and servo-controlled device for direct shear testing of rock joints has been described.
    Methodology and Approaches
    The developed apparatus performs monotonic and cyclic shear tests with different rates. It also allows the correction of the involved area with shear displacement and adjusting the normal load accordingly. In addition to the possibility of terminating the experiment manually, conditions can be set in terms of the test duration, shear displacement, shear stress drop, or their combination to stop the experiment automatically. The data acquired by the displacement and load sensors are constantly transmitted to a personal computer connected to the device, and online graphs can be monitored during the experiment. Furthermore, some measures have been considered to remove sample clearance inside the shear box.
    Results and Conclusions
    Finally, the results of a number of direct shear tests carried out by the apparatus on the joints of known surface morphological characteristics are presented.
    Keywords: Mechanical behavior of rock joints, Direct shear test, Servo-controlled equipment, Constant normal load, Constant normal stiffness