امروزه براي حفر تونل هاي بزرگ مقطع و طولاني در پروژه هاي مهم نظير راه، متروي شهري و انتقال آب عمدتا از ماشين هاي حفار تمام مقطع (TBM) مكانيزه استفاده مي شود. همواره تحقيقات بسياري به طور پيوسته براي مطالعه پارامترهاي تأثيرگذار بر حفاري با اين ماشين ها و ساير مسائل مرتبط با موضوع در جهان انجام مي گيرد كه به علت كمبود تجهيزات آزمايشگاهي و عدم دسترسي آسان به آنها، اين تحقيقات غالبا با مشكلاتي از نظر اطمينان به نتايج مواجهند. براي غلبه بر اين مشكل، يك دستگاه آزمايشگاهي بزرگ مقياس طراحي و ساخته شده و به عنوان اختراع حاضر ارائه گرديده است. اين دستگاه مجهز به تكنولوژي جديد ضربه اي - چرخشي براي حفر سنگ هاي سخت است كه براي اولين بار در سطح بين المللي توسط مخترعين به ساير نيروهاي عملگر در TBM افزوده شده است. از طريق اين تكنولوژي، امكان اندازه گيري ميزان افزايش نفوذ در اثر افزودن نيروي عملگر ضربه اي فراهم شده است. با بكار گيري اين تكنولوژي جديد در مقياس صنعتي، آهنگ نفوذ برش دهنده ها و در نتيجه خود TBM تا حد زيادي افزايش يافته و انرژي مصرفي در واحد ميزان نفوذ بسيار كاهش مي يابد. دستگاه ياد شده قادر به چرخش كله حفار با سرعت هاي مختلف اعمال ضربات بر برش دهنده هاي ديسكي با فركانس هاي گوناگون است و بنابراين مي تواند انواع مختلف نيروهاي استاتيكي و ديناميكي را با هر اندازه و آهنگي بر نمونه هاي سنگي وارد نمايد. بدين ترتيب اين دستگاه امكان شبيه سازي شرايط واقعي حفاري با TBM را با حداكثر دقت ممكن فراهم ميسازد.

در سال هاي اخير نياز به ساخت سازه هاي سنگي و زير زميني نظير تونل ها پي سدها نيروگاه هاي زيرزميني و مغارهاي احداث شده براي نگهداري نفت گاز و زباله هاي هسته اي افزايش چشمگيري يافته است. از آنجايي كه اين قبيل سازه ها عمدتا در توده هاي سنگي درزه و شكاف دار احداث مي شوند مشخصات مكانيكي توده سنگ مي بايست به طور دقيق شناسايي گردد. وجود درزه ها مي تواند به طور قابل ملاحظه اي بر رفتار مكانيكي توده هاي سنگي تاثير گذار باشد. در واقع مهم ترين عاملي كه در توده سنگ باعث كاهش مقاومت و افزايش تغيير شكل پذيري مي شود وجود درزه هاست. مقاومت و رفتار مكانيكي اين درزه ها يا ناپيوستگي ها تابع پارامترهاي مربوط به آن ها نظير شكل اندازه وجود پركننده تعداد نحوه توزيع و مقاومت نقاط تماس بين ديواره ها مي باشد. در اين ميان تاثير پركننده ها بر مقاومت درزه ها و در نهايت تضعيف توده سنگ بسيار چشمگير مي باشد. تاكنون معيارهاي بسياري براي پيش بيني رفتار برشي درزه هاي سنگي و تخمين مقاومت برشي آن ها ارائه شده است كه برخي از آن ها توانسته اند مقبوليت عمومي را كسب كرده و به صورت رايج مورد استفاده قرار بگيرند. ولي تمامي اين معيارها از آزمايش روي درزه هاي خالي به دست آمده و فقط قادرند تا مقاومت برشي چنين درزه هايي را تخمين بزنند. در گذشته تلاش هايي براي ارائه يك مدل يا معيار جامع براي پيش بيني رفتار درزه هاي پرشده انجام شده است كه هر يك از آن ها نقاط قوت و ضعف مخصوص به خود را دارا مي باشند. نكته قابل توجه اين است كه تمام اين معيارها بر پايه آزمايش بر روي درزه هاي مدل سازي شده در آزمايشگاه به وجود آمده اند كه مي توان گفت تقريبا ضعف اصلي تمامي آن هاست و باعث عدم كارايي آن ها در كاربردهاي تجربي و واقعي شده است. از طرفي عدم اعتبار سنجي مناسب براي مدل هاي ارائه شده ايرادي اصلي و مشهود مي باشد كه به همين دليل هيچگاه نمي توان با اعتماد بالا از چنين معيارهايي استفاده كرد به طوري كه تاكنون كاربرد عملي گسترده اي از هيچ يك از اين معيارها گزارش نشده است. در اين اختراع تكنيكي جديد بر پايه ساخت و توسعه يك معيار تجربي - آماري به منظور محاسبه و پيش بيني مقاومت برشي ناپيوستگي هاي سنگي پر شده ارائه مي شود. براي ساخت اين مدل طبق فلوچارتي كه در طي اين گزارش آورده شده است در مرحله اول از نمونه برداري هاي صحرائي و كارهاي گسترده آزمايشگاهي بهره گرفته شده است. با تحليل هاي آماري دقيق و استفاده از نرم افزار قدرتمند MATLAB در مرحله بعد تكنيك تجربي - آماري پيش بيني مقاومت برشي توسعه داده شد. در كار اخير سعي گرديد با صرف زمان و هزينه كافي براي پروژه و سازماندهي منظم مراحل انجام آن درستي و اعتبار نتايج به دست آمده در بالاترين حد ممكن بوده باشد.