ارزیابی رفتار سنگ های گرانیتی حفره دار در برابر بارهای استاتیکی و دینامیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار داشنگاه صنعتی شاهرود

2 گروه مهندسی معدن دانشکده مهندسی منابع و ایمنی دانشگاه مرکزی چین جنوبی

چکیده

وجود حفرات طبیعی یا مصنوعی موجود در توده سنگ می‌تواند بر روی رفتار مقاومتی آن تاثیر گذار باشد. این موضوع زمانی-اهمیت می‌یابد که این حفرات، که عمدتا کم عمق نیز هستند، دارای کاربری‌های حساسی نظیر مترو و یا اهداف نظامی باشند. لذا هدف از این پژوهش ارزیابی تاثیر وجود حفره بیضوی بر رفتار سنگ تحت بارهای استاتیکی و دینامیکی است. به منظور ارزیابی تاثیر حفره در برابر شرایط تنش استاتیکی دو گروه از مغزه‌های گرانیتی حفره دار و بدون حفره فراهم شده و توسط دستگاه سروکنترل هیدرولیکی تحت آزمون بارگذاری فشاری تک محوری قرار گرفتند. در حین آزمون علاوه بر ثبت تنش، با بکار بردن کرنش سنج، سنسور ثبت انتشار امواج صوتی و دوربین، آسیب و تغییر شکل پذیری نمونه‌ها ثبت گردید. برای انجام آزمون بارگذاری دینامیکی از دستگاه میله فشار هاپکینسون استفاده شد. به علاوه روند آسیب دیدگی با استفاده از دوربین با سرعت بالا با نرخ یک عکس در 10 میکروثانیه، ثبت گردید. نتایج بدست آمده نشان داد که وجود حفره باعث کاهش مقاومت سنگ تا 50 درصد مقاومت اولیه در برابر تنش‌های استاتیکی می‌شود. بعلاوه حفره باعث افزایش کرنش و درنتیجه کاهش قابل توجه در مدول الاستیسته نیز شده است. نتایج آزمون‌های دینامیکی نشان می‌دهد که مقاومت سنگ می‌تواند بسته به نرخ بارگذاری تا بیش از 3/4 برابر مقدار اولیه افزایش یابد. همچنین تصاویر گرفته نشان می‌دهد که در صورت بالا بودن تنش اعمالی، گسیختگی برشی غالب بوده و در صورتی که تنش اعمالی کاهش قابل ملاحظه‌ای یابد، مکانیسم برشی به مکانیسم کششی تبدیل می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment of hole-bearing granitic rocks behavior against static and dynamic loads

نویسنده [English]

  • Ming tao 2
2 School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha, Hunan,China
چکیده [English]

Presence of natural and man-made cavities can affected rock mass strength. This is more important especially when the cavities are located in shallow depth and have sensitive applications such as metro and military targets. Therefore, the aim of this study was to evaluate the effect of elliptical cavity on rock behavior under static and dynamic loads. In order to evaluate the effect of the cavity under static stress conditions, two groups of intact and hole-bearing granite cores were provided and tested by a hydraulic servo control device under uniaxial compressive loading test. During the test, in addition to the stress recording, damage and deformability of the samples were recorded by using the strain gauge, acoustic emission sensor and camera. Split Hopkinson pressure bar (SHPB) test apparatus was used for doing dynamic loading test. In addition, the damage process was recorded using a high-speed camera with 10 micro-seconds interval of frame capability. The obtained results showed that the presence of cavity reduced the rock resistance up to 50% of the initial strength under static stresses. Furthermore, the cavity causes an increase in strain, which significantly reduces the elastic modulus. Dynamic tests show that rock strength can increase up to more than 4.3 times of the initial value, depending on the loading rate. Also, the obtained images show that in case of high applied stress, shear failure is dominated and if the applied stress is significantly reduced, shear mechanism becomes to tensile mechanism.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hole-bearing granite
  • Dynamic loading
  • Strain
  • Acoustic Emission
خراسانی، ر.، اجل­لوئیان، ر.، جمشیدی، ا.، 1397. برآورد شکنندگی سنگ­های گرانیتی مناطق تواندشت و گوشه (شهرستان بروجرد) از سختی واجهشی اشمیت و خصوصیات پتروگرافی. مجله انجمن زمین شناسی مهندسی ایران. جلد 11، شماره 4، 55-67.

قبادی، م.ح.، رسولی فرح، م.ر.، 1391. مطالعه خصوصیات زمین شناسی مهندسی گرانیت­های بروجرد. مجله انجمن زمین شناسی مهندسی ایران، جلد 5، شماره 1 و2، 1-16.

Huang, Y.H., Yang, S.Q., Ranjith, P.G., Zhao, J., 2017. Strength failure behavior and crack evolution mechanism of granite containing pre-existing non-coplanar holes: Experimental study and particle flow modeling. Computers and Geotechnics, 88: 182–198.

International Society for Rock Mechanics., 1981. Rock characterization testing and monitoring. In: Brown ET (ed) ISRM suggested methods. Pergamon press, Oxford.

Kolsky, H., 1949. An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading,” Proceedings of the Physical Society. Section B 62 (11):pp. 676.

Li, X.B., Tao, M., Chengqing, W., Du, K., Qiuhong, W., 2017. Spalling strength of rock under different static pre-confining pressures. International Journal of Impact Engineering, 99: 69-74

Li, X.B., Zhou, Z.L., Lok, T., Hong, L., Yin, T.B., 2008. Innovative testing technique of rock subjected to coupled static and dynamic loads. Int J Rock Mech Min Sci, 45(5): 739–48.

Mishra, S., Rao, K.S., Gupta, N.K., Kumar, A., 2018. Damage to shallow tunnels in different geomaterials under static and dynamic loading Thin-Walled Structures, 126: 138–149.

Momeni, A., Karakus, M., Khanlari, G.R., Heidari, M., 2015. Effects of cyclic loading on the mechanical properties of a granite. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 77: 89–96.

Momeni, A., Hashemi, S.S., Khanlari, G.R., Heidari, M., 2017. The effect of weathering on durability and deformability properties of granitoid rocks. Bull Eng Geol Environ, 76 (3): 1037-1049.

Tao, M., Zhao, H., Li, X.B., Li, X., Du, K., 2018. Failure characteristics and stress distribution of pre-stressed rock specimen with circular cavity subjected to dynamic loading. Tunnelling and Underground Space Technology 81: 1–15.

Tao, M., Ma, A., Cao, W., Li, X., Gong, F., 2017. Dynamic response of pre-stressed rock with a circular cavity subject to transient loading. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 99: 1–8.

Zhou, Z., Li, X., Zou, Y., Jiang, Y., Li, G., 2014. Dynamic Brazilian tests of granite under coupled static and dynamic loads. Rock Mech Rock Eng, 47 (2): 495–505.