تأثیر سرعت برش، سطح تنش عمودی و جنس بلوک‌های درگیر بر سختی برشی درزه‌های سنگی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار دانشکده‌ی مهندسی معدن، پردیس دانشکده‌های فنی- دانشگاه تهران

2 2. کارشناس ارشد مهندسی مکانیک سنگ از دانشگاه تهران؛

چکیده

یکی از پارامترهای مهم درزه‌های سنگی، سختی برشی (Shear Stiffness)  آنها است. سختی برشی درزه‌ها به همراه سختی عمودی، از داده‌های اصلی ورودی در مدل‌سازی‌های عددی توده‌سنگ‌های درزه‌دار است. عوامل مختلفی بر مقدار سختی برشی درزه‌های سنگی تأثیر می‌گذارد. در این مقاله به بررسی اثر سرعت برش، سطح تنش عمودی و جنس بلوک‌های درگیر بر سختی برشی درزه‌های سنگی پرداخته شده است. آزمایش‌های برش مستقیم بر روی درزه‌های مصنوعی ساخته شده از مواد گچ، بتن و حالت ترکیبی گچ - بتن در سطوح تنش عمودی مختلف و سرعت‌های برش در محدوده‌یmm/min  30-3/0 انجام گرفته است. نتایج آزمایش‌های انجام گرفته نشان داد که با افزایش سرعت برش، سختی برشی کاهش می‌یابد. از طرفی با افزایش سطح تنش عمودی- بر خلاف افزایش سرعت برش -  سختی برشی به شکل خطی افزایش می‌یابد. این رابطه با عنوان «پوش خطی سختی برشی» تعریف شد. قابل ذکر می‌باشد که نتایج فوق برای هر سه نوع  درزه‌ی نرم، سخت و حالت ترکیبی گچ - بتن صادق است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Shear velocity and normal stress level effects on shear stiffness of rock joints

نویسندگان [English]

  • Mahdi Mousavi 1
  • Hadi Atapour 2
1 Associate professor, Mining faculty, Tehran University, Tehran-Iran
2 .M.E. of Rock Mechanics, Graduated from Mining faculty, Tehran University, Tehran-Iran, atapour@ut.ac.ir
چکیده [English]

Shear stiffness is an important parameter of rock joints. This parameter along with normal stiffness is the basic input data of numerical modeling of jointed rock masses. There are several factors that influenced shear stiffness.  In this paper, the effects of shearing velocity, normal stress levels and the material of shearing blocks on shear stiffness are investigated. Artificial joint with planar surfaces were prepared with plaster (soft rock-like joints) and concrete (hard rock-like joints) and shear tests were performed on these samples under various normal stress levels and shearing velocities in the range of 0.3-30 mm/min. Results indicated that with increasing of shear velocity shear stiffness decreased.  On the other hand, when normal stress levels increased, shear stiffness increased linearly. This relation was named «shear stiffness linear envelope». It is remarkable that these results are correct for both artificial joints of different materials.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rock joints
  • Shear stiffness
  • Shear velocity

عطاپور، ه.، 1389. بررسی رفتار مکانیکی ناپیوستگی‌های توده‌سنگ به کمک مطالعات آزمایشگاهی. پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران.

عطاپور، ه.، موسوی، م.، 1389. تعیین پارامترهای برشی سطوح تماس سنگ- بتن و سنگ- سنگ. پنجمین کنگره‌ی ملی عمران.

عطاپور، ه.، موسوی، م.، 1390. مطالعه‌ی آزمایشگاهی رفتار برشی درزه‌های سنگی مصنوعی تحت شرایط مرزی سختی عمودی ثابت؛ چهارمین کنفرانس مکانیک سنگ ایران، ص.135-140.

Ahola, M.P., Hsiung, S., Kana, D., 1996. Experimental study on dynamic behavior of rock joints. Developments in Geotechnical Engineering, 79: 467-494.

Bandis, S.C., Lumsden, A.C., Barton, N.R., 1983. Fundamentals of Rock Joint Deformation, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics, Abstract,   20(6): 249-268.

Bandis, S.C., 1980. Experimental Studies of Scale Effects on Shear Strength and Deformation of Rock Joints, Ph.D. thesis, Univ. of Leeds, 385 pp.

Barton, N.R., 1972. A model study of rock-joint deformation, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 9: 579-602.

Barton, N.R., Bandis, S.C., 1980. Some effects of scale on the shear strength of joints. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics. Abstract, 17: 69-73.

Barton, N. R., Choubey, V., 1977. The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mechanics, 10: 1-54.

Goodman, R.E., Taylor, R.L., Brekke, T.L., 1968. A model for the mechanics of jointed rock. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division: proceedings of the American Society of Civil Engineers, 94(SM3): 637-659.

Indraratna, B., 1990. Development and applications of synthetic material to simulate soft sedimentary rocks. Geotechnique, 40(2): 189-200.

Indraratna, B., Haque, A., 1997. Experimental study of shear behavior of rock joints under constant normal stiffness condition. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 34: 3-4.

lnfanti, N., Kanji, M.A., 1978. In situ shear strength, normal and shear stiffness determinations at Agua Vermelha Project. Proceeding of 3rd International congress of IAEG, Madrid, Vol. 2, pp. 175-183.

Jiang, Y., Xiao, J., Tanabashi, Y., Mizokami, T., 2004. Development of an automated servo-controlled direct shear apparatus applying a constant normal stiffness condition. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41: 275-286.

John, K.W., 1970. Civil engineering approach to evaluate strength and deformability of regularly jointed rock. Proceeding of llth Symposium on Rock Mechanics, pp. 68-82.

Kulhaway, F.H., 1978. Geomechanical model for rock foundation settlement. Journal of the Geotechnical Division: Proceedings of the American Society of Civil Engineers 106(GT2): 211-227.

Rosso, R.S., 1976. A comparison of joint stiffness measurements in direct shear, triaxial compression and in situ. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics, Abstracts, 13: 167-172