مطالعة آزمایشگاهی تأثیر پیش ترک بر رفتار خزشی سنگ‌های‌ شکننده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مکانیک سنگ، بخش معدن دانشگاه تربیت مدرس

2 1. دانشیار گروه مکانیک سنگ، بخش معدن دانشگاه تربیت مدرس

3 دانشجوی دکتری مکانیک سنگ، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

پایداری بلند مدت سازه­های بنا شده در سنگ، وابسته به تغییر شکل خزشی سنگ­های در برگیرنده سازه می­باشد. بنابراین مطالعة تغییر شکل وابسته به زمان سنگ­ها، در طراحی سازه­های سنگی از اهمیت زیادی برخوردار است. در گذشته تحقیقات زیادی در زمینه رفتار خزشی سنگ‌های نرم مثل مارن، سنگ نمک و شیل انجام شده است. رفتار خزشی سنگ­های شکننده کمتر مورد توجه قرار گرفته است و این درحالی است که سنگ‌ها عموماً رفتاری ترد و شکننده دارند. در این مطالعه رفتار خزشی دو نوع سنگ شکننده با درجه شکنندگی متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین از آنجایی که وجود ترک در سازه­های سنگی اجتناب‌ناپذیر است، تأثیر وجود ترک بر رفتار خزشی نمونه­های سنگی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور نمونه­های سنگی مرمر و ماسه سنگ در دو حالت ترک‌دار و بدون ترک تحت بار ثابت خزش قرار داده شده­اند و بر اساس نتایج آزمون­های انجام شده رابطه­ای برای پیش­بینی رفتار خزشی سنگ­ها در مراحل اول و دوم خزش تحت بار کشش غیر مستقیم ارائه شده است. در نهایت رابطه­ای برای پیش­بینی زمان شروع مرحله سوم خزش تحت  بار ثابت، پیشنهاد شده است. نتایج آزمایش­های انجام شده نشان می­دهد که وجود ترک در سنگ مرمر، با درجه شکنندگی بالاتر نسبت به ماسه سنگ، تأثیر بیشتری بر کاهش زمان و کرنش شکست نسبت به ماسه سنگ خواهد داشت. به عبارت دیگر، وجود ترک در سنگی با شکنندگی بالاتر تأثیر بیشتری در کاهش کرنش و به تبع آن زمان شکست دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental study on effect of pre-crack on creep behavior of brittle rocks

نویسندگان [English]

  • Moteza Ahmadi 1
  • Kamran Goshtasbi 2
  • Behrouz Dadrasi 3
  • Hamidreza Nejati 3
1 Rock Mechanics Group, Department of Mining Engineering, School of Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Rock Mechanics Group, Department of Mining Engineering, School of Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Rock Mechanics Group, Department of Mining Engineering, School of Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Long-term rock deformation is one of the critical problems in rock engineering design. This study presents results of some laboratory creep tests for assessment of time-dependent behavior of two rocks with different brittleness: Sandstone as a semi-brittle and Marble as a brittle rock. Brazilian disk specimens are used to plan some indirect tension creep loading tests. Also, Single Edge Crack Brazilian Disk (SECBD) is employed to evaluate the effect of pre-crack on the creep behavior of rocks. Totally, 12 creep loading tests are performed on the two rock types with three loading severity. Result of experimental tests indicates that failure time reduction percent due to existence of pre-crack in Marble specimen is more than Sandstone. In other words, the effect of pre-crack on the reduction of failure time and strain is more noticeable in more brittle rock.   

کلیدواژه‌ها [English]

  • Creep
  • Brittle rock
  • Crack
  • Fracture mechanics

Amitrano, D., Helmstetter, A., 2006. Brittle creep, damage and time-to-failure in rocks. Journal of Geophysical Research, 111(B11): 1-17.

Boukharov, G.N., Chanda, M.W., Boukharov, N.G., 1995. The three processes of brittle crystalline rock creep. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts. 32(4): 325-335.

Chen, Y.L, Azzam, R., 2007. Creep fracture of sandstones. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 47(1):57-67.

Hansen, F.D., 1977. Evaluation of an inelastic Law for salt creep. Proceeding of 18th U.S. Symposium on Rock Mechanics, Colorado school of Mines, Vol 1, PP. 4B 5-1- 4B 5-5.

Heap, M.J., Baud, P., Meredith, P.G., Vinciguerra, S. Bell, A.F., Main, I.G., 2011. Brittle creep in basalt and its application to time-dependent volcano deformation. Earth Planet Science Letter, 307 (1-2) 71 - 82.

ISRM (1981). Brown E.T., Editor. Suggested methods: rock characterization, testing and monitoring. Oxford: Pergamon. p. 211.

Kranz, R.L., 1979. Crack growth and development during creep of Barre granite. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, 16: 23-35.

Lin, Q.X., Tham, L.G., Yeung, M.R., Lee, P.K.K., 2004. Failure of granite under constant loading. International Journal of  Rock Mechanics and Mining Sciences. 41(3):49–54.

Malan, D.F., 1999. Time-dependent behaviour of deep level tabular excavations in hard rock. Rock Mechanics and Rock Engineering, 32(2): 123–155.

Maranini, E., Brignoli, M., 1999. Creep behavior of a weak rock:experimental characterization. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, 36(1): 127-138.

Miura, K., Okui, Y., Horii, H., 2003. Micromechanics-based prediction of creep failure of hard rock for long-term safety of high-level radiactive waste disposal system. Mechanics of Materials, 35, 587–601.

Rinne, M., 2008. Fracture mechanics and subcritical crack growth approach to model time-dependent failure in brittle rock. Ph.D. Thesis, Helsinki university of Technology.

Shao, J. F., Chauc, K.T., Feng, X.T., 2005. Modelling of anisotropic damage and creep deformation in brittle rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 43(4), 582-592.

Singh, D.P., 1975. A study of creep of rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, 12: 271-276.

Szendi-Horvath G., (1982), On fracture toughness of coal. Australian Journal of Coal Mining Technologyand  Research, 2: 51-57.

Yang, C.H., Daemen, J.J.K., Yin, J.H., 1999. Experimental investigation of creep behavior of salt rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts. 36(2):233-42.

Yang, S., Jiang, Y., 2010. Triaxial mechanical creep behaviour of sandstone. Mining Science and Technology, 20, 339–349.