تخمین شاخص شکنندگی سنگ با استفاده از آزمایش بار نقطه‌ای (مطالعه موردی: سنگ توف کرج)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی معدن دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)

2 کارشناسی مهندسی معدن دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)

چکیده

شکنندگی یکی از مهم‌ترین خصوصیات ذاتی سنگ است و بر روی رفتار سنگ در هنگام عملیات مختلف تاثیر زیادی دارد. در حال حاضر روش استانداردی برای اندازه‌گیری مستقیم شکنندگی سنگ در دسترس نیست. بنابراین روابط تجربی و روش‌های غیرمستقیم مختلفی از سوی محققین برای بدست آوردن شکنندگی سنگ ارائه شده است. اگرچه در نتایج حاصل شده اختلاف زیادی وجود دارد ولی تمامی روش‌ها حاکی از این است که شکنندگی سنگ تابعی از مقاومت‌ (کششی و تراکم تک‌محوری) آن است. در این پژوهش از اطلاعات اولیه به دست آمده از آزمایشات انجام شده بر روی سنگ توف کرج استفاده شده و ارتباط بین شاخص بار نقطه‌ای و مفاهیم شکنندگی برای این سنگ بررسی شده است. در اکثر مقالاتی که در حوزه شکنندگی به چاپ رسیده است از سه مفهوم جهت تعیین این شاخص استفاده شده که شامل B1 (نسبت مقاومت تراکم تک‌محوری به مقاومت کششی)، B2 (نسبت تفاضل مقاومت تراکمی تک‌محوری و مقاومت کششی به جمع مقاومت تراکمی تک‌محوری و مقاومت کششی) و B3 ( نسبت حاصل ضرب مقاومت تراکمی تک‌محوری و مقاومت کششی تقسیم بر دو) می‌باشد. ارتباط سه مفهوم شکنندگی توسط شاخص بار نقطه‌ای برای حالت خشک با استفاده از تحلیل ضریب تعیین (R2) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که بالاترین ضریب تعیین مربوط به رابطه  Is(50)-B3می‌باشد؛ همچنین فقط معادله درجه دو می‌تواند ارتباط مقادیر شکنندگی و شاخص بار نقطه‌ای را به خوبی آشکار نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Estimation of brittleness index using point load test (case study: Karaj tuff rock)

نویسندگان [English]

  • Mahdi Hosseini 1
  • Mitra Hatami 2
1 Associate Prof., Department of Mining Engineering, Emam Khomeini International University,
2 B.Sc. of Mining Engineering.
چکیده [English]

 
Brittleness is one of the most important inherent properties of rock which has a great effect on behavior of rock during various operations. For the time being, there is no standard method available for direct measurement of rock brittleness. So, different empirical relations and indirect methods have been provided by researchers to determine rock brittleness. Although the results are very different, but all of the methods suggest that rock brittleness is a function of strength (tensile strength and uniaxial compressive strength). This investigation has used initial data obtained from the tests on samples of Karaj Tuff rock and studied the relationship between point load index and concept of brittleness for this kind of rock. Most of the published literatures on the field of brittleness indicate that has been used three concepts to determine this index; including B1 (ratio of uniaxial compressive strength to tensile strength), B2 (ratio of the difference of uniaxial compressive strength and tensile strength to the sum of uniaxial compressive strength and tensile strength) and B3 (ratio of the multiplication of uniaxial compressive strength and tensile strength divided by two). The relationship between these three concepts and point load index is investigated for dry state using coefficient of determination analysis (R2). The results indicate that the highest value for coefficient of determination is achieved from Is(50)- B3; Also, Only a second order equation can reveal the relationship between the values of brittleness and point load index.

کلیدواژه‌ها [English]

  • brittleness index
  • point load index
  • tuff rock
  • Karaj

امینی خوشالان. ح، ترابی. ر، زادهش. ج، قاسمی. ا، 1390. پیش بینی شاخص شکنندگی سنگ با استفاده از پارامترهای مقاومتی و فیزیکی سنگ، هفتمین کنفرانس زمین شناسی مهندسی و محیط زیست ایران، دانشگاه صنعتی شاهرود.

کارگریان، س.، قبادی، م.، محسنی، ح.، خانلری، غ.، 1389. تخمین شاخص شکنندگی تراورتن‌های دنگله کهریز با استفاده از شاخص بار نقطه‌ای، بیست و نهمین گردهمایی علوم زمین، دانشگاه بوعلی سینا همدان.

Altindag, R., 2002. The evaluation of rock brittleness concept on rotary blast hole drills, Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy.

Altindag, R., 2003. Correlation of specific energy with rock brittleness concepts on rock cutting, Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy.

Altindag, R., Guney, A., 2010. Predicting the relationships between brittleness and mechanical properties (UCS, TS and SH) of rocks. Scientific Research and Essays, 5(16),

2107-2118.

Bilgin, N., Eskikaya, S., Dincer, T., 1993. The performance analysis of large diameter blast hole rotary drilling in Turkish Coal Enterprises, Mine Mechanization and Automation Symposium,Rotterdam, Balkema.

Goktan, R.M., 1992. Applicability of rock brittleness ratio in percussive drilling performance.Anadolu Uni. J. of Eng. and Arch. Fac., 8, 89-99 (in Turkish).

Gong, Q.M., Zhao, J., 2007. Influence of rock brittleness on TBM penetration rate in Singapore granite. Tun. and Und. S. Tech., 22, 317-324.

Heidari , M., Khanlari, G. R.,  Torabi-Kaveh, M., Kargarian, S., Saneie, S., 2014. Effect of Porosity on Rock Brittleness, Rock Mech Rock Eng, 47, 785-790.

Hucka, V., Das, B., 1975. Laboratory investigation of penetration properties of the complete coal series. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 12, 213-217.

Inyang, H.I., Pitt, J.M., 1990. Standardization of a percussive drill for measurement of the

compressive strength of rocks. In: J.A. Hustrulid and W.A. Johnson, (Eds.), Rock Mechanics Contributions and Challenges Symposium, Rotterdam.

ISRM, 1978. Suggested methods for determining tensile strength of rock materials, Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr, 15, 99–103.

ISRM, 1979. Suggested methods for Determining the Uniaxial Compressive Strength and Deformability of Rock Materials, Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr, 99–103.

ISRM, 1985. Suggested method for determining point load strength, Int J Rock Mech Min Sci 22(2), 51–60.

Kahraman, S., 2002. Correlation of TBM and drilling machine performance with rock brittleness. Eng. Geol. 65, 269–283.

Özfırat, K., Yenice, H., Şimşir, F., Yaralı, O., 2016. A new approach to rock brittleness and its usability at prediction of drillability,  Journal of African Earth Sciences, accepted manuscript, DOI:10.1016/j.jafrearsci.2016.03.017.

Protodyakonov, M.M., 1962. Mechanical properties and drillability of rocks. 5th Symp. On Rock Mech., Univ. Minnesota.

Thuro, K., 1997. Drillability prediction: geological influences in hard rock drill and blast tunneling. Geol. Rundsch. Springer-Verlag, 86, 426-438.

Yagiz, S., 2009. Assessment of brittleness using rock strength and density with punch penetration test, Tunnelling and Underground Space Technology 24, 66–74.

Yarali, O., Kahraman, S., 2011. The drillability assessment of rocks using the different brittleness values, Tunnelling and underground space technology, 26, 406-414.

Young K.o., Kon kim, T., Son, Y., Jeon, S., 2016. Effect of geomechanical properties on Cerchar abrasivity index (CAI) and its application to TBM tunneling, Tunnelling and underground space technology, article in press.