بررسی تأثیر زبری سطح ناپیوستگی بر مقاومت نمونه‌های سنگی درزه‌دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک سنگ، دانشگاه تربیت مدرس

2 1. گروه مهندسی مکانیک سنگ، دانشگاه تربیت مدرس

3 گروه مهندسی مکانیک سنگ، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی قزوین

چکیده

ناپیوستگی­ها یکی از مهمترین عواملی هستند که باعث ایجاد آنیزوتروپی مکانیکی در سنگ شده و سبب کاهش مقاومت سنگ می­گردند، در نتیجه جهت توصیف رفتار سنگ باید خواص مربوط به ناپیوستگی­ها و میزان تاثیری که بر روی مقاومت سنگ می­گذارند مورد توجه و بررسی قرار گیرد. از جمله مهمترین خواص ناپیوستگی­ها که بر روی مقاومت نمونه­ی انیزوتروپ اثر می­گذارد، زبری سطح ناپیوستگی­هاست. از طرفی با توجه به اینکه در طبیعت سنگ­ها تحت فشار جانبی قرار دارند، بنابراین بهتر است رفتار سنگ­های درزه­دار تحت شرایط محصور شده مورد بررسی قرار بگیرد. در تحقیق حاضر به منظور بررسی تأثیر زبری سطح درزه بر روی مقاومت سنگ، از نمونه­های مصنوعی ساخته شده از ترکیب گچ و سیمان استفاده شده است. نمونه­های مصنوعی در چهار سطح زبری و در هفت زاویه­ی شیب ناپیوستگی نسبت به تنش اصلی حداکثر تهیه شدند، و در پنج فشار جانبی 5/0، 5/1، 2، 5/3 و 5 مگاپاسکال تحت آزمایش مقاومت فشاری سه محوری قرار گرفتند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد با افزایش زبری سطح ناپیوستگی، مقاومت سنگ­های انیزوتروپ افزایش می­یابد، که این افزایش مقاومت هنگامی که زاویه­ی ناپیوستگی با تنش اصلی حداکثر بین ˚25 تا ˚50 باشد بیشتر از بخش­های دیگر است. همچنین نتایج نشان داد که بیشترین مقاومت سنگ انیزوتروپ در یکی از زوایای 0 و یا 90 درجه اتفاق می­افتد که این زاویه برای مقادیر مختلف JRC متفاوت است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of discontinuity surface roughness on the strength of jointed rock samples

نویسندگان [English]

  • Abolfazl Rezaeipoor 1
  • Hamidreza Nejati 2
  • Abdolhadi Ghazvinian 1
  • Mir raoof Hadei 3
1   Rock Mechanics Division, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran, h.nejati@modares.ac.ir
2    Rock Mechanics Division, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran, h.nejati@modares.ac.ir
3 Faculty of Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
چکیده [English]

It is seldom possible that rock engineering structures found without joints, cracks, or discontinuities. Discontinuities are one of the most important phenomena that cause the mechanical anisotropy in rocks. This mechanical anisotropy would impose reduction of strength. Therefore the discontinuities and degree of their influence on the rocks must be studied carefully in order to define the behavior of rocks. The confining pressure, on the other hand, is an important parameter that controls the percentage effect of the rock discontinuities on the rock strength. The purpose of this study is evaluation of the effect of discontinuity surface roughness on strength of jointed rock samples at different confining pressures. For this purpose, an intensive laboratory investigation was undertaken to test jointed specimen at various discontinuity angles (β=0, 15, 30, 45, 60, 75 and 90 degrees) and confining pressures (0.5, 1.5, 2, 3.5 and 5 MPa). The rock discontinuities possess various roughness that were controlled by joint roughness coefficient (JRC=0, 7, 12 and 17). Fabricated artificial samples which included a rough discontinuity were prepared by Cement and Plaster of Paris. These specimens were used for simulation of mechanical anisotropy subjected to uniaxial and triaxial tests based on the ISRM suggested methods. The results of experimental tests indicated that, with an increase in discontinuity surface roughness and lateral pressure, the strength of the anisotropic samples increases. Also it is shown that the orientation of discontinuity influence on the strength of specimens and the maximum strength achieved at the specimen with β=25 to 50 degrees.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Anisotropy
  • Discontinuity Surface Roughness
  • Confining Pressure
  • Jointed Rocks

مراجع

Akai, K., Yammamoto, K., Ariola, M., 1970. Experimentele forschung Uber anisotropische eigenschaften von kristallinen schierfern. In Proceedings of the 2nd international congress on rock mechanics. Belgrade.
Allirot, D., Boehler, J.P., 1979. Evolution Of Mechanical Properties Of A Stratified Rock Under Confining Pressure. 4th ISRM Congress. International Society for Rock Mechanics.
Attewell, P.B., Sandford, M.R., 1974. Intrinsic shear strength of a brittle, anisotropic rock — I: experimental and mechanical interpretation. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 11(11), 423–430. http://doi.org/10.1016/0148-9062(74)90454-9
Barton, N., Choubey, V., 1977. The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mechanics, 10(1-2), 1–54. http://doi.org/10.1007/BF01261801
Behrestaghi, M.H.N., Seshagiri Rao, K., Ramamurthy, T., 1996. Engineering geological and geotechnical responses of schistose rocks from dam project areas in India. Engineering Geology, 44(1-4), 183–201. http://doi.org/10.1016/S0013-7952(96)00069-5
Bray, J., 1967. A study of jointed and fractured rock. Rock Mechanics and Engineering Geology, 5(2-3), 117–136.
Brown, E.T., 1970. Strength of Models of Rock With Intermitted Joints. Journal of Soil Mechanics & Foundations Div, 96(SM6).
Chenevert, M.E., Gatlin, C., 1965. Mechanical Anisotropies of Laminated Sedimentary Rocks. Society of Petroleum Engineers Journal, 5(01), 67–77. http://doi.org/10.2118/890-PA
Deklotz, E.J., Brown, J.W., Stemler, O.A., 1966. Anisotropy of a Schistose Gneiss. 1st ISRM Congress. Lisbon: International Society for Rock Mechanics.
Donath, F. A., 1964. A strength variation and deformational behavior of anisotropic rocks. In W. R. Judd (Ed.), State of Stress in the Earth’s Crust (pp. 281–298). Elsevier.
Donath, F.A., 1972. Effects of Cohesion and Granularity on Deformational Behavior of Anisotropic Rock. Geological Society of America Memoirs (Vol. 135). Geological Society of America. http://doi.org/10.1130/MEM135
Einstein, H.H., Hirschfeld, R. C., 1973. Model Studies on Mechanics of Jointed Rock. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 99(3), 229–248.
Ghazvinian, A., Hadei, M. R., 2012. Effect of discontinuity orientation and confinement on the strength of jointed anisotropic rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 55, 117–124. http://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2012.06.008
Hayashi, M., 1966. Strength And Dilatancy of Brittle Jointed Mass - The Extreme Value Stochastics And Anisotropic Failure Mechanism. 1st ISRM Congress. Lisbon: International Society for Rock Mechanics.
Jaeger, J.C., 1960. Shear failure of anistropic rocks. Geological Magazine, 97(01), 65–72. http://doi.org/10.1017/S0016756800061100
Ladanyi, B., Archambault, G., 1972. Evaluation de la resistance au cisaillement d’un massif rocheux fragmente. Proc. 24th Int. Geol. Cong., Montreal, Section.
Lama, R.D., Vutukuri, V. S., 1978. Handbook on Mechanical Properties of Rocks Testig Techniques and Results. Volume 2 (Vol. 3).
Martin McCabe, W., Koerner, R.M., 1975. High pressure shear strength investigation of an anisotropic mica schist rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 12(8), 219–228. http://doi.org/10.1016/0148-9062(75)91402-3
McLamore, R., Gray, K.E., 1967. The Mechanical Behavior of Anisotropic Sedimentary Rocks. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 89(1), 62–73. http://doi.org/10.1115/1.3610013
Nasseri, M.H., Rao, K.S., Ramamurthy, T., 1997. Failure mechanism in schistose rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 34(3-4), 219.e1–219.e15. http://doi.org/10.1016/S1365-1609(97)00099-3
Pomeroy, C.D., Hobbs, D.W., Mahmoud, A., 1971. The effect of weakness-plane orientation on the fracture of Barnsley Hards by triaxial compression. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 8(3), 227–238. http://doi.org/10.1016/0148-9062(71)90021-0
Ramamurthy, T., Rao, G.V., Singh, J., 1988. A Strength Criterion for Anisotropic Rocks. In Fifth Australia-New Zealand Conference on Geomechanics (pp. 253–257). Sydney.
Rao, K., Rao, G., Ramamurthy, T., 1986. A strength criterion for anisotropic rocks. Proceedings of the Indian Geotechnical Journal, 317–333.
Reik, G., Zacas, M., 1978. Strength and deformation characteristics of jointed media in true triaxial compression. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 15, 295–303. http://doi.org/10.1016/0148-9062(78)91470-5
Singh, V., Singh, D., Singh, T., 2001. Prediction of strength properties of some schistose rocks from petrographic properties using artificial neural networks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 38(2), 269–284. http://doi.org/10.1016/S1365-1609(00)00078-2
Tien, Y.M., Tsao, P.F., 2000. Preparation and mechanical properties of artificial transversely isotropic rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 37(6), 1001–1012. http://doi.org/10.1016/S1365-1609(00)00024-1
Walsh, J.B., Brace, W.F., 1964. A fracture criterion for brittle anisotropic rock. Journal of Geophysical Research, 69(16), 3449–3456. http://doi.org/10.1029/JZ069i016p03449.
نشریه انجمن زمین شناسی مهندسی ایران
دوره 9، شماره 1 و 2
شهریور 1395
صفحه 1-14

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 12 بهمن 1393
  • تاریخ بازنگری: 29 اسفند 1394
  • تاریخ پذیرش: 07 مهر 1395

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار