زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

بررسی تأثیر جهت‌یابی حفره روی پاسخ ماسه سنگ‌های حفره دار در برابر بارهای استاتیکی تراکمی و دینامیکی کششی

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی شاهرود، دانشکدۀ علوم زمین
2 دانشگاه CSU چین، دانشکدۀ مهندسی منابع و ایمنی
3 دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، دانشکدۀ علوم پایه، گروه زمین شناسی
چکیده
تونل­های کم‌عمق نقش حیاتی در برنامه­ریزی شهری و خطوط حمل و نقل ریلی و جاده‌ای دارند. وجود این حفرات زیرسطحی می­تواند باعث تمرکز تنش شده و ناپایداری این فضاها را در برابر بارهای استاتیکی به‌ویژه دینامیکی در پی داشته باشد. از این‌رو، هدف از این پژوهش ارزیابی تأثیر وجود حفره بیضوی و جهت­یابی آن بر رفتار ماسه سنگ تحت بارهای استاتیکی فشاری و دینامیکی کششی است. به‌منظور ارزیابی تأثیر حفره در برابر شرایط تنش استاتیکی دو گروه از مغزه­های ماسه سنگی بدون حفره و حفره­دار با جهت­یابی 0و 30و 60 و 90 درجه فراهم شده و تحت آزمون بارگذاری فشاری تک‌محوری قرار گرفتند. حین آزمون علاوه بر ثبت تنش، با به‌کار بردن کرنش سنج، سنسور ثبت انتشار امواج صوتی و دوربین، آسیب و تغییر شکل‌پذیری نمونه­ها ثبت شد. برای انجام آزمون بارگذاری دینامیکی از دستگاه میلۀ فشار هاپکینسون استفاده شد. به­علاوه روند گسترش آسیب با استفاده از دوربین با سرعت زیاد با نرخ یک عکس در 10 میکروثانیه، ثبت شد. نتایج به‌دست آمده نشان داد که وجود حفره باعث کاهش مقاومت سنگ در بیش‌ترین حالت (0=θ) تا 55 درصد و در کم‌ترین حالت (90=θ) تا 77 درصد مقاومت فشاری تک‌محوری می­شود. آزمون بارگذاری دینامیکی کششی نشان می­دهد که حفره بیضوی نزدیک­تر به مرز انعکاس موج فشاری به کششی به‌علت قرارگیری در منطقه سوپر پوزیشن سالم مانده در حالی­که حفره موجود در خارج از این منطقه با هر جهت یابی دچار گسیختگی ورقه­ای شده است. بررسی سطح شکست با استفاده از تجزیۀ میکرسکوپ الکترونی و بررسی مقطع نازک نشان داد که شکستگی غالب از نوع مرز بلوری بوده است و سیمان اکسید آهن نقش کلیدی در توسعه این نوع شکستگی دارد.


کلیدواژه‌ها

1. Khanlari G. H., Rafiei B., Abdilor Y., "An experimental investigation of the Brazilian tensile strength and failure patterns of laminated sandstones", Rock Mech Rock Eng, 48 (2) (2015) 843-852.## 2. Heidari M., Momeni A., Rafiei B., Khodabakhsh S., Torabi-Kaveh M., "Relationship Between Petrographic Characteristics and the Engineering Properties of Jurassic Sandstones, Hamedan, Iran", Rock Mech Rock Eng. 46 (2013) 1091-1101. ## 3. Liu E., He S., "Effects of cyclic dynamic loading on the mechanical properties of intact rock samples under confining pressure conditions", Engineering Geology, 125 (2012) 81-91. ## 4. Li X. B., Zhou Z. L., Lok T., Hong L., Yin T. B., "Innovative testing technique of rock subjected to coupled static and dynamic loads", Int J Rock Mech Min Sci, 45 (5) (2008) 739-48. ## 5. Zhou Z., Li X., Zou Y., Jiang Y., Li G., "Dynamic Brazilian tests of granite under coupled static and dynamic loads", Rock Mech Rock Eng, 47 (2) (2014) 495-505. ## 6. Dai F., Huang S. H., Xia K., Tan Z. H., "Some fundamental issues in dynamic compression and tension tests of rocks using SHPB (Split Hopkinson Pressure Bar)", Rock Mech Rock Eng, 43 (6) (2010) 657-666. ## 7. Fakhimi A., Azhdari P., Kimberley J., "Physical and numerical evaluation of rock strength in Split Hopkinson Pressure Bar testing", Computers and Geotechnics, 102 (2018) 1-11. ## 8. Huang Y.H., Yang S. Q., Ranjith P. G., Zhao J., "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 (2017)182-198. ## 9. Tao M., Zhao H., Li X. B., Li X., Du K., "Failure characteristics and stress distribution of pre-stressed rock specimen with circular cavity subjected to dynamic loading", Tunnelling and Underground Space Technology, 81 (2018) 1-15. ## 10. Tao M., Ma A., Cao W., Li X., Gong F., "Dynamic response of pre-stressed rock with a circular cavity subject to transient loading", Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 99 (2017) 1-8. ## 11. Nadi A., Goshtasbi K., Naghdabadi R., Arghavani J., Ashrafi M. J., "Experimental investigation of dynamic behavior of sandstone under high strain rates", Modares Civil Engineering journal, 15 (3) (2015)119-128(In Persian). ## 12. Weerheijm J., VanDoormaal J., "Tensile failure of concrete at high loading rates: newtest data on strength and fracture energy from instrumented spalling tests", Int. J. Impact. Eng, 34 (2007) 609-26. ## 13. Li X. B., Tao M., Chengqing W., Du K., Qiuhong W., "Spalling strength of rock under different static pre-confining pressures", International Journal of Impact Engineering, 99 (2017) 69-74. ## 14. Zhao H., Tao M., Li X. B., Cao W., Wu C., "Estimation of spalling strength of sandstone under different pre-confining pressure by experiment and numerical simulation", International Journal of Impact Engineering, 133, (2019) 103359. ## 15. ISRM, Brown E. T., editor, "Rock characterization testing and monitoring-ISRM suggested methods", Oxford: Pergamon, (1981) 211. ##