بررسی آزمایشگاهی تأثیر حفرات بزرگ مقیاس بر رفتار مکانیکی توده سنگ و ارزیابی نتایج با استفاده از روش میکرومکانیک

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

چکیده

با توجه به وجود پروژه‌های بزرگ زیربنایی در منطقه زاگرس به‌خصوص سدها و نیروگاه‌های برقابی، تعیین پارامترهای مهندسی توده سنگ‌های سازند آسماری، توجهات گسترده‌ای را به خود جلب کرده است. از جمله ویژگی‌های این سازند، وجود  حفرات می‌باشند که بسته به شکل و موقعیت آن‌ها باعث کاهش مقادیر پارامترهای مقاومتی و تغییرشکلی در سنگ می‌‌شوند. در بخش اول این تحقیق برای مطالعه میزان حفرات بر مدول تغییر شکل پذیری و نیز مقاومت تک‌محوری سنگ، از مدل‌سازی آزمایشگاهی استفاده شده است. نمونه‌های متخلخل، از گچ و دانه‌های فوم کروی شکل با قطرهای 4 و 6 میلیمتر ساخته شد. محدوده تخلخل نمونه‌های ساخته شده برای مقاومت تک‌محوری صفر الی %45 و برای مدول ارتجاعی صفر الی %30 است. با توجه به  آزمایش‌های انجام شده، میزان مقاومت تک‌محوری و مدول تغییر شکل پذیری با افزایش حجم حفرات کروی بصورت نمایی کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش اندازه حفرات از 4 به 6 میلی‌متر در نمونه‌های با درصد تخلخل یکسان، میزان کاهش مقاومت تک‌محوری و مدول ارتجاعی کمتر از 7 درصد است. در بخش دوم،  با توجه به اینکه مصالح متخلخل می‌تواند حالت خاصی از مواد مرکب در نظر گرفته شود، توسط روش میکرومکانیک و مدل‌‌های مختلف همگن‌سازی به بررسی اثر میزان حفرات کروی بر مدول ارتجاعی پرداخته شده است. با توجه به برازش انجام شده در محدوده تخلخل صفر الی %30، کاهش مدول ارتجاعی نسبت به حجم حفرات کروی را می‌توان با دقت بسیار مناسبی توسط روابط نمایی تعیین کرد. همچنین نتایج آزمایشگاهی تطابق مناسبی با مدل‌های همگن‌سازی که اثر شکل را لحاظ می‌کنند، دارد. در تخلخل‌های کمتر از %15 با توجه به اختلاف کم مدل‌های اشلبی، خودسازگار، موری-تاناکا و لایلنس، نتایج آزمایشگاهی تطابق مناسبی با آن‌ها دارد. با افزایش تخلخل نتایج آزمایش‌ها بیشتر به مدل‌های خودسازگار و اشلبی تمایل دارد.
 
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental study on the effect of large scale cavities on mechanical behavior of rock mass

چکیده [English]

Due to the presence of large civil projects in the Zagros region, the engineering parameters of Asemari formation rock mass have attracted wide attention. One of the characteristics of this formation is the existence of cavities which based on their that related to the shape and position which can reduce strength and deformation parameters of rock mass. In first part of this research, laboratory modeling is used for evaluation of macro porosity effect on deformation modulus and strength of rock. Porous samples were created by plaster and spherical polystyrene granules with have 4 and 6 mm diameter. The range of porosity investigated was approximately 0-45% for uniaxial stengthstrength and 0-30% for elastic modulus. According to the results, uniaxial compression strength and deformation modulus decrease exponentially and by increasing the size of pores from 4 mm to 6 mm. This , decrease ing in the amount of uniaxial strength and elastic modulus is lower less than 7 percent.
In the second part, with regard to thatsince the porous material can be considered as a special case of composite materials, effect of the amount of spherical pores on the elastic modulus was studied by micromechanics method and different homogenizing models. By curve fitting in range of 0-30% porosity, reduction of elastic modulus can be determined by exponential relation. The experimental results match well with models which considered the shape. In porosity of less than 15%, with regard to small differences in Eshelby, Self consistent, Mori-Tanaka and Lielens models, experimental results have good accordance with them. With increased porosity, experimental results tend to Selfself consistent and Eshelby model.
 
 
 
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Large pores
  • Uniaxial compression strength
  • elastic modulus
  • Laboratory modeling
  • Micromechanics method