ارزیابی تغییرات چگالی و شاخص دوام سنگ شیست تحت تأثیر سیکل‌های انجماد-ذوب

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مکانیک سنگ، بخش مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 عضو هیئت علمی دانشگاه شهید باهنر

3 عضو هیئت علمی دانشگاه امیر کبیر

4 استادیار گروه مهندسی معدن، دنشکده مهندسی، دانشگاه کردستان

چکیده

هوازدگی سنگ در مناطق کوهستانی دوام و مقاومت آن را در طول زمان تحت تاثیر قرار می‌دهد. ارزیابی دوام و استحکام سنگ‌ها در اثر سیکل‌های انجماد-ذوب فاکتور اساسی برای تحلیل پایداری سنگ‌های بستر پروژه‌های مهندسی از قبیل تونل، معدن و ... می‌باشد. در این مطالعه تأثیر سیکل‌های انجماد-ذوب بر روی شاخص دوام سیکل‌های دوم و پنجم، چگالی خشک و حجم سنگ شیست ارزیابی شده است. بدین منظور، 13 گمانه در دیواره غربی معدن انگوران حفر و نمونه‌های مورد نیاز تهیه و آماده‌سازی شده است. در کل، 75 سیکل انجماد-ذوب روی نمونه‌ها اعمال و در سیکل‌های 0، 7، 15، 40 و 75، آزمایش‌های آزمایشگاهی از قبیل شاخص دوام سیکل‌های دوم و پنجم، چگالی خشک و اندازه‌گیری حجم نمونه‌ها انجام شده است. بر این اساس، روابطی تجربی جهت محاسبه شاخص دوام و چگالی خشک نمونه‌ها به ازای سیکل-های انجماد-ذوب مختلف ارائه شده است. نتایج حاصله نشان دهنده کاهش نمایی شاخص دوام سیکل‌های دوم و پنجم و چگالی خشک می-باشد. همچنین، حجم نمونه‌ها با افزایش تعداد سیکل‌های انجماد-ذوب، افزایش یافته است. بعلاوه، مشخصات کانی‌شناسی سنگ شیست هم با استفاده از میکروسکوپ پلاریزان و آنالیز XRD مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج این مطالعه نشان داد که کانی‌های اصلی تشکیل دهنده سنگ شیست شامل کوارتز، کلسیت، بیوتیت و کلریت می‌باشد. در نهایت، جهت اعتبارسنجی نتایج بدست آمده و بررسی دقیق بافت نمونه‌ها، سنگ شیست در حالت بکر و پس از اعمال 75 سیکل انجماد-ذوب با استفاده از میکروسکوپ الکترونیکی مطالعه گردید. نتایج نشاندهنده متراکم بودن بافت نمونه‌ها قبل از هوازدگی بوده که در آن فاصله بین سطوح شیستوزیته خیلی کم می‌باشد. با این حال، پس از اعمال 75 سیکل انجماد-ذوب، فاصله بین ناپیوستگی‌ها افزایش یافته و ترک‌های جدیدی در راستای عمود بر محور طولی نمونه‌ها ایجاد شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluating the variations of density and durability index of schist rock under the effect of freezing-thawing cycles

نویسندگان [English]

  • Seyed Zanyar Seyed Mousavi 1
  • Hossein Tavakoli 2
  • Parviz Moarefvand 3
  • Mohammad Rezaei 4
1 Department of Mining Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
2 Department of Mining Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
3 Department of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
4 Asistant Professor, Department of mining engineering, Faculty of engineering, University of Kurdistan
چکیده [English]

Rock weathering affects its durability and strength in mountainous areas during the time. Evaluating durability and strength variations of rocks under freezing and thawing (F-T) cycles is a key factor for stability analysis of bedrocks in engineering projects such as tunnel, mine and etc. In this study, the influence of F-T cycles on second durability index, fifth durability index, dry density and schist rock volume has been evaluated. For this purpose, 13 boreholes have been drilled in western wall of Angouran mine and required samples have been prepared. In overall, 75 F-T cycles have been conducted upon the samples and laboratory tests including durability index of second and fifth cycles, dry density and measurement of samples volume have been carried out in 0, 7, 15, 40 and 75 cycles of F-T. On this basis, new equations presented and suggested to calculate durability index and dry density of samples in different F-T cycles. The obtained results showed that durability index of second and fifth cycles and dry density both decreased exponentially. Also, volume of samples has been increased by increasing the number of F-T cycles. In addition, mineralogical characteristics of schist rock have been studied by optical microscope and XRD analysis. Results of these analyses showed that Chlorite, Biotite, Calcite and Quartz are main constructive minerals of the schist rock. Finally, intact and weathered schist samples (after 75 cycles of F-T) are studied by an electronic microscope to validate the results and evaluate the effect of weathering on the microstructure of specimen’s texture. Obtained results indicated that the texture of samples was dense before weathering in which spacing of the schistosity beddings was very low. However, after 75 cycles of F-T, the discontinuity spacing was increased and new cracks were created in the body of samples perpendicular to the longitudinal axis.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Angouran mine"
  • "Schist"
  • "Freezing-thawing process"
  • "Durability index"
  • "Dry density"

مراجع

  1. منابع

    1. Reiche, I.; 1950; “A Survey of Weathering Processes and Products”, Revised Edition University of New Mexico Publishers. Geol., no. 3. 95 p. 1950.
    2. Fowler, Rell; Petersen, James.; 2003; “A Spatial representation of Louis peltier’s weathering, erosion and climatic graphs using geographic information systems (GIS)”, geo 541 9, advanced gis II. Spring.
    3. Dash, j. g. and rempel, j. s. wettlaufer, rev.; 2006; “Med”. phys.78, 695.
    4. Bell FG.; 2000; “Engineering properties of soils and rocks”, 4th end. Blackwell Science, Oxford.
    5. Selby, M.J.; 1993; “Hillslope Material and Processes”, Oxford. 21(5):491-492.
    6. Chen, T. C., Yeung, M. R., & Mori, N.; 2004; “Effect of water saturation on deterioration of welded tuff due to freeze-thaw action”, Cold Regions Science and Technology, 38(2-3), 127-136.
    7. Tan, X., Chen, W., Yang, J., & Cao, J.; 2011: “Laboratory investigations on the mechanical properties degradation of granite under freeze–thaw cycles”, Cold Regions Science and Technology, 68(3), 130-138.
    8. Binal, A., Kasapoglu, K. E., Sensogut, C., & Ozkan, I.; 2002; “Effects of freezing and thawing process on physical and mechanical properties of Selime ignimbrite outcrops in Aksaray–Ihlara valley”, In VI Regional Rock Mechanics Symposium. Turkish National Society for Rock Mechanics, Seljuk University, Konya (Vol. 189, p. 196).
    9. Penttala, V., Al-Neshawy, F.; 2002; “Stress and strain state of concrete during freezing and thawing cycles”, Cement and Concrete Research 32, 1407–1420.
    10. Altindag, R., Alyildiz, I. S., & Onargan, T.; 2004; “Mechanical property degradation of ignimbrite subjected to recurrent freeze-thaw cycles”, International journal of rock mechanics and mining sciences, 6(41), 1023-1028.
    11. Ruedrich, J., Siegesmund, S.; 2007; “Salt and ice crystallization in porous sandstones”, Environmental Geology 52, 225–249.
    12. Karaca, Z., Deliormanli, A.H., Elci, H., Pamukcu, C.; 2010; “Effect of freeze–thaw process on the abrasion loss value of stones”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 47, 1207–1211.
    13. Wang, P., Xu, J., Fang, X., Wang, P., Zheng, G., & Wen, M.; 2017; “Ultrasonic time-frequency method to evaluate the deterioration properties of rock suffered from freeze-thaw weathering”, Cold Regions Science and Technology, 143, 13-22.
    14. Ghobadi, M. H., & Babazadeh, R.; 2015; “Experimental studies on the effects of cyclic freezing–thawing, salt crystallization, and thermal shock on the physical and mechanical characteristics of selected sandstones”, Rock Mechanics and Rock Engineering, 48(3), 1001-1016.
    15. Bell F.G.; 1993; “Engineering geology”, Blackwell Scientific Publications, London.
    16. Latham, J.P., Lienhart, D. and Dupray, S.; 2006; “Rock quality, durability and service life prediction of armourstone”, Engineering geology, 87: 122- 140.
    17. Dhakal G., Yoneda T., Kato M., Kaneko K.; 2002; “Slakedurability and mineralogical properties of some pyroclastic and sedimentary rocks”, Engineering Geology 65: 31-45.
    18. Franklin, J.A. and Chandra, R.; 1972; “The slake-Durability test”, International Journal of Mechanics and Mining Science, 9: 325-341.
    19. I.S.R.M.; 1981; “Rock characterization, Testing and monitoring” In: Brown ET, editor. ISRM suggested methods. Oxford: Pergamon Press, 211.
    20. Koncagül, E., and Santi, P.; 1999; “Predicting the 12nconfined compressive strength of the Breathitt shale using slake durability, Shore hardness and rock structural properties”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 36, 139-153.
    21. Gupta, V., and Ahmed, I.; 2007; “Effect of pH of water and mineralogical properties on the slake durability (degradability) of different rocks from the Lesser Himalaya, India”, Engineering Geology, 95: 79-87.
    22. Topal, T., Sözmen, B.; 2000; “Freeze–Thaw Resistance of the Yazilikaya Tuffs”, 9th International Congress on the Deterioration and Conservation of Stone, pp. 275–281.
    23. Fookes PG, Gourley CS, Ohikere C.; 1988; “Rock weathering in engineering time”, Quaterly Journal of Engineering Geology 21, 33–57.
    24. Rabinson,D.A.; 2000; “Weathering processes, products and environmemts”, Earth Sur. Pro. And land forms. Vol.25.
    25. Dreesen R., Dusar M.; 2004; “Historical building stones in the province of Limburg (NE Belgium): role of petrography in provenance and durability assessment”, Materials Characterization, Vol.53: 273-287.

نشریه مهندسی معدن
دوره 14، شماره 45
اسفند 1398
صفحه 1-12

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 19 بهمن 1397
  • تاریخ بازنگری: 28 مرداد 1398
  • تاریخ پذیرش: 25 آذر 1398

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار