ارزيابي رفتار سنگ هاي گرانيتي حفره دار در برابر بارهاي استاتيكي و ديناميكي

Assessment of hole-bearing granitic rocks behavior against static and dynamic loads

وجود حفرات طبيعي يا مصنوعي موجود در توده سنگ مي تواند بر روي رفتار مقاومتي آن تاثير گذار باشد. اين موضوع زماني-اهميت مي يابد كه اين حفرات، كه عمدتا كم عمق نيز هستند، داراي كاربري هاي حساسي نظير مترو و يا اهداف نظامي باشند. لذا هدف از اين پژوهش ارزيابي تاثير وجود حفره بيضوي بر رفتار سنگ تحت بارهاي استاتيكي و ديناميكي است. به منظور ارزيابي تاثير حفره در برابر شرايط تنش استاتيكي دو گروه از مغزه هاي گرانيتي حفره دار و بدون حفره فراهم شده و توسط دستگاه سروكنترل هيدروليكي تحت آزمون بارگذاري فشاري تك محوري قرار گرفتند. در حين آزمون علاوه بر ثبت تنش، با بكار بردن كرنش سنج، سنسور ثبت انتشار امواج صوتي و دوربين، آسيب و تغيير شكل پذيري نمونه ها ثبت گرديد. براي انجام آزمون بارگذاري ديناميكي از دستگاه ميله فشار هاپكينسون استفاده شد. به علاوه روند آسيب ديدگي با استفاده از دوربين با سرعت بالا با نرخ يك عكس در 10 ميكروثانيه، ثبت گرديد. نتايج بدست آمده نشان داد كه وجود حفره باعث كاهش مقاومت سنگ تا 50 درصد مقاومت اوليه در برابر تنش هاي استاتيكي مي شود. بعلاوه حفره باعث افزايش كرنش و درنتيجه كاهش قابل توجه در مدول الاستيسته نيز شده است. نتايج آزمون هاي ديناميكي نشان مي دهد كه مقاومت سنگ مي تواند بسته به نرخ بارگذاري تا بيش از4/3 برابر مقدار اوليه افزايش يابد. همچنين تصاوير گرفته نشان مي دهد كه در صورت بالا بودن تنش اعمالي، گسيختگي برشي غالب بوده و در صورتي كه تنش اعمالي كاهش قابل ملاحظه اي يابد، مكانيسم برشي به مكانيسم كششي تبديل مي شود.

Presence of natural and man-made cavities can affected rock mass strength. This is more important especially when the cavities are located in shallow depth and have sensitive applications such as metro and military targets. Therefore, the aim of this study was to evaluate the effect of elliptical cavity on rock behavior under static and dynamic loads. In order to evaluate the effect of the cavity under static stress conditions, two groups of intact and hole-bearing granite cores were provided and tested by a hydraulic servo control device under uniaxial compressive loading test. During the test, in addition to the stress recording, damage and deformability of the samples were recorded by using the strain gauge, acoustic emission sensor and camera. Split Hopkinson pressure bar (SHPB) test apparatus was used for doing dynamic loading test. In addition, the damage process was recorded using a high-speed camera with 10 micro-seconds interval of frame capability. The obtained results showed that the presence of cavity reduced the rock resistance up to 50% of the initial strength under static stresses. Furthermore, the cavity causes an increase in strain, which significantly reduces the elastic modulus. Dynamic tests show that rock strength can increase up to more than 4.3 times of the initial value, depending on the loading rate. Also, the obtained images show that in case of high applied stress, shear failure is dominated and if the applied stress is significantly reduced, shear mechanism becomes to tensile mechanism.