عنوان پایان‌نامه
بررسی رفتار مکانیکی ناپیوستگیهای توده سنگ به کمک مطالعات آزمایشگاهی
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن-مکانیک سنگ
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1843;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 46418
- تاریخ دفاع
- ۰۷ مهر ۱۳۸۹
- دانشجو
- هادی عطاپور
- استاد راهنما
- مهدی موسوی
- چکیده
- به‌منظور بررسی اثر بارگذاری شبه استاتیکی بر رفتار برشی درزه‌های مصنوعی پایان‌نامه‌ی حاضر تعریف شد. در این پایان‌نامه ابتدا دستگاه برش مستقیم که دارای قابلیت انجام آزمایش برش تحت شرایط مرزی بارگذاری سختی عمودی ثابت باشد، طراحی و ساخته شد. از عمده مزایای دستگاه برش جدید می‌توان به توانایی آن در انجام آزمایش بر روی نمونه‌هایی با شکل استوانه‌ای، مکعبی و تا حدودی با شکل‌های بی نظم اشاره کرد. نکته‌ی قابل ذکر این می‌باشد که نمونه به شکل مکانیکی در داخل جعبه ثابت می‌شود بطوری که نیاز به استفاده از ملات نبوده و آزمایش برش در زمان کمتر و با راحتی بیشتر صورت می‌گیرد. تمامی داده‌های مورد نیاز از جمله تنش برشی، جابجایی برشی، اتساع و تغییرات تنش عمودی بصورت خودکار ثبت می‌شود. از این دستگاه در انجام آزمایش‌های طراحی شده برای پایان‌نامه استفاده شد. تعداد آزمایش‌های صورت گرفته در حدود 75 آزمایش برش بود که بر روی نمونه‌های مصنوعی با سطوح صاف، ناهمواری‌های مثلثی با شیب 10 درجه و 20 درجه انجام گرفتند. آزمایش‌ها در پنج سرعت مختلف در محدوده‌ی سرعتی 3/0 تا 30 میلیمتر بر دقیقه انجام گرفتند. نمونه‌های مورد استفاده در آزمایشگاه و به شکل مصنوعی تهیه گردیدند. جنس نمونه‌ها از گچ (مدلی برای سنگ‌های نرم) و بتن (مدلی برای سنگ‌های متوسط- سخت) انتخاب شد. آزمایش بر روی نمونه‌های با سطح ناهموار تحت شرایط سختی عمودی ثابت انجام گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که تغییرات سرعت برش در محدوده‌ی مورد آزمایش اثرات مهمی بر روی پارامترهای مختلف برشی سطوح تماسی مورد آزمایش داشته است. بطوری که سختی برشی با افزایش سرعت برش بشدت کاهش یافته است. مقاومت برشی اوج و ضریب زاویه‌ی اصطکاک در نمونه‌های با سطح هموار و همچنین مقاومت برشی نهایی در نمونه‌های ناهموار در عمده‌ی نمونه‌ها با افزایش سرعت برشی کاهش قابل ملاحظه‌ای یافته است. آزمایش‌ها در این پایان‌نامه طوری طراحی شد تا بجز بررسی اثر سرعت برش بر رفتار ناپیوستگی، رفتار ناپیوستگی با بلوک‌های غیر هم‌جنس و اثر تغییر زاویه‌ی ناهمواری بر رفتار برشی نیز مورد ارزیابی قرار گیرد. نتایج نشان داد که رفتار سطوح تماسی متشکل از بلوک‌های نرم و سخت، عمدتا تحت کنترل بلوک نرم می‌باشد. این نتیجه‌گیری در مورد هر دو سطوح تماسی هموار و ناهموار برقرار بوده است. نکته‌ی نهایی که باید به آن اشاره کرد این می‌باشد که در سطوح تماسی هموار مشاهده شد که سختی برشی با افزایش سطح تنش عمودی به شکل خطی افزایش می‌یابد. در پایان‌نامه‌ی حاضر این رابطه پوش سختی نامیده شد.
- Abstract
- Mechanical behavior of rock discontinuities has great importance in rock mechanics and rock engineering. Study of this behavior has many applications. One important subject is the loading rate effect on shear behavior of rock discontinuities which needs to be investigated. The aim of this thesis was study of pseudo-static loading effects on artificial rock joints. First of all a direct shear apparatus with ability of perform shear tests under Constant Normal Load (CNL) and Constant Normal Stiffness (CNS) boundary conditions has been designed and manufactured. One major development in this new apparatus is the ability to perform shear tests on samples with any shape and size without use of filling plaster. Thus samples get fixed in the shear box by mechanical means at several points. Therefore direct shear test performance becomes easier and faster. All of the changing data, such as shear force, shear displacement; normal displacement and normal force are recorded automatically. The samples were made out of chalk and concrete to represent soft and hard materials. This apparatus has been used to perform about 75 shear tests on rough and smooth artificial joints with velocities in the range of 0.3-30 mm/min. Rough joints were tested under CNS boundary conditions. Results show that changes in shear velocity has important effect on shearing parameters. In other words, shear stiffness decreased rapidly when shear velocity increased. Peak shear strength and friction coefficient in smooth joints and final shear strength in most rough joints also decreased when shear velocity increased. Also, shear behavior of joints with deferent materials has been investigated. Results show that the behavior of joints made from soft and hard blocks are mainly controlled by the behavior of the softer block.
