بخشی از مقاله
چکیده
اغلب معیارها و مدل¬های رفتاری ارائه شده در ارتباط با رفتار برشی درزه بر اساس دو مکانیزم سنگ نرم
برش و لغزش در سطح درزه بیان شده¬اند. در درزه¬های تشکیل شده از سنگ نرم مانند زغالسنگ
درزه¬های موجود در توده¬های زغالسنگ، تغییر شکل¬های الاستیک مواد تشکیل دهنده درزه تغییرشکلالاستیک
قبل از شروع فرآیند برش موجب تغییر شرایط اولیه حاکم بر برش درزه می¬گردد. در این تحقیق مقاومت
جهت بررسی این تغییرات، مدل¬های پلاستری از سطوح شاخص درزه¬های طبیعی تهیه شد. مدل پلاستری
سپس بر این نمونه¬ها در سه سطح بار عمودی مختلف آزمایش برش مستقیم انجام گرفت. نتایج
این آزمایش¬ها نشان داد که در بارهای نرمال کم با کاهش مقاومت فشاری دیواره درزه، مقاومت
برشی افزایش می¬یابد و در بارهای نرمال بالا، با افزایش مقاومت فشاری دیواره درزه، مقاومت برشی
درزه نیز بیشتر شده است. تغییر مقاومت برشی درزه با توجه به مقاومت فشاری دیواره درزه، به تغییر
مکانیزم حاکم بر رفتار برشی درزه بستگی دارد. در سطوح درزه با شکل هندسیکاملاً یکسان در
صورتی که در سطح درزه تغییر شکل الاستیک و برش ایجاد شود، مقاومت برشی بیشتری نسبت به
حالتی که در سطح درزه لغزش اتفاق می¬افتد از خود نشان داده است. تغییر رفتار درزه از لغزش به
تغییر شکل الاستیک و برش، ارتباط مستقیمی با نسبت بار نرمال وارد بر سطح درزه به مقاومت
فشاری دیواره درزه دارد.
-1 مقدمه
در رابطه با رفتار برشی درزههای سنگی انتخاب مقدار مقاومت برشی مناسب نه تنها بستگی به اطلاعات به دست آمده از آزمایش دارد، بلکه لازم است تفسیر دقیقی از این اطلاعات در رابطه با رفتار تودهسنگ به دست آورد. در غالب مطالعات صورت گرفته، رفتار دندانههای سطح درزه به صورت صلب در نظر گرفته شده است .[1] در معیارها و مدلهای رفتاری مختلف مانند مدل پاتن [2]، لادانی و آرشمبولت [3]، بارتن [4] به بررسی رفتار برشی درزه با فرض صلب بودن دندانهها پرداخته شده است. این معیارها برای تخمین مقاومت برشی حداکثر مورد استفاده قرار میگیرند و قادر به مدلسازی رفتار سخت شونده1 و نرم
1- Hardening
1
شونده 1 در درزه سنگها نیستند. بیشتر مدلهای ارائه شده در رابطه با رفتار برشی درزهها، بر اساس دو مکانیزم برش و لغزش در سطح درزه میباشد. در درزههای نرم که قابلیت تراکم پذیری دارند مانند درزههای موجود در تودههای زغالسنگ علاوه بر دو مکانیزم ذکر شده تغییر شکل دندانهها تأثیر مشخصی بر رفتار برشی درزه دارد. بر اساس تحقیقاتی که در ارتباط با مکانیزم حاکم بر رفتار برشی درزههای سنگی صورت گرفته است [9-7]، تغییر شکلهای الاستیک و غیرالاستیک مواد تشکیل دهنده درزه، رفتار برشی درزه را تحت تأثیر قرار میدهند. شناخت خصوصیات تغییر شکل پذیری سطح درزه تحت تأثیر بارهای برشی و نرمال جهت درک مناسب رفتار برشی شکستگی ضروری میباشد. شکل اولیه زبری ناپیوستگیها جهت بررسی تأثیر زبری بر مقاومت برشی درزه سنگ کافی نخواهد بود .[10] در تحقیقاتی که در رابطه با بررسی رفتار درزههای نرم صورت گرفته است از شکلهای منظم مثلثی استفاده شده است. درزههای طبیعی از اشکال پیچیدهای تشکیل شدهاند. رفتار درزههای طبیعی و شکل دندانه سطح درزه با مدلسازیهای صورت گرفته بسیار متفاوت میباشد. در این تحقیق تلاش میشود که با مدلسازی فیزیکی و انجام آزمونهای مکانیکی آزمایشگاهی، رفتار برشی درزههای نرم مورد ارزیابی قرار گیرد. به همین منظور از درزههای قالبگیری شده پلاستری2، با خصوصیات مقاومتی و تغییر شکل پذیری مختلف (نزدیک به خصوصیات مقاومتی زغالسنگ) استفاده شده است. همچنین جهت تعیین تأثیر زبری سطح درزه و بار عمودی، بازه وسیعی از زبری و بارعموی جهت انجام آزمایش برش مستقیم در نظر گرفته شده است. ساخت درزههای پلاستری این امکان را میدهد که در شرایط مورفولوژیکی و بار عمودی ثابت تغییر خصوصیات مقاومتی و تغییر شکل پذیری مواد بر رفتار برشی درزه مورد بررسی قرار گیرد.
-2 آمادهسازی نمونهها
به منظور بررسی تأثیر خصوصیات مقاومتی و تغییر شکل پذیری درزههای سنگی نیاز به انجام چندین آزمایش برش بر روی درزههایی است که خصوصیات هندسی و مورفولوژیکی یکسان داشته باشند. بعلت آنکه امکان دستیابی به نمونههای با خصوصیات هندسی کاملا یکسان در طبیعت وجود ندارد، درزههای پلاستری مدل از درزههای سنگی طبیعی تهیه شده و آزمایش برش مستقیم بر روی این درزهها انجام شد. جهت ساخت نمونههای درزه از ترکیبات آب و نوعی پلاستر با نام Crystacal D استفاده شد .[13] جهت بررسی رفتار برشی درزههای نرم و مقایسه آن با درزههای با مقاومت فشاری بالا دو ترکیب مختلف پلاستر به آب (P/W) با خصوصیات مکانیکی نشان داده شده در جدول1، مورد استفاده قرار گرفتند.
جدول -1 مشخصات مکانیکی پلاستر Crystacal D بکار رفته در ساخت مدلهای پلاستری، برای
نسبتها مختلف P/W
دانسیته( ) مقاومت کششی مقاومت فشاری تک محوره مدول یانگ نسبت پلاستر به آب
( ) ( ) ( )
1/89 4/23±0/34 52/12±2/14 11/36±0/02 4
1/31 2/81±0/24 17/24±3/78 3/83±1/24 2
جهت ساخت نمونههای اصلی به منظور انجام آزمون برش مستقیم، ابتدا قالب سیلیکونی از این درزههای طبیعی تهیه گردید. سیلیکون استفاده شده انعطافپذیر است و در طی سخت شدن تغییر حجم قابل ملاحظهای نمیدهد، به آسانی از سطح سنگ جدا میشود و جزئیات سطوح درزه را بطور دقیق قالبگیری میکند.
