بخشی از مقاله
چکیده:
شکنندگی یکی از مهمترین ویژگیهاي مکانیکی سنگ است. در حال حاضر روش استاندارد براي اندازهگیري مستقیم شکنندگی سنگ در دسترس نیست. بنابراین روشهاي غیر مستقیم براي بدست آوردن شکنندگی ، تابعی از مقاومت سنگ است. در این پژوهش از اطلاعات اولیه به دست آمده از آزمایشات انجام شده بر روي گرانیت استفاده شده و ارتباط بین شاخص بار نقطهاي و مفاهیم شکنندگی براي این سنگ بررسی شده است.
سه مفهوم براي شکنندگی استفاده شده است که شامل B1 - نسبت مقاومت تراکم تک محوري به مقاومت کششی - ، B2 - نسبت تفاضل مقاومت تراکمی تک محوري و مقاومت کششی به جمع مقاومت تراکمی تک محوري و مقاومت کششی - و B3 - نسبت حاصل ضرب مقاومت تراکمی تک محوري و مقاومت کششی تقسیم بر دو - . ارتباط سه مفهوم شکنندگی توسط شاخص بار نقطهاي با استفاده از تحلیل ضریب همبستگی مورد بررسی قرار گرفته است .بین شاخص بار نقطه- اي و B3 یک ارتباط نزدیک وجود دارد و بین شاخص بار نقطهاي و مفاهیم B1 و B2 ارتباط قابل توجهاي به دست نیامد.
مقدمه
از دهه 1970 تاکنون مفهوم شکنندگی سنگ توسط بسیاري از محققین توصیف شده است. هوك و داس - - 1974 معتقدند که هنوز مفهوم شکنندگی جامع نیست . یک قانون کلی در مورد شکنندگی این است که، خرد شدن سنگ با شکنندگی بالا همراه با تغییر شکل خیلی کم می باشدGoktan. [2] در سال 1991 اظهار داشت که سنگ شکننده باید انرژي ویژه کمتري ازسنگی که شکنندگی پایینتري دارد، داشته باشد.[3]
مقاومت تراکمی تک محوري - UCS - و مقاومت کششی - TS - به عنوان ویژگیهاي کلیدي در خصوصیات توده سنگ در کارهاي مهندسی مورد توجه قرار میگیرند. این دو آزمایش به صورت مستقیم و غیر مستقیم بر اساس استانداردهاي - ASTM - [9]و - [10] - ISRMتعیین میشوند. در حالی که آزمایش تراکمی تک محوري نسبتا ساده است، اما به علت صرف زمان و هزینه زیاد و همچنین آماده کردن مغزه هاي سالم امروزه آزمایشهاي غیر مستقیم از قبیل آزمایش بار نقطهاي، عدد واجهشی اشمیت و سرعت عبور امواج التراسونیک براي پیشبینی UCS مورد استفاده قرار میگیرند.[11 and 12] مقاومت کششی ممکن است مستقیما اندازهگیري شود، اما در عمل انجام این آزمایش بسیار مشکل است. این آزمایش ممکن است بطور غیر مستقیم توسط آزمایش برزیلی انجام شود.
از میان روشهاي غیر مستقیم براي تعیین مقاومت کششی، آزمایش برزیلی مطمئنترین و نزدیکترین عدد را با مقاومت کششی مستقیم دارد. شیوه آزمایش برزیلی در سال 1978 توسط ISRM استاندارد شده است.[13] شیوه آزمایش بار نقطهاي توسط ISRMدر سال 1985 استاندارد شده است.[14] در این آزمایش از نمونه هاي استوانهاي، بلوکی، و کلوخهاي استفاده میشود.قابل ذکر است که مقدار شاخص شکنندگی سنگ بطور غیر مستقیم با استفاده از مقادیر BTS و UCS قابل اندازهگیري است.
به دست آوردن مقادیر مستلزم صرف هزینه و زمان زیادي است. این مقادیر میتوانند به سادگی توسط آزمایش بار نقطهاي محاسبه شوند. یک ارتباط منطقی بین ارتباط مقادیر BTS و UCS و Is - 50 - است. بنابراین میتوان انتظار داشت که بین Is - 50 - و شاخص شکنندگی ارتباط وجود داشته باشد. بنابراین در این مقاله تلاش شده است که ارتباط بین شاخص شکنندگی گرانیت با مقادیر Is - 50 - بررسی شود.
مواد و روش ها
نمونه برداري
براي انجام این مطالعه از گرانیت الوند براي بررسی ارتباط خصوصیات شکنندگی آنها باشاخص بار نقطهاي نمونه برداري شده است. در انتخاب و جمع آوري بلوكهاي سنگی دقت کافی انجام شده که بلوك سنگی به اندازهاي بزرگ باشد که همه نمونههاي آزمایشی را بتوان آماده کرد. مغزههاي گرفته شده از بلوكها با قطر 54 سانتیمتر - NX - می-باشند. در آخر نمونهها برش داده شد و براي انجام آزمایشات تک محوري، کشش برزیلی و بار نقطهاي آماده شده اند.
مقاومت تراکمی تک محوري
آزمایش مقاومت تراکمی تک محوري بر اساس استاندارد ISRM[15] انجام شده است. نسبت طول به قطر نمونهها 2/5 و با قطرمغزهها 54 سانتیمتر و طول 13/5 سانتی متر است. جهت اعمال بار عمود بر محور نمونه و با نرخ 0.5 MPa/s بوده است.
مقاومت کششی برزیلی
آزمایش برزیلی براي تعیین غیر مستقیم مقاومت کششی بر اساس روش پیشنهاد شده ISRMمورد استفاده قرار می-گیرد.[10] آزمایش بر روي مغزهها با قطر 54 میلی متر و نسبت طول به قطر 0/5 مطابق با ASTMانجام گرفته است .[16] نرخ استرس بین 200 N/s محدود شده است همچنین BTS. از رابطه زیر محاسبه شده است.
شاخص بار نقطهاي
آزمایش - Is - 50 - - نیز بر روي نمونههاي کلوخهاي انجام شده است. ابعاد نمونهها حدود 50 میلیمتربر اساس استاندارد پیشنهاد شده است. نسبت D به W بین یک به سه تا یک به یک بوده است. روش هاي محاسبه ISRM [14] وASRM[17] و بر اساس رابطه زیر بوده است.
شاخص شکنندگی
براي تعیین مقادیر شاخص شکنندگی نمونهها در این پژوهش، از سه نسبت مختلف مقاومت استفاده شده است. در مقالههاي زیادي براي تعیین غیر مستقیم مقدار شکنندگی از این سه روش استفاده کردهاند [4, 5, 6, 7, and .8] مفاهیم شکنندگی استفاده شده در این پژوهش عبارتند از
• تعیین شکنندگی با استفاده از نسبت مقاومت تراکم تک محوري به مقاومت کششی سنگ
• تعیین شکنندگی ا استفاده از نسبت تفاضل مقاومت تراکمی تک محوري و مقاومت کششی به جمع مقاومت تراکمی تک محوري و مقاومت کششی
• تعیین شکنندگی با استفاده از نصف نسبت حاصل ضرب مقاومت تراکمی تک محوري و مقاومت کششی.
