نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

توسعه یک سلول با غشای هم‌مرکز برای آزمایش تنش سه‌محوره واقعی روی نمونه‌های سنگی استوانه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی انگلیسی

نویسندگان
دانشگاه صنعتی همدان
چکیده
سنگ‌ها در طبیعت معمولاً تحت تنش‌های سه‌محوره قرار دارند، بنابراین اندازه‌گیری مقاومت سه‌محوره واقعی آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. با این حال، آزمایش‌های سه‌محوره واقعی روی سنگ‌ها، که عمدتاً روی نمونه‌های مکعبی انجام می‌شود، با چالش‌هایی مانند فرآیند پیچیده آماده‌سازی نمونه و هزینه‌های بالای تجهیزات مواجه است. در این مطالعه، یک سلول طراحی شده است که امکان اعمال بارهای سه‌محوره واقعی را روی نمونه‌های استوانه‌ای سنگ با استفاده از دستگاه‌های معمولی آزمایش فشار فراهم می‌کند. استفاده از نمونه‌های استوانه‌ای، فرآیند آماده‌سازی نمونه را ساده‌تر می‌کند، با روش‌های موجود حفاری مغزه سازگار است و امکان شبیه‌سازی کارآمدتر شرایط تنش درجا در سازندهای سنگی را فراهم می‌سازد، در حالی که از مشکلات تمرکز تنش که معمولاً در گوشه‌های نمونه‌های مکعبی مشاهده می‌شود، جلوگیری می‌کند. طراحی این سلول بر اساس دو غشای هم‌مرکز است که فضای بین آن‌ها به چهار بخش ۹۰ درجه تقسیم شده است. سه بخش از این فضا با صفحات فولادی پر شده و بخش چهارم با سیال هیدرولیک پر می‌شود. هر یک از تنش‌های اصلی شعاعی توسط یک پمپ هیدرولیک جداگانه تأمین می‌شود و تنش محوری نیز توسط یک جک هیدرولیک اعمال می‌شود. در این مطالعه، نتایج ۱۵ آزمایش سه‌محوره واقعی روی نمونه‌های بتنی مشابه با استفاده از این سلول نوآورانه و تحت شرایط تنش مختلف گزارش شده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]    F. Deák, P. Ván, B. Vásárhelyi, Hundred years after the first triaxial test, Periodica Polytechnica Civil Engineering. 56 (2012) 115–122. https://doi.org/10.3311/pp.ci.2012-1.13.
[2]    T. V Karman, Festigkeitsversuche unter allseitigem Drunk, Z. Ver. Deu. Ing. 55 (1911) 1749.
[3]    T. Esaki, T. Kimura, Mechanical Behavior Of Rocks Under Generalized High Stress Conditions, ISRM International Symposium. (1989) 8.
[4]    R. Boker, Die Mechanik der bleibenden Formanderung in kristallinisch aufgebauten Korpern, Ver. Dt. Ing. Mitt. Forsch. 175 (1915) 1–51.
[5]    S.A.F. Murrell, The Effect of Triaxial Stress Systems on the Strength of Rocks at Atmospheric Temperatures, Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society. 10 (1965) 231–281. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1965.tb03155.x.
[6]    J. Handin, H.C. Heard, J.N. Magouirk, Effects of the intermediate principal stress on the failure of limestone, dolomite, and glass at different temperatures and strain rates, Journal of Geophysical Research. 72 (1967) 611–640. https://doi.org/10.1029/JZ072i002p00611.
[7]    M. Kwasniewski, X. Li, M. Takahashi, True triaxial testing of rocks, CRC Press, 2012.
[8]    M. Takahashi, T. Narita, Y. Tomishima, R. Arai, Various loading systems for rock true triaxial compression test, Journal of the Japan Society of Engineering Geology. 42 (2001) 242–247.
[9]    K. Mogi, Experimental rock mechanics, CRC Press, 2006.
[10]  E.C. Robertson, Experimental study of the strength of rocks, Geological Society of America Bulletin. 66 (1955) 1275–1314.
[11]  E.R. Hoskins, The failure of thick-walled hollow cylinders of isotropic rock, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 6 (1969) 99–125. https://doi.org/10.1016/0148-9062(69)90030-8.
[12]  R. Ulusay, International Society for Rock Mechanics., The ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring : 2007-2014, 2015.
[13]  H. Weigler, G. Becker, Untersuchungen uber das Bruch-und Verformungsverhalten von beton bei Zweiachsiger Beanspruchung, Ernst, 1963.
[14]  H. Weigler, G. Becker, Über das Bruch-und Verformungsverhalten von Beton bei mehrachsiger Beanspruchung, Der Bauingeneieur. 36 (1961) 390–396.
[15]  M. Furuzumi, F. Sugimoto, Effect of Intermediate Principal Stress on Failure of Rocks and Failure Condition of Rocks under Multiaxial Stresses, Journal of the Japan Society of Engineering Geology. 27 (1986) 13–20.
[16]  M.S. King, N.A. Chaudhry, A. Shakeel, Experimental ultrasonic velocities and permeability for sandstones with aligned cracks, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences And. 32 (1995) 155–163. https://doi.org/10.1016/0148-9062(94)00033-Y.
[17]  J.P.M. Hojem, The design and construction of a tiaxial and polyaxial cell fortesting rock materials, S. Afr Mech. Engr. 18 (1968) 57–61.
[18]  B.G.D. Smart, A true triaxial cell for testing cylindrical rock specimens, in: International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, 1996: p. 67A.
[19]  J.A. Franklin, E. Hoeck, Developments in triaxial testing technique, Rock Mechanics Felsmechanik Mécanique Des Roches. 2 (1970) 223–228. https://doi.org/10.1007/BF01245576.
[20]  X. Li, L. Shi, B. Bai, Q. Li, D. Xu, X. Feng, True-triaxial testing techniques for rocks—state of the art and future perspectives, True Triaxial Testing of Rocks. (2012) 3–18. https://doi.org/10.1201/b12705.
[21]  G. Herget, K. Unrug, In situ rock strength from triaxial testing, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences And. 13 (1976) 299–302. https://doi.org/10.1016/0148-9062(76)91828-3.
[22]  M.I. Alsayed, Utilising the Hoek triaxial cell for multiaxial testing of hollow rock cylinders, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 39 (2002) 355–366. https://doi.org/10.1016/S1365-1609(02)00030-8.
[23]  K. Mogi, Effect of the Intermediate Principal Stress on Rock Failure, Journal of Geophysical Research. 72 (1967) 5117–5131.
[24]  K. Tani, T. Nozaki, S. Kaneko, Y. Toyo-oka, H. Tachikawa, Down-hole triaxial test to measure average stress-strain relationship of rock mass, Soils and Foundations. 43 (2003) 53–62.
[25]  A. Taheri, K. Tani, Development of an apparatus for down-hole triaxial tests in a rock mass, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 45 (2008) 800–806. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2007.09.005.
[26]  A. Taheri, K. Tani, In-Situ Triaxial Test Method For Rock Masses–Apparatus Description And Testing Procedure, in: Geotechnical Engineering For Disaster Mitigation And Rehabilitation And Highway Engineering 2011: Geotechnical and Highway Engineering—Practical Applications, Challenges and Opportunities (With CD-ROM), World Scientific, 2011: pp. 475–480.
[27]  G. Barla, M. Barla, D. Debernardi, New triaxial apparatus for rocks, Rock Mechanics and Rock Engineering. 43 (2010) 225–230. https://doi.org/10.1007/s00603-009-0076-7.
[28]  K. Suzuki, Study of the failure and deformability of jointed rock masses using large rock block specimens, True Triaxial Testing of Rocks. 4 (2012) 61.
[29]  A.K. Schwarzkopff, S. Priest, N. Melkoumian, J.A. Egudo, Design and fabrication of a low cost true triaxial cell for testing multiple size specimens, 2013.
[30]  A.K. Schwartzkopff, N.S. Melkoumian, S.D. Woithe, Design Improvements for a True Triaxial Cell to Monitor Initiation and Propagation of Damage and Body Cracks during Testing BT - Mine Planning and Equipment Selection, in: C. Drebenstedt, R. Singhal (Eds.), Springer International Publishing, Cham, 2014: pp. 551–560.
[31] H. Atapour, A. Mortazavi, Performance Evaluation of Newly Developed True Triaxial Stress Loading and Pore Pressure Applying System to Simulate the Reservoir Depletion and Injection. Geotechnical Testing Journal 43 (2020): 701–719.
[32]  A.M. Al-Ajmi, R.W. Zimmerman, Relation between the Mogi and the Coulomb Failure Criteria. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 42 (2005): 431–39.
[33]  K. Mogi, Fracture and Flow of Rocks under High Triaxial Compression. Journal of Geophysical Research 76 (1971): 1255–69.