نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

مقایسه روش‌های مختلف تعیین کشش غیرمستقیم در نمونه‌های دانه ریز و دانه درشت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک سنگ، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک سنگ، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
3 3- استادیارگروه مهندسی ژئومکانیک، دانشکده مهندسی علوم زمین، دانشگاه صنعتی اراک، مرکزی، ایران
چکیده
مقاومت کششی یکی از پارامترهای مهم در تحلیل و طراحی سازه‌های معدنی و عمرانی به شمار می‌آید. این ویژگی نقش تاثیرگذاری در ارزیابی پایداری حفریات زیرزمینی و انتخاب مصالح مناسب برای پایداری‌سازی آن‌ها دارد. به دلیل مشکلات فنی در تعیین مقاومت کشش مستقیم مواد ترد مانند سنگ، روش‌های استاندارد برای برآورد غیرمستقیم این پارامتر توسعه یافته‌اند. هدف این پژوهش، مقایسه تجربی چهار روش غیرمستقیم رایج، شامل آزمایش برزیلی، آزمایش خمش سه نقطه‌ای، آزمایش خمش چهار نقطه‌ای و آزمایش بار نقطه‌ای در تعیین مقاومت کششی نمونه‌های شبه‌سنگی است. بدین منظور، چهار طرح اختلاط با طیفی از نمونه‌های شبه‌سنگی دانه ریز تا دانه درشت تهیه و آزمایش شدند. نتایج نشان داد مقادیر مقاومت کششی غیرمستقیم در نمونه‌های دانه ریز در آزمایش بار نقطه‌ای کمترین و در آزمایش برزیلی بیشترین مقدار را دارد؛ در نمونه‌های دانه درشت در آزمایش بار نقطه‌ای کمترین و در آزمایش خمش سه نقطه‌ای بیشترین مقدار را نشان داده است. این پژوهش با ارائه مجموعه‌ای کنترل‌شده از نمونه‌های شبه‌سنگی و تحلیل درصدی مستقیم بین روش‌ها، چارچوبی کاربردی برای انتخاب روش آزمایش متناسب با ویژگی‌های ریزساختاری فراهم می‌کند. نتایج این مطالعه می‌تواند مبنایی برای توسعه ضرایب تبدیل و بهبود روش‌های تعیین مقاومت کششی غیر مستقیم در نمونه‌های شبه‌سنگی باشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


1.           Hudson JA. Tensile strength and the ring test. In: International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and. Elsevier; 1969. p. 91–7.
2.           Fairhurst C. On the validity of the “Brazilian” test for brittle materials. In: International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and. Elsevier; 1964. p. 535–46.
3.           Miguel LFF, Riera JD, Iturrioz I, Aráoz GF. Influence of the width of the loading strip in the Brazilian tensile test of concrete and other brittle materials. J Mater Civ Eng. 2016;28(11):4016136.
4.           Zhang XP, Zhang PY, Ji PQ, Zhang H, Zhang Q. The applicability of Brazilian test loading with different platens to measure tensile strength of rock: a numerical study. Rock Mech Rock Eng. 2024;57(1):233–60.
5.           Claesson J, Bohloli B. Brazilian test: Stress field and tensile strength of anisotropic rocks using an analytical solution. Int J Rock Mech Min Sci. 2002;39(8):991–1004.
6.           Bahaaddini M, Serati M, Masoumi H, Rahimi E. Numerical assessment of rupture mechanisms in Brazilian test of brittle materials. Int J Solids Struct. 2019;180–181:1–12.
7.           Zhang XP, Zhang PY, Ji PQ, Zhang H, Zhang Q. The Applicability of Brazilian Test Loading with Different Platens to Measure Tensile Strength of Rock: A Numerical Study. Rock Mech Rock Eng. 2023;57(1):233–60.
8.           Doostan A, Eftekhari SM, Ahmadi M. Experimental Investigation of the Effect of Grain Size on the Mechanical Parameters and Mode I Fracture Toughness of Rock-Like Materials. J ROCK Mech. 2024;8(2):21–34.
9.           Sturm R, Fam A. Bond and Development Length of GFRP Bars Embedded in Shotcrete. J Compos Constr. 2025;29(4):4025025.
10.         Yu F, Wang M, Yao D, Yang W. Study on flexural behavior of self-compacting concrete beams with recycled aggregates. Buildings. 2022;12(7):881.
11.         Guo SY, Zhang X, Ren J, Chen JZ, Zhao TJ, Li TW, et al. Preparation of TiO2/epoxy resin composite and its effect on mechanical and bonding properties of OPC mortars. Constr Build Mater. 2021;272:121960.
12.         Li W, Ji W, Su Y, Ban X. Tensile constitutive model of reactive powder concrete based on flexural experiment. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing; 2020. p. 12021.
13.         Erarslan N, Liang ZZ, Williams DJ. Experimental and numerical studies on determination of indirect tensile strength of rocks. Rock Mech Rock Eng. 2012;45(5):739–51.
14.         Aqla S, Widodo NP, Rai MA. Study of physical and numerical model in determination of fracture toughness mode I using three point bending and Brazilian test for andesite, limestone and cement paste. In: Proceedings of the 9th Asian Rock Mechanics Symposium, Indonesia. 2016.
15.         Wong LNY, Jong MC. Water saturation effects on the Brazilian tensile strength of gypsum and assessment of cracking processes using high-speed video. Rock Mech rock Eng. 2014;47(4):1103–15.
16.         Ren H, Song S, Ning J. Investigation into the damage mechanism of concrete in the Brazilian test and flattened Brazilian test through the moment tensor. Eng Fract Mech. 2022;262:108093.
17.         Efe T, Demirdag S, Tufekci K, Sengun N, Altindag R. Estimating the direct tensile strength of rocks from indirect tests. Arab J Geosci [Internet]. 2021;14(14):1343. Available from: https://doi.org/10.1007/s12517-021-07539-9
18.         Ruiz G, Ortiz M, Pandolfi A. Three‐dimensional finite‐element simulation of the dynamic Brazilian tests on concrete cylinders. Int J Numer Methods Eng. 2000;48(7):963–94.
19.         Mohseni Afkham R, Bahaaddini M, Majdi A. Experimental investigation on the effect of loading platen curvature on the failure patterns in the brazilian test. Journal of Engineering Geology 2025; 19 (3) :414-429
20.         Shao Y, Billington SL. Impact of UHPC tensile behavior on steel reinforced UHPC flexural behavior. J Struct Eng. 2022;148(1):4021244.
21.         Cai H, Liu Z, Xu Z, Zhang Z, Xu T. Flexural Tensile Behavior of Interface between Precast and Cast-in-Place UHPC Members Based on Four-Point Bending Test. Buildings. 2023;13(3):745.
22.         Basu A, Celestino TB, Bortolucci AA. Predicting weathering grades by Schmidt hammer test: an investigation on granitic rock materials from Southeastern Brazil. In: ISRM Congress. ISRM; 2007. p. ISRM-11CONGRESS.
23.         Ma Y, Huang H. DEM analysis of failure mechanisms in the intact Brazilian test. Int J Rock Mech Min Sci. 2018;102:109–19.
24.         Perras MA, Diederichs MS. A Review of the Tensile Strength of Rock: Concepts and Testing. Geotech Geol Eng. 2014;32(2):525–46.
25.         Huang F, Wu C, Ni P, Wan G, Zheng A, Jang BA, et al. Experimental analysis of progressive failure behavior of rock tunnel with a fault zone using non-contact DIC technique. Int J Rock Mech Min Sci. 2020;132:104355.
26.         Bahaaddini M, Serati M, Masoumi H, Rahimi E. Numerical assessment of rupture mechanisms in Brazilian test of brittle materials. Int J Solids Struct. 2019;180–181:1–12.
27.         Hondros G. The evaluation of Poisson’s ratio and modulus of materials of a low tensile resistance by the Brazilian (indirect tensile) test with particular reference to concrete. J AppL Sci. 1959;10(3):243–68.
28.         Pandey P, Singh DP. Deformation of a rock in different tensile tests. Eng Geol. 1986;22(3):281–92.
29.         ASTM. D5731-08: Standard Test Method for Determination of the Point Load Strength Index of Rock and Application to Rock Strength Classifications. Rock Mech. 1985;22(2):1–9.
30.         Franklin JA. Suggested method for determining point load strength. In: International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and. Elsevier; 1985. p. 51–60.
31.         Standard A. Standard specification for Portland cement. ASTM Int West Conshohocken, PA. 2009;
32.         Berney ES, Smith DM. Mechanical and physical properties of ASTM C33 Sand. 2008;
33.         ASTM C. 192/C 192M Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory. Annu B ASTM Stand. 2007;4.
34.         Bieniawski ZT, Hawkes I. Suggested Methods for Determining Tensile Strength of Rock Materials - 1. Suggested Method for Determining Direct Tensile Strength. Int J Rock Mech Min Sci. 1978;15(3):99–103.
35.         EN TS. TS EN 12372, “Natural stone test methods- Determination of flexural strength under concentrated load,” Turkish Standards Institution, 2013. Inst Turkish Stand. :15.
36.         NP EN 13161:2006. NP EN 13161:2006 - Natural stone test methods Determination of flexural strength under constant moment (in Portuguese). Turkish Standards Institution, Ankara/Turkey. Turkish Standards Institution Ankara; 2006. p. 16.
37.         Perras MA, Diederichs MS. A Review of the Tensile Strength of Rock: Concepts and Testing. Geotech Geol Eng. 2014;32(2):525–46.
38.         García VJ, Márquez CO, Zúñiga-Suárez AR, Zuñiga-Torres BC, Villalta-Granda LJ. Brazilian test of concrete specimens subjected to different loading geometries: review and new insights. Int J Concr Struct Mater. 2017;11:343–63.
39.         Lochan PP, Polak MA. Evaluation of 3-Point and 4-Point Bending Tests for Tensile Strength Assessment of GFRP Bars. Materials (Basel). 2024;17(21):5261.
40.         Efe T, Sengun N, Demirdag S, Tufekci K, Altindag R. Effect of Sample Dimension on Three and Four Points Bending Tests of Fine Crystalline Marble and its Relationship with Direct Tensile Strength. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing; 2019. p. 12093.
41.         Słowik M, Akram A. Length effect at testing splitting tensile strength of concrete. Materials (Basel). 2021;15(1):250.