توصيفگر ها :
درزه سنگ , پرشدگي , برش مستقيم , particle flow code
چكيده فارسي :
رفتار مكانيكي يك توده سنگ به طور قابل‌توجهي با حضور ناپيوستگي‌ها كنترل مي‌شود و درك اثر ناپيوستگي‌ها در طراحي و قابل‌اعتماد سازه‌هاي سنگي ضروري است. اين تحقيق به بررسي تأثير زبري درزه‌هاي سنگي بر رفتار مكانيكي ساختارهاي سنگي با استفاده از كد جريان ذرات Particle Flow Code پرداخته‌است و تأثير پارامترهاي هندسي درزه‌اي با پرشدگي و بدون پرشدگي بر رفتار مكانيكي توده‌هاي سنگ درزه‌دار به صورت عددي و آزمايشگاهي مورد بررسي قرارگرفته‌است. درPFC، ماده سالم با يك مجموعه از ذرات متصل به هم نشان‌داده شده است. به طور سنتي، درزهها در PFC با استفاده از روش حذف پيوند يا مدل اتصال هموار مدل‌سازي شده‌اند، كه اين روش‌ها قادر به توليد مجدد رفتار برشي درزه سنگ نيستند. براي غلبه بر اين مشكل، مطالعات گذشته روش جديد ايجاد جعبه برش را پيشنهاد كردند. توانايي روش پيشنهادي در بازسازي رفتار برشي درزه‌هاي سنگي با انجام يك مطالعه مقايسه‌اي در برابر مدل‌هاي تحليلي و تجربي و همچنين آزمايش‌ها تجربي برش مستقيم بر روي درزه‌هاي مصنوعي تحت تنش‌هاي نرمال مختلف بررسي شد و براي غلبه بر مشكلات موجود در تعيين رفتار برشي درزه‌هاي سنگي، تركيبي از مدل‌سازي عددي و آزمايشگاهي ارائه شده است. ريز پارامترهاي مدل‌هاي اتصال ذرات توسط آزمايش‌هاي فشار تك محوري، كشش برزيلي و برش مستقيم بر روي درزه اره‌بر واسنجي شد. با توجه به نتايج آزمايشگاهي و داده‌هاي عددي براي درزه بدون پرشدگي، مشاهده مي‌شود كه مقاومت برشي حداكثر در مدل عددي و آزمايشگاهي به ترتيب كمتر و بيشتر از مقادير مدل تجربي بارتون است. همچنين، زاويه اتساع در مدل عددي بيشتر از مدل تجربي بارتون است. علاوه بر اين، سختي برشي در مدل عددي كمتر از آزمايشگاهي به دست آمده است. با بررسي نتايج تخريب درزه بدون پرشدگي، آشكار است كه رفتار مود برش در اثر لغزش دندانه‌ها بر روي يكديگر، در تنش‌هاي نرمال پايين، به شكست زبري سطح دندانه، در تنش‌هاي نرمال بالا منجر مي‌شود. قسمت عمده تست‌هاي درزه پرشده به صورت عددي انجام شد و تعداد كمي از تست‌ها براي مقايسه به صورت آزمايشگاهي نيز انجام گرديد. نتايج نشان داد كه سختي برشي مدل عددي بيشتر از آزمايشگاهي بوده و همچنين مقاومت برشي حداكثر و باقيمانده با مدل عددي اختلاف اندكي دارند اما روند كلي دو نمودار يكسان بوده است. در نمودار تنش برشي-جابه‌جايي برشي، با افزايش ضخامت پرشدگي، رفتار نمودار به شكل نرم‌تر تغيير مي‌كند و افت تنش ناگهاني با تغيير زياد كمتري همراه است. روند نمودار مقاومت برشي حداكثر، مقاومت برش باقي مانده و زاويه اتساع، در هر ضخامت پرشدگي در تنش‌هاي نرمال متفاوت يكساني دارد. با تغيير زبري از 6-4 به 18-16 مقاومت برشي حداكثر از 126/2 مگاپاسكال به 112/3 مگاپاسكال رسيده كه 46 درصد افزايش يافته، همچنين با تغيير تنش نرمال از 5/0 مگاپاسكال به 0/2 مگاپاسكال مقاومت برشي حداكثر از 554/1مگاپاسكال به 256/4 مگاپاسكال رسيده كه افزايش 174 درصدي را نشان مي‌دهد. بيشترين تأثير روي زاويه اتساع به ترتيب متعلق به تنش نرمال، ضخامت پرشدگي و زبري سطح مي‌باشد و تعامل مستقيم بين مقدار زبري سطح و تنش نرمال با مقاومت برشي باقيمانده قابل مشاهده است. با بررسي عوامل مؤثر بر سختي برشي، با تغيير زبري از 6-4 به 18-16 روند افزايشي 4/3 درصدي از 426/36 مگاپاسكال بر ميلي‌متر به 658/37 مگاپاسكال بر ميلي‌متر و با تغيير ضخامت پرشدگي از 75/0 ميلي‌متر به 0/3 ميلي‌متر روند كاهشي 9/6 درصدي از 342/38 مگاپاسكال بر ميلي‌متر به 705/35 مگاپاسكال بر ميلي‌متر را نشان مي دهد. نتايج نشان داد كه اين روش توانايي توليد مجدد رفتار برشي درزه‌هاي سنگي را دارد و تحليل‌هاي عددي به خوبي با آزمايش‌ها فيزيكي همخواني دارد. اين مطالعه درك بهتري از اثر زبري درزه بر رفتار برشي و فرآيند تكامل آسيب درزه‌هاي سنگ و همچنين تأثير پارامترهاي هندسي درزه بر رفتار مكانيكي و مكانيزم شكست درزهها را ارائه مي‌كند.
چكيده انگليسي :
The mechanical behavior of a rock mass is significantly controlled by the presence of discontinuities, and understanding the effect of discontinuities is essential in the design and reliability of rock structures. This research investigated the effect of the roughness of stone joints on the mechanical behavior of stone structures using the Particle Flow Code, and the effect of geometrical parameters of filled and unfilled joints on the mechanical behavior of jointed rock masses was investigated numerically and experimentally. In PFC, healthy matter is represented by a set of interconnected particles. Traditionally, joints in PFC have been modeled using the bond removal method or the smooth joint model, which are unable to reproduce the shear behavior of the rock joint. To overcome this problem, past studies proposed a new method of creating a cutting box. The ability of the proposed method in reconstructing the shear behavior of stone joints was investigated by conducting a comparative study against analytical and experimental models as well as direct shear experimental tests on artificial joints under different normal stresses and to overcome the problems in determining the shear behavior of stone joints, a combination It is presented from numerical and laboratory modeling. The micro-parameters of the particle bonding models were calibrated by uniaxial compression, Brazilian tension and direct shear tests on the saw joint. According to the laboratory results and numerical data for the unfilled joint, it can be seen that the maximum shear strength in the numerical and laboratory models is lower and higher than Barton's experimental model values, respectively. Also, the expansion angle in the numerical model is higher than Barton's experimental model. In addition, the shear hardness obtained in the numerical model is lower than in the laboratory. By examining the results of the destruction of the joint without filling, it is obvious that the behavior of the cutting mode due to the sliding of the teeth on each other, in low normal stresses, leads to the failure of the roughness of the tooth surface, in high normal stresses. Most of the filled joint tests were done numerically, and a small number of tests were done in laboratory for comparison. The results showed that the shear hardness of the numerical model was higher than the experimental one, and the maximum and residual shear strength were slightly different from the numerical model, but the general trends of the two graphs were the same. In the diagram of shear stress-shear displacement, with the increase of the thickness of the filling, the behavior of the diagram changes to a softer form, and the sudden stress drop is associated with a smaller change. The trend of the diagram of maximum shear strength, residual shear strength and expansion angle is the same in each filling thickness in different normal stresses. By changing the roughness from 4-6 to 16-18, the maximum shear strength increased from 2.126 MPa to 3.112 MPa, which increased by 46%, and also by changing the normal stress from 0.5 MPa to 2.0 MPa, the maximum shear strength increased from 1/554 MPa has reached 4.256 MPa, which shows an increase of 174%. The greatest influence on the expansion angle belongs to the normal stress, filling thickness and surface roughness, respectively, and the direct interaction between the surface roughness value and the normal stress can be seen with the residual shear strength.
