مقاومت برشی و مود شکست پل سنگ

براثر فرایندهای مختلف زمین شناسی، پل سنگ ها و ناپیوستگی ها در توده سنگ ایجاد می شوند. در حالتهای کمی این امکان وجود دارد که شکست ساختارهای سنگی به یک ناپیوستگی مجزا محدود گردد بلکه چندین ناپیوستگی ناهمسطح با یکدیگر اندرکنش داده و سرانجام سطح برش ترکیبی در توده سنگ گسترش می یابد. از اینرو علاوه بر ناپیوستگی ها، سگمنتهای سنگی بین آنها بیشترین تاثیر را بر مقاومت برشی سطح شکست دارند. همچنین شروع، گسترش و اتصال ترک در درزه های ناممتد پلکانی از فاکتورهای مهم در کنترل رفتار مکانیکی ساختارهای سنگی نظیر شیبها، پی سنگی و تونلها می باشد. بنابراین مطالعه رفتار شکست برشی درزهای ناممتد پلکانی می تواند درک خوبی را از ناپایداریهای موضعی و کلی در ساختارهای سنگی فراهم آورد و منجر به بهبود طراحی در پروژهای مهندسی سنگ گردد. در این تز تاثیر امتدادیافتگی پل سنگ، زاویه داری پل سنگ و تنش نرمال بر رفتار برشی پل سنگ آشکار شده است. برای دسترسی به این اهداف، مدلسازیهای عددی برش مستقیم روی درزه های ناممتد باز پلکانی توسط نرم افزار pfc2d انجام شد. قبل از انجام مدلسازی، بایستی مدل عددی برای یک سنگ مصنوعی کالیبره گردد. برای کالیبراسیون مدل عددی، تست های آزمایشگاهی تک محوره، سه محوره و برزیلین روی نمونه سنگ مصنوعی بکر (نوع i) انجام و سپس با استفاده از کالیبراسیون معکوس، نتایج آزمایشگاهی تک محوره، سه محوره و برزیلین برای تخمین میکروپارامترهای عددی مورد استفاده قرار گرفت. کالیبراسیون معکوس به این ترتیب است که آزمایش عددی تک محوره، سه محوره و برزیلین روی مدل اجرا و با تغییر میکروپارامترهای ورودی مدل، نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی تطبیق داده شد. بعد از تطبیق نتایج و کالیبراسیون مدل، میکروپارامترها برای مطالعه رفتار برشی درزه های ناممتد مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن است که الگوی شکست پل سنگ توسط فاصله داری درزه ها، زاویه داری پل سنگ نسبت به جهت برش و تنش نرمال کنترل می شود مادامیکه مقاومت برشی سطح شکست و تنش شروع ترک، تحت تاثیر الگوی شکست پل سنگ قرار می گیرد. علاوه بر نتایج توصیفی فوق، با آنالیز داده های مدلسازی معیار مناسب برای اندازه گیری کمی مقاومت برشی درزه های ناممتد و تعیین ظرفیت باربری مجاز آنها ارائه شد. به منظور اعتبارسنجی نتایج عددی در پیش بینی رفتار برشی سنگ مصنوعی درزه دار نوع i، مجموعه ای از تست های آزمایشگاهی برش مستقیم روی نمونه مصنوعی حاوی درزه های ناممتد (سنگ مصنوعی نوع i) انجام و نتایج مدلسازی عددی با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی گردید. جهت بررسی اینکه الگوهای شکست پیش بینی شده توسط مدلسازی تا چه اندازه می تواند در پل سنگهای با خواص مکانیکی متفاوت تکرار پذیر باشد و همچنین ارزیابی میزان دقت معیار عددی در براورد مقاومت برشی پل سنگهای با خواص مکانیکی مختلف، مطالعه آزمایشگاهی برش مستقیم بر روی سه سنگ مصنوعی حاوی درزه های ناممتد (از جنسهای مختلف) انجام شد. با مقایسه الگوهای شکست در نمونه های آزمایشگاهی و نمونه عددی (نوع i)، میزان قطعیت در الگوهای شکست پل سنگ تعیین و با مقایسه مقاومت برشی نمونه های آزمایشگاهی و مقادیر پیش بینی شده توسط معیار عددی، توانایی معیار در تعیین مقاومت برشی پل سنگهای با خصوصیات مکانیکی مختلف ارزیابی شد.