بررسی تأثیر زبری سطح درزه بر مکانیزم شکست و مقاومت سنگ تحت فشارهای جانبی

ناپیوستگی¬ها یکی از مهمترین عواملی هستند که باعث ایجاد انیزوتروپی مکانیکی در سنگ شده و سبب کاهش مقاومت سنگ می¬گردند.از جمله مهمترین خواص ناپیوستگی¬ها که بر روی مقاومت نمونه¬ی انیزوتروپ اثر می¬گذارد، زبری سطح ناپیوستگی¬هاست. همچنین با توجه به اینکه در طبیعت سنگ¬ها تحت فشار جانبی قرار دارند، لذا بررسی تأثیر آن بر رفتار سنگ نیز همواره مورد توجه مهندسین مکانیک سنگ قرار داشته است.در تحقیق حاضر به منظور بررسی تأثیر زبری سطح درزه بر روی مقاومت و مدشکست سنگ، بدلیل نیاز به تعداد نسبتاً زیادی از نمونه¬های درزه¬دار با خصوصیات کاملاً یکسان و عدم امکان فراهم کردن این نمونه¬ها به صورت طبیعی ،از نمونه¬های مصنوعی ساخته شده از مخلوط گچ و سیمان استفاده شده است. برای ساخت نمونه¬های مناسب، ابتدا بر اساس پروفیل¬های زبری استاندارد ارائه شده توسط بارتن- چوبی سه زبری با مقادیر jrc برابر با 7، 12 و 17 انتخاب گردید و بر روی قطعات پلاستیک فشرده طراحی شد. سپس با استفاده از قالبهای مناسب بلوک¬هایی قرینه با سطح زبر ایجاد گردید. این بلوک¬ها تحت زوایای 0، 15، 30، 45، 60، 75 و 90 درجه برش داده شد و در ادامه از این بلوک¬ها در جهت موازی با برش کرگیری شد تا یک نمونه دارای ناپیوستگی با زاویه¬ی شیب برابر با زوایای بیان شده ایجاد گردد. پس ازمغزه¬گیری، نمونه¬ها بر اساس استاندارد isrm برای انجام آزمایش¬ها آماده گردید. 280 نمونه¬ی تهیه شده تحت آزمایش مقاومت فشاری سه محوری در فشارهاری جانبی 5/0، 5/1، 2، 5/3 و 5 مگاپاسکال قرار گرفت و تاثیر زبری سطح ناپیوستگی بر روی مقاومت و مد شکست نمونه¬های انیزوتروپ بررسی شد. نتایج حاصل از آزمایش¬ها نشان دادند که با افزایش زبری سطح ناپیوستگی و همچنین افزایش فشار جانبی مقاومت نمونه¬های انیزوتروپ افزایش می¬یابد و اثر انیزوتروپی بر روی مقاومت سنگ کاهش می¬یابد. همچنین افزایش زبری باعث کاهش فرم شانه¬ای نمودارهای انیزوتروپی می¬گردد. همچنین تغییرات زبری سطح ناپیوستگی باعث تغییر در مد شکست ایجاد شده در نمونه¬های انیزوتروپ می¬گردد. در نهایت به منظور پیش¬بینی مقاومت فشاری سه محوری با توجه به تغییرات فشارجانبی، زاویه ناپیوستگی و همچنین مقدار jrc، یک رابطه¬ی تجربی ارائه شد. اضافه بر رابطه¬ی تجربی دو مدل رگرسیون چندمتغیره¬ی خطی و سیستم های فازی بر پایه شبکه عصبی تطبیقی نیز ارائه گردید. بررسی نتایج نشان می¬دهد که رابطه¬ی تجربی و مدل¬های ارائه شده کارآیی قابل قبولی به منظور پیش¬بینی مقاومت فشاری سه محوری سنگ تحت شرایط زبری و فشار جانبی مختلف دارد.