بررسی رفتار درزه های سنگی در آزمایشگاه در مسائل مختلف مهندسی سنگ نظیر تحلیل های پایداری شیب و فضاهای زیر زمینی بسیار با اهمیت است. اگر چه کارهای بسیاری در زمینه رفتار نرمال و برشی درزه ها انجام و گزارش شده است، اما تأثیر بیش-تحکیمی و به طور کلی مسیر بارگذاری نرمال پیش از برش بر رفتار برشی در مطالعات منتشر شده قبلی به ندرت ملاحظه می­شود. رفتار بیش-تحکیمی درزه های غیر صفحه ای زمانی اتفاق می­افتد که توالی رسوبگذاری-تحکیم-فرسایش/حفاری رخ دهد. در این مطالعه به منظور بررسی تأثیر بیش-تحکیمی، درزه های مدل پلاستری از سطوح شاخص درزه های طبیعی تهیه شد. در این حالت زبری سطح و سایر خصوصیات هندسی در طول آزمایش برش مستقیم ثابت باقی ماند. مشاهده شد که مقاومت برشی در محدوده نسبتاً وسیعی از مقادیر زبری، مقاومت فشاری دیواره درزه و تنش نرمال بطور قابل ملاحظه ای با افزایش نسبت بیش-تحکیمی افزایش یافت. براساس نتایج بدست آمده از آزمایش­ها و بر پایه معیار بارتن برای درزه های سنگی، مدل جدیدی ارائه شد که قادر به در نظر گرفتن تأثیر مسیرهای مختلف بار گذاری قائم پیش از برش (شامل بیش-تحکیمی) بر رفتار برشی است. در همین راستا پارامتر جدید بیش-بستاری درزه (joc) به عنوان نسبت بستار درزه در حالت بیش-بسته شده به بستار درزه در حالت عادی-بسته شده پیشنهاد شد. واژه های کلیدی: مدلسازی فیزیکی، درزه مدل پلاستری، آزمایش برش مستقیم، بیش-تحکیمی، معیار بارتن، joc.

علیرغم پیشرفت های قابل توجه ای که در تکنیک های برداشت سطح صورت گرفته است، توصیف زبری عمدتاً در سطح تجربی باقی مانده است. از این رو، بازنگری جدی در زمینه توصیف زبری و معرفی شاخص های واقع بینانه که جنبه های مختلف زبری را پوشش دهد امری ضروری به نظر می رسد. در این رساله ابتدا هندسه سطح سه درزه سنگی با زبری های متفاوت قبل و بعد از آزمایش برش مستقیم با استفاده از یک سیستم حسگر توپومتریک پیشرفته برداشت شدند. سپس مطالعه جامعی درباره انواع سیستم های موجود برای کمی سازی زبری سطح شکستگی های سنگی، شامل روش های آماری، فرکتالی، زمین آماری، و مبتنی بر مثلث بندی سطح صورت گرفت و در هر زمینه به بهبود روش ها، و ارائه راهکارهای جدید پرداخته شد. در راستای تکمیل بخش آزمایشگاهی این مطالعه، اولین نمونه بومی دستگاه برش مستقیم کاملاً خودتنظیم به طور مشارکتی طراحی و ساخته شد. برپایه تحلیل همبستگی میان شاخص های مختلف زبری و مقاومت برشی در نهایت یک پارامتر زبری، مرکب از پارامترهای مبتنی بر مثلث بندی به عنوان "شاخص جامع زبری" معرفی شد که همه جنبه های مختلف زبری سطح شکستگی های سنگی اعم از مقیاس، بافت، و سطح تماس، در آن انعکاس یافته اند و در عمل بیشترین توافق با مقاومت برشی بدست آمده از آزمایش ها را دارد.