استفاده از آزمایش برزیلی برای تخمین سریع چقرمگی شکست مود I (مطالعه موردی: سنگ توف کرج)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی معدن، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین

چکیده

سه مود شکست در سنگ وجود دارد. که شامل مود کششی، برشی و ترکیبی است. چقرمگی شکست مود I یک پارامتر مهم برای بررسی رفتار شکست سنگ است این پارامتر در بسیاری از حوزه های مختلف مانند معدنکاری و تونلسازی کاربرد دارد. روشهای متعددی برای تعیین چقرمگی شکست مود I وجود دارد. از آنجایی که تعیین چگرمقگی شکست بوسیله انجام آزمایش، وقت گیر و پرهزینه می باشد استفاده از رابطه تجربی در این خصوص توصیه می گردد. در این تحقیق آزمایش برزیلی و آزمایش خمش سه نقطه ای بر روی نمونه هایی از سنگ توف سبز کرج که از جاده چالوس واقع در استان البرز برداشت شده انجام شد. هدف از این تحقیق بدست آوردن رابطه ای تجربی است که بتوان چقرمگی شکست مودI سنگ توف را تخمین زد. نتایج تحلیل ها نشان می دهد رابطه بدست آمده با توجه به ضریب همبستگی (0/87) که دارد با دقت بالایی می توانند چقرمگی شکست مود I سنگ توف را تخمین بزند.

.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The use of the Brazilian test for the rapid estimation of mode I fracture toughness of Karaj tuff rock

نویسندگان [English]

  • ئ hosseini
  • n nazari
چکیده [English]

The mode I or opening mode fracture toughness (KIc) is an important parameter for characterizing the fracture behavior of rock and is a parameter used in many applications such as mining and tunnelling. Method for the determination of mode I fracture toughness are numerous. Despite the standardisation of the fracture toughness test, the use of the test for rock characterisation and indexing purposes is not widespread. Since the determination of mode I fracture toughness by testing is time-consuming and costly, therefore, a simple method for determining fracture toughness of rock would be helpful. In this research, Brazilian test and three point bending test are performed on some specimens of Karaj tuff rock collected from Chalus area located in Alborz province. This research aims to provide an empirical relation for determining fracture toughness of Karaj tuff rock.
The results show that mode I fracture toughness of Karaj tuff rock can be estimated with a high level of accuracy by using the proposed relations because the correlation coefficient of the relation is 0.89.

کلیدواژه‌ها [English]

  • tensile strength
  • three point bending
  • mode I fracture toughness
  • tuff rock

منابع

[1] آیت­اللهی، م.، پورکاویان، م.، محمدعلیها، م (1390) تعیین حداقل فشار لازم برای آغاز رشد ترک، در عملیات شکست هیدرولیکی، نشریه علمی– پژوهشی مهندسی معدن. شماره 12، دوره ششم،70-61.

[2] آیت­اللهی، م.، محمدعلیها، م.، حیدری خواص، م (1389) بررسی رفتار رشد ترک توده­های سنگی با استفاده از آزمایش قطعات ترک­دار استوانه­ای شکل. چهاردهمین کنفرانس ژئوفیزیک ایران.

[3] آیت­اللهی، م.، سید موسوی، م (1387) بررسی اثرات فشار جانبی در عمق زمین بر روی ضرایب شدت تنش مود ترکیبی اول و دوم. نشریه علمی– پژوهشی مهندسی معدن، شماره 5، دوره سوم، 39-21.

[4] بهنیا، م. گشتاسبی، ک.، فاتحی مرجی، م.، گلشنی، ع (1391) تأثیر پارامترهای الاستیک لایه­ها بر نحوه گسترش شکست هیدرولیکی با استفاده از روش ناپیوستگی- جابجایی. نشریه روش‌های تحلیلی و عددی در مهندسی معدن، شماره 3، بهار وتابستان 1391، صفحه 1 تا 13.

[5] حائری، ه. شهریار، ک. فاتحی مرجی، م. و معارف وند، پ (1392) استفاده از روش ناپیوستگی جابه­جایی در تحلیل  انتشار ترک در مواد شبه سنگی. نشریه روش‌های تحلیلی و عددی در مهندسی معدن، شماره 5، دوره سوم، 49-38.

[6] حسینی، م (1385) مقدمه­ای بر مکانیک سنگ، انتشارات ایده گستر قم، 134 ص.

[7] درویش­زاده، ع (1385) زمین­شناسی ایران (چینه­شناسی، تکتونیک، دگرگونی و ماگماتیسم، موسسه انتشاراتی امیر کبیر.

[8] Alkiliçgil, Ç (2006) Development Of A New Method For Mode I Fracture Toughness Test On Disc Type Rock Specimens. Master of science Thesis in Department of Mining Engineering, Middle East Technical University.

[9] Alkiliçgil, Ç (2010) Development Of Specimen Geometries For Mode I Fracture Toughness Testing With Disc Type Rock Specimens. Doctor of Philosophy Thesis in Mining Engineering Department, Middle East Technical University.

[10] Bearman, RA (1999) The use of point load test for the rapid estimation of mode I  fracture toughness. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 36: 257-263.

[11] Bhagat, RB (1985)Mode I Fracture toughness of coal. Int. J. Min. Eng., 3: 229-236.

[12] Brown, GI., Reddish, DJ (1997)Experimental relationship between rock fracture toughness and density. Int.  J. Rock Mech. Min. Sci., 34:153-155.

[13] Erarslan, N., Alehossein, H., Williams, D.J (2014) Tensile Fracture strength of  Brisbane tuff  by static and cyclic loading tests. Rock Mech. Rock Eng., 47: 1135-1151.

[14] Gunsallus, KL.,Kulhawy, FH (1984) A comparative evaluation of rock strength measures. Int.  J. Rock Mech. Min. Sci, 21: 233-248.

[15] Kuruppu, M.D. Obara, Y.  Ayatollahi, M. R.  Chong, K. P.   Funatsu, T ( 2014) ISRM-Suggested Method for Determining the Mode I Static Fracture Toughness Using Semi-Circular Bend Specimen.  Rock Mechanics and  Rock Engineering, 47: 267–274.

[16] Whittaker, BN., Singh, RN., Sun, G (1992) Rock Fracture mechanics: Principles, design and application, Amsterdam: Elsevier.

[17] Zhang, ZX., Kou, SQ., Lindqvist, PA., Yu, Y (1998) The relationship between the fracture toughness and tensile strength of rock, In: strength theories: applications. development& prospects for 21st century Beijing/ New York: Science Press, P.215-219.

[18] Zhang, ZX (2002)  An empirical relation between mode I fracture toughness and the tensile strength of rock.Int.  J. Rock Mech. Min. Sci., 34: pp.401-406.