ارزیابی رفتار مکانیکی گرانیت های پورفیری تحت بارگذاری استاتیکی و دینامیکی سه محوری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

2 گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان

چکیده

هدف از انجام این پژوهش ارزیابی خصوصیات مقاومتی مونزوگرانیت­های الوند تحت شرایط مختلفی از بارگذاری بوده است. بدین منظور در ابتدا آزمون­های استاتیکی در شرایط تک­محوری و سه­محوری انجام گردید تا تاثیر فشار همه جانبه بر روی رفتار مکانیکی سنگ ارزیابی گردد. بعلاوه رفتار خستگی این سنگ­ها تحت بارگذاری چرخه­ای سه­محوره مورد مطالعه قرار گرفت. آزمون­های خستگی به صورت نیرو کنترل بوده و به دو صورت تراز تنش و دامنه بارگذاری ثابت و متغییر با فرکانس یک هرتز انجام گردید. تاثیر خستگی بر روی رفتار این سنگ­ها در شرایط بارگذاری سه­محوری توسط پارامترهای آسیب خستگی شامل کرنش بیشینه و کمینه محوری، کرنش بیشینه و کمینه جانبی، مدول­های مماسی و متقاطع، دانسیته انرژی و انرژی وارفتگی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمون های استاتیکی نشان داد که افزایش فشار همه جانبه تاثیر قابل­ملاحظه­ای بر روی خصوصیات مقاومتی و تغییر شکل­پذیری این سنگ­ها داشته و باعث افزایش مقاومت و فاز پلاستیک قبل از شکست شده است. مدول­های الاستیک سنگ نیز با افزایش فشار همه جانبه به صورت خطی افزایش نشان می­دهند. ارزیابی پارامترهای آسیب خستگی نشان می­دهد که فرایند آسیب در شرایط سه­محوره نیز شامل سه فاز هسته­زایی ترک، گسترش ترک با سرعت یکنواخت و فاز رشد شتابدار ترک می­باشد. بعلاوه از بین پارامترهای آسیب خستگی، پارامتر کرنش جانبی، مدول متقاطع، و انرژی وارفتگی آسیب سه مرحله­ای خستگی را بهتر نشان می­دهند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment of mechanical behavior of porphyroid granites subjected to triaxial static and dynamic loading

نویسندگان [English]

  • A. A Momeni 1
  • G. R. Khanlari 2
  • M. Heydari 2
  • A. A. Sepahi 2
چکیده [English]

The main aim of this research is assessing strength properties of Alvand monzogranite under different loading conditions. For this reason, at the first step, static tests under uniaxial and triaxial states were done to evaluate the effect of confining pressure on mechanical behavior of the rock. Furthermore, fatigue behavior of the rocks subjected to triaxial cyclic loading was evaluated. The fatigue tests were done in load control condition with 1Hz frequency and two states of loading including constant stress level and amplitude, and variable state of them. The results of the fatigue tests have been evaluated by fatigue damage parameters including maximum and minimum axial strain, maximum and minimum lateral strain, tangent and secant modulus, energy density and hysteresis energy. The static tests results show that confining pressure has a remarkable effect of strength and deformability properties of these rocks and has induced increasing in strength and per failure plastic phase. Elastic modulus of the rocks have been increased with increasing confining pressure in a linear function. Evaluation of the fatigue damage parameters indicated that fatigue damage process in triaxial condition shows three stages including crack initiation phase, uniform velocity phase and acceleration phase, as well. Among the fatigue damage parameters, lateral strain, secant modulus and hysteresis energy show better three-stage fatigue damage behavior.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Triaxial cyclic loading
  • Fatigue damage
  • hystersis energy
  • amplitude
  • frequency
[1] Akesson, U., Hansson, J., Stigh, J (2004) Characterisation of microcracks in the Bohus granite, western Sweden, caused by uniaxial cyclic loading. Eng. Geol. 72: 131–142.

[2] Chen, Jie; Du, Chao; Jiang, Deyi; Fan, Jinyang; He, Yi (2016) The mechanical properties of rock salt under cyclic loading-unloading experiments.Geomechanics and Engineering. 10 (3), 325-334

[3] Cho, S.H., Ogata, Y., Kaneko, K (2003) Strain-rate dependency of the dynamic tensile strength of rock. Int. J. Rock.Mech. Min. Sci. 40: 763–777.

[4] International Society for Rock Mechanics (1981) Rock characterizationtesting and monitoring. In: Brown ET (ed) ISRMsuggested methods. Pergamon press, Oxford.

[5] Khanlari, G.R., Momeni, A., Karakus, M (2014) Assessment of Fatigue Behavior of AlvandMonzogranite Rocks. Journal of Engineering Geology, Kharazmi university 8 (1): 2003-2020.

[6] Liu, E., He, S (2012) Effects of cyclic dynamic loading on the mechanical properties of intact rock samples under confining pressure conditions.Eng. Geol. 125: 81–91.

[7] Liu, E., Huang, R., He, S (2012) Effects of frequency on the dynamic properties of intact rock samples subjected to cyclic loading under confining pressure conditions. Rock. Mech. Rock. Eng. 45: 89–102.

[8] Momeni, A., Karakus, M., Khanlari, G.R., Heidari, M (2015) Effects of cyclic loading on the mechanical properties of a granite. Int. J. Rock. Mech. Min. Sci. 77: 89–96.

[9] Takarli, M., Prince, W., Siddique, R (2008) Damage in granite under heating/cooling cycles and water freeze–thaw condition. Int. J. Rock.Mech. Min. Sci. 45: 1164–1175.

[10] Xiao, J.Q., Ding, D.X., Jiang, F.L., Xu, G (2010) Fatigue damage variable and evolution of rock subjected to cyclic loading. Int. J. Rock. Mech. Min. Sci. 47: 461–468.

[11] Xiao, J.Q., Ding, D.X., Xu, G (2009) Inverted S-shaped model for nonlinear fatigue damage of rock. Int. J. Rock. Mech. Min. Sci. 46(3): 643–8.

[12] Zhao, M.J., Xu, R (2000) The rock damage and strength study based on ultrasonic velocity. Chin. J. Geotech. Eng. 22(6): 720–2.