بررسی تاثیر انجماد - ذوب بر ویژگی های مکانیکی ماسه سنگ های سازند قرمز بالایی بر اساس اندازه گیری سرعت سیر موج و تخلخل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه لرستان

2 گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه بوعلی‌سینا

چکیده

هدف از این تحقیق تخمین مقاومت فشاری تک­محوری و مدول الاستیسیته ماسه­سنگ­های سازند قرمز بالایی با استفاده از ویژگی­های فیزیکی در چرخه­های مختلف آزمایش انجماد – ذوب می­باشد. به­همین منظور تعداد 6 بلوک بزرگ از نقاط مختلف سازند قرمز بالایی در غرب قم برداشته شده است. در این پژوهش آزمایش انجماد و ذوب در 30 چرخه انجام شده است. در پایان هر 10 چرخه، تغییرات سرعت موج طولی، تخلخل، مقاومت فشاری تک­محوری و مدول الاستیسیته نمونه­ها مطابق با استانداردISRM  اندازه­گیری شده است. نتایج این مطالعه نشان می­دهد که با افزایش تعداد چرخه­های انجماد و ذوب، مقاومت فشاری تک­محوری، مدول الاستیسیته و سرعت سیر موج طولی نمونه­های ماسه­سنگ کاهش می­یابد، در حالی­که تخلخل مؤثر روندی افزایشی را نشان می­دهد. بر این اساس مشاهده شده است که مقاومت فشاری تک­محوری نمونه­ها بین 41 تا 85 درصد کاهش داشته است، در حالی­که میزان کاهش مدول الاستیسیته بین 47 تا 70 درصد می­باشد. در نهایت یک­سری روابط تجربی به منظور تخمین ویژگی­های مقاومتی ماسه­سنگ­ها با استفاده از سرعت سیر موج و تخلخل مؤثر در چرخه­های مختلف آزمایش انجماد - ذوب ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of effect of freeze-thaw on mechanical properties of Upper Red Formation sandstones based on measurement of P-wave velocity and porosity

نویسندگان [English]

  • Y. Abdi 1
  • G. Reza Khanlari 2
چکیده [English]

The aim of this research is the estimation of uniaxial compressive strength and modulus of elasticity of Upper Red Formation sandstones using the physical properties in different cycles of freeze-thaw test. For this purpose, 6 large rock blocks from different locations of Upper Red Formation in southwestern of Qom were obtained. In this research, the freeze-thaw test was carried out in 30 cycles. Freeze–thaw test was carried out for 30 cycles and the variations of P-wave velocity, porosity, uniaxial compressive strength and modulus of elasticity of specimens were determined after every 10 cycles according to ISRM. The results of this study show that an increase in number of freeze–thaw cycles decreases uniaxial compressive strength, modulus of elasticity and P wave velocity, whereas the effective porosity increases. Based on this, it was observed that uniaxial compressive strength of specimens decreases between 41 and 85%, whereas the modulus of elasticity decreases between 47 and 70%. Finally, for prediction of strength properties of selected sandstones using the P-wave velocity and effective porosity in different cycles of freeze-thaw test, a series of predictive relationships were also proposed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sandstone
  • Freeze-thaw
  • Upper Red Formation
  • Uniaxial compressive strength
  • P-wave velocity

درویش­زاده، ع (1372) زمین­شناسی ایران. انتشارات ندا، 751 ص.

مؤمنی، ع (1392) ارزیابی رفتار تابع زمان گرانیتوئیدهای الوند همدان با تأکید بر هوازدگی و خستگی. پایان­نامه دکترا، دانشگاه بوعلی­سینا همدان، 259 ص.

Bayram, F (2012) Predicting mechanical strength loss of natural stones after freeze–thaw in cold regions. Cold Region Science Technology, 83–84: 98–102

Binal, A., Kasapoglu, KE (2002) Effects of freezing and thawing process on physical and mechanical properties of Selime ignimbrite outcrops in Aksaray–Ihlara valley. Proceedings of sixth Regional Rock Mechanics Symposium. Konya-Turkey: p. 189–96

Chen, T.C., Yeung, M.R., Mori, N (2004) Effect of water saturation on deterioration of welded tuff due to freeze–thaw action. Cold Regions Science and Technology, 38: 127–136

Folk, RL (1974) Petrology of sedimentary rocks. Hemphill, Austin

Grossi, C.M., Brimblecombe, P., Harris I (2007) Predicting long term freeze–thaw risks on Europe built heritage and archaeological sites in a changing climate. Science Total Environment, 377(2):273–281

Hale, P.A., Shakoor, A (2003) A laboratory investigation of the effects of cyclic heating and cooling, wetting and drying, and freezing and thawing on the compressive strength of selected sandstones. Environmental Engineering Geoscience, 9:117–130

ISRM (1981) Rock Characterization, Testing and Monitoring. In: Brown, E.T. (Ed.), ISRM suggested methods. Pergamon Press, Oxford (211 pp.).

Khanlari, G.H., Abdilor, Y (2015) The influence of wet–dry, freeze–thaw and heat–cool cycles on physical and mechanical properties of upper red sandstones, central part of Iran. Bulletin of Engineering Geology and Environment, 74:1287–1300

Khanlari, G.H., Zarei, Sahamieh., R., Abdi, Y (2015) The effect of freeze–thaw cycles on physical and mechanical properties of Upper Red Formation sandstones, central part of Iran. Arabian Journal of Geoscience, 8:5991–6001

Luo, X., Jiang, N., Zuo, C., Dai, Z., Yan, S (2013) Damage characteristics of altered and unaltered diabases subjected to extremely cold freeze–thaw cycles. Rock Mechanics and Rock Engineering: DOI 10.1007/s00603-013-0516-2

Momeni, A., Abdilor, Y., Khanlari, G.R., Heidari, M., Sepahi, AA (2015) The effect of freeze–thaw cycles on physical and mechanical properties of granitoid hard rocks. Bulletin of Engineering Geology and Environment, DOI 10.1007/s10064-015-0787-9

Tan X, Chen W, Tian H, Cao J (2011) Laboratory investigations on the mechanical properties degradation of granite under freeze–thaw cycles. Col Reg Sci Technol 68:130–138

Topal, T., Sözmen, B (2000) Freeze–Thaw Resistance of the Yazilikaya Tuffs. 9th International Congress on the Deterioration and Conservation of Stone, pp. 275–281

Yavuz, H., Altindag, R., Sarac, S., Ugur, I., Sengun, N (2006) Estimating the index properties of deteriorated carbonate rocks due to freeze–thaw and thermal shock weathering. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 43: 767–775

Zappia G, Sabbioni C, Riontino C, Gobbi G, Favoni O (1998) Exposure tests of building materials in urban atmosphere. Science Total Environment, 224:235–244

Zhang SJ, Lai YM, Zhang XF, Pu YB, Yu WB (2004) Study on the damage propagation of surrounding rock from a cold-region tunnel under freeze–thaw cycle condition. Tunneling Underground Space Technology 19:295–302