ارائه روابط رگرسیونی ساده و چندگانه برای ارزیابی مقاومت فشاری تک‌محوری سنگ‌های رسوبی و آذرآواری با استفاده از آزمایش چکش‌اشمیت

نویسندگان

1 گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه خوارزمی تهران، تهران، ایران

2 گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان، ایران

چکیده

در پروژه‌های مهندسی (سدها، تونل‌ها و پایداری شیب) ویژگی‌های مقاومتی سنگ‌ها بر عملیات ساخت‌وساز تأثیرگذار است. گاهی اوقات انجام آزمون‌های آزمایشگاهی مستقیم سخت، زمان‌گیر و پرهزینه است. به همین دلیل محققان مختلف برای پیش‌بینی خواص مقاومتی سنگ­ها مانند مقاومت فشاری تک‌محوری (UCS) روابط تجربی را ارائه کرده‌اند. مقاومت فشاری تک‌محوری جزء مهم‌ترین پارامترهای سنگ در مطالعات مکانیک سنگ است. این پارامتر را می‌توان به‌صورت مستقیم در آزمایشگاه تعیین کرد و یا به‌صورت غیرمستقیم با روش­های ارائه ‌شده نظیر آزمایش چکش­اشمیت تخمین زد. تخمین مقاومت فشاری تک‌محوری با عدد چکش اشمیت بسیار آسان‌تر، سریع‌تر و ارزان‌تر از اندازه‌گیری مستقیم آن است. هدف اصلی این مطالعه تجزیه ‌و تحلیل روابط بین مقاومت فشاری تک‌محوری سنگ‌ها با سختی اشمیت است. در این پژوهش بر روی 3 نمونه سنگ‌ شامل ماسه‌سنگ آغاجاری، مارن سازند قم و توف کرج مطالعه انجام‌شده است. با توجه به اهمیت این موضوع در این پژوهش روابط تجربی جدیدی برای محاسبه مقاومت فشاری تک‌محوری سنگ­ها ارائه‌ شده است، که کاربرد آن‌ها نتایج مطلوبی را نشان می‌دهد. برای رسیدن به هدف مورد نظر مناسب‌ترین و معنادارترین روابط بین آزمون سختی اشمیت با مقاومت فشاری تک‌محوری با استفاده از روش رگرسیون ارائه ‌شده است. روابط بین مقاومت فشاری تک‌محوری، چکش اشمیت و دانسیته خشک سنگ با استفاده از تکنیک‌های رگرسیون ساده (SR) و چندگانه (MR) با استفاده از نرم‌افزارMinitab 16  انجام ‌شده است. تحلیل­های آماری وجود همبستگی قوی بین مقاومت فشاری تک‌محوری، سختی سنگ و دانسیته خشک را در نمونه­های ماسه‌سنگ، مارن و توف نشان می­دهند. براساس مطالعه انجام شده رگرسیون چندمتغیره نتایج معتبرتری را ارائه می­نماید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The presentation of simple and multiple regression relationships to the evaluation of uniaxial compressive strength sedimentary and pyroclastic rocks with usage experimental of the Schmidt hammer

نویسندگان [English]

  • S. Moradi 1
  • M. Amiri 2
  • M. Rahimi Shahid 2
  • S. S. Karrari 3
1 Dept., of Geology, Faculty of Science, Kharazmi University, Tehran, Iran
2 Dept., of Geology, Faculty of Science, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
3 Dept., of Geology, Faculty of Science, Bu Ali Sina University, Hamadan, Iran
چکیده [English]

In engineering projects (dams, tunnels, and slope stability) the strength properties of the rocks affect the construction operations. In some cases, conducting field experiments is difficult, time-consuming, and expensive. Therefore, researchers have introduced practical relationships for predicting strength properties of rocks (e.g. uniaxial compressive strength (UCS)). Uniaxial compressive strength is one of the most important rock parameters in studies of rock mechanics. This parameter can be determined directly in the laboratory or can be estimated through indirect methods like the Schmidt hammer. The estimation of uniaxial compressive strength via the number of Schmidt hammer is easier, faster, and cheaper than a direct measurement. The major purpose of this study is to analyze the relationships between the uniaxial compressive strength of rocks with the Schmidt stiffness. In this research, three samples of rock have been studied including Aghajari sandstone, Qom marly formation, and Karaj tuff. With respect to the importance of this subject in this study, new practical relationships have been presented to calculate uniaxial compressive strength whose application show desired results. In order to achieve this aim, the most appropriate and logical relationships between Schmidt hardness tests with uniaxial compressive strength has been introduced by the regression method. The relationships between uniaxial compressive strength, the Schmidt hammer, and dry density of rock have been evaluated by simple and multiple regression (SR/ MR) techniques using Minitab 19 software. The statistical analyses revealed the existence of powerful correlations between the uniaxial compressive strength, Schmidt hardness features of rocks, and dry density in samples of sandstone, marl, and tuff. According to this study, multivariate regression presents more credible results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Uniaxial Compressive Strength
  • Schmidt hammer
  • Sandstone
  • Tuff
  • Marl
  • Regression

مراجع

آقانباتی، ع (۱۳۸۳) زمین‌شناسی ایران، انتشارات سازمان زمین­شناسی و اکتشافات معدنی کشور.
جبین­پور، ع. ر.، یاراحمدی بافقی، ع. ر.، غلام­نژاد، ج (1397) مدل‌سازی زمین‌آماری تخریب­پذیری توده­سنگ مبتنی بر روش تجربی لابسچر در معدن سه‌چاهون، نشریه مهندسی منابع معدنی، دوره 2، شماره 3، ص 53-69.
حسنی­پاک، ع (1389) زمین­آمار (ژئواستاتیستیک)، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ سوم، 314 ص.
خانلری، غ (1388) زمین­شناسی مهندسی (ویژه دانشجویان عمران)، انتشارات دانشگاه بوعلی­سینا همدان، 364 ص.
خانلری، غ.، فریدونی، د (1390) ارائه روابط تجربی به منظور محاسبه مقاومت فشاری و مدول­الاستیسیته سنگ­های سخت با اسـتفاده از نـتایج چـکـش اشـمیت، نشـریه زمین­شناسی مهندسی، جلد 5، شماره 1، ص 12.
رحیمی­شهید، م.، کرمی، م.، لشکری­پور.، غ. ر (1400)  استفاده از رگرسیون چندمتغیره برای ارزیابی تراوایی توده­سنگ‌های ساختگاه سد خرسان 2 با استفاده از ویژگی‌های سیستم ناپیوستگی، نشریه یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی، دوره 16، شماره 31، ص 32-51.
عبدی، ی.، خانلری، غ. ر (1398) تخمین ویژگی‌های مکانیکی ماسه‌سنگ­ها با استفاده از آزمایش سرعت موج و چکش‌اشمیت. نشریه یافته­های نوین زمین شناسی کاربردی، دوره 13، شماره 25، ص 33-47. 
فریدونی، د (1387) زمین­شناسی عمومی و مهندسی، انتشارات خانه ادبیات، 450 ص.
فهیمی‏فر، ا.، و سروش، ح (1380) آزمایش‏های مکانیک سنگ، مبانی نظری و استانداردها، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، چاپ اول.
قبادی، م. ح (1377) خطرات زیست­محیطی در شرق اهواز، اولین کنفرانس زمین‌شناسی مهندسی و محیط زیست ایران، ص 803-814.
قبادی، م. ح.، امیری، م.، رسولی­فرح، م. ر (1400) مطالعه خصوصیات ژئوتکنیکی ماسه‌سنگ‌های سازند قم و استفاده از آن‌ها به عنوان منابع قرضه (مطالعه موردی: روستای لتگاه، شمال همدان)، نشریه یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی، دوره 15، شماره 29، ص 55-70.
کرمی، م.، رحیمی­شهید، م.، لشکری­پور، غ. ر (1400) پیش‌بینی شاخص شکنندگی و تعیین همبستگی تجربی بین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی سنگ‌آهک سازند تله­زنگ در ساختگاه سد هواسان، مجله یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی، دوره 15، شماره 30، ص 33-46.
Anon (1996) the description and classification of weathearing rocks for engineering purposes. Q J Eng Geol., 28: 207-242.
Aydin, A., Basu, A (2005) The Schmidt Hammer in rock material characterization, Eng. Geol., 81:1-14.
Aufmuth, R. E (1973) A systematic determination of engineering criteria for rocks. Bull. Assoc. Eng. Geol., 11: 235–245.
Buyuksagis, I. S., Goktan, R. M (2007) The effect of Schmidt Hammer type on uniaxial compressive strength prediction of rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 44: 299-307.
Cargill, J. S., Shakoor, A (1990) Evaluation of empirical methods for measuring the uniaxial compressive strength. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 27: 495–503.
Chamanzadeh, A., Moshrefy-Far, M. R., Rahimi Shahid, M., Moosavi, S. M (2016) Statistical analysis of the rock masses permeability in Shahid dam site. International Conference on Civil Engineering, Architecture, Urban Management and Environment in the Third Millennium, Rasht, Iran, p.12.
Diamantis, K., Gartzos, E., Migiros, G (2009) Study on uniaxial compressive strength, point load strength index, dynamic and physical properties of serpentinites from Central Greece: test results and empirical relations. Eng. Geol., 108: 199–207.
Dincer, I., Acar, A., Cobanoglu, I., Uras, Y (2004) Correlation between Schmidt hardness, uniaxial compressive strength and Young’s modulus for andesites, basalts and tuffs. Bull. Eng. Geol. Environ., 63: 141–148.
Gupta, V., Sharma, R (2012) Relationship between textural, petrophysical and mechanical properties of quartzites: A case study from northwestern Himalaya, Engineering Geology., 135 (136): 1–9.
Gokceoglu, C., Zorlu, K (2004) A fuzzy model to predict the uniaxial compressive strength and themodulus of elasticity of a problematic rock, Engineering Applications of Artificial Intelligence., 17: 61–72.
Haramy, K. Y., DeMarco, M. J (1985) Use of the Schmidt hammer for rock and coal testing. In: 26th US Symp. On Rock Mechanics, Rapid City, SD., 549–555.
Hebib, R., Belhai, D. Alloul, B (2017) Estimation of uniaxial compressive strength of North Algeria sedimentary rocks using density, porosity, and Schmidt hardness, Arab. J. Geosci. 10: 383.
Hudson, J. A., Harrison, J. P (2000) Engineering rock mechanics, an introduction to the principles, Elsevier Science Ltd. pp 458.
ISRM (1981) Basic geotechnical description of rock masses, International Society of rock mechanics Commision on the classification of rock and masses. Int Rock Mech Min Sci Geomech., 18: 85-110.
ISRM (1981(b)) Suggested Methods. Rock characterization testing and monitoring, In: Brown ET, (Eds.) Oxford: Pergamon Press.
ISRM (2007) The Complete ISRM, Suggested Methods for Rock characterization testing and monitoring, International Society of rock mechanics.
Jamshidi, A., Nikudel, M. R., Khamehchiyan, M., Sahamieh, R. Z., Abdi, Y (2016) A correlation between P-wave velocity and Schmidt hardness with mechanical properties of travertine building stones. Arab. J. Geocsi., 9 (10): 568.
Kahraman, S (2001) Evaluation of simple methods for assessing the uniaxial compressive strength of rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 38: 981-994.
Kahraman, S., Fener, M., Gunaydin, O (2002) Predicting the Schmidt hammer values of in situ intact rock from core sample values, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 39: 395-399.
Katz, O., Reches, Z., Roegiers, J. C (2000) Evaluation of mechanical rock properties using a Schmidt Hammer, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 37: 723-728.
Kılıc, A. and Teymen, A (2008) Determination of mechanical properties of rocks using simple methods. Bull Eng. Geol. Environ., 67: 237–244.
Kiyoo, M (2007) Experimental Rock Mechanics, Taylor & Francis /Balkema, London, UK pp 380.
Morales, T., Uribe-Etxebarria, G., Uriarte, J. A., de Valderrama, I. F (2004) Probabilistic slope analysis state of play. Eng. Geol., 71: 343–362.
Rahimi Shahid, M., Hashemian, N. S (2021) Evaluation of Kriging method on estimation of Lugeon data. 39th   National Congress and 4th International Congress of Earth Sciences, Tehran, Iran, 1-12.
Shalabi, F. I., Cording, E. J., Al-Hattamleh, O. H (2007). Estimation of rock engineering properties Using hardness tests. Eng. Geol., 90: 138–147.
Singh, R. N., Hassani, F. P., Elkington, P. A. S (1983) The application of strength and deformation index testing to the stability assessment of coal measures excavations. In: Proc. 24th US Symp. On Rock Mech. Texas A&M Univ. AEG, 599–609.
Teymen, A (2021) Statistical models for estimating the uniaxial compressive strength and elastic modulus of rocks from different hardness test methods, Heliyon 7. 15pp.
Yasar, E., Erdogan, Y) 2004) Estimation of rock physiomechanical properties using hardness methods, Eng. Geol., 71: 281-288.
Yilmaz, I., Sendir, H )2004) Correlation of Schmidt hardness with unconfined compressive strength and Young’s modulus in gypsum from Sivas, (Turkey). Eng. Geol., 66: 211-219.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 26 مرداد 1400
  • تاریخ بازنگری: 28 مهر 1400
  • تاریخ پذیرش: 03 آبان 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار