بررسي اثر مقياس بر پارامترهاي هندسي سطوح درزه سنگ

The effect of scale on the geometric parameters of the rock joint surfaces

بر اساس مطالعات انجام شده، مشخص شده است كه رفتار مكانيكي درزه‌هاي سنگي مي‌تواند به عنوان تابعي از مقياس تغيير كند. در چهل سال گذشته، مطالعات وسيعي بر روي اثر مقياس بر روي رفتار مكانيكي درزه‌هاي سنگي انجام شده است. بسياري از اين مطالعات نتايج متناقضي را در بر داشته است. بنابراين ماهيت و سازوكار اثر مقياس بر رفتار مكانيك درزه‌هاي سنگي هنوز به طور كامل شناخته نشده و نياز به مطالعات بيشتري دارد. يكي از مهم‌ترين پارامترهايي كه بر روي رفتار برشي درزه‌ها تاثير گذار است خصوصيات هندسي سطوح آنها است. بنابراين بررسي پارامترهاي هندسي سطوح درزه با در نظر گرفتن اثر مقياس بر آنها تا حد زيادي مي‌تواند تبيين كننده رفتار وابسته به مقياس درزه‌ها باشد. در پژوهش حاضر سه سطح طبيعي درزه با هندسه‌هاي متفاوت و با ابعاد بيش‌تر از 2500 سانتي‌مترمربع از طبيعت انتخاب شده‌اند. براي ابعاد 50 × 50 ميلي‌مترمربع تا 500 × 500 ميلي‌مترمربع، پارامترهاي هندسي مهم درزه محاسبه شده و اثر مقياس بر اين پارامترها و تغييرات مقادير آن‌ها نسبت به مقياس مورد بررسي قرار گرفته است. بررسي‌هاي انجام شده نشان مي‌دهد اثر مقياس بر پارامترهاي مختلف هندسي يكسان نبوده و بسته به نوع هندسه درزه و چگونگي توزيع پارامترهاي زبري اوليه و ثانويه سطح، نتايج متفاوتي را به همراه خواهد داشت. پارامترهاي زاويه‌اي سطح درزه در مقياس بيشتر از400 سانتي‌مترمربع تقريبا مستقل از مقياس خواهند شد. اما پارامترهاي ارتفاعي سطح درزه، براي سطوحي كه زبري درجه اول در آنها بيش‌تر باشد، با افزايش مقياس (حداقل تا 2500 سانتي‌مترمربع) افزايش مي‌يابند.

In this study, three different natural joint geometries in dimensions greater than 2500 cm2 were selected from the field. The geometric parameters of the surface joints have been calculated from the scale of 50 × 50 mm2 to 500 × 500 mm2 and the effect of scale on these parameters and their variations with scale has been discussed. Introduction The scale dependency of discontinuity surface roughness and shear strength has been investigated by many other researchers over the last three decades. Many of these studies have produced conflicting results. Some studies have shown a decrease in strength and roughness with increasing discontinuity size. Other studies have shown the existence of positive scale effects, a combination of positive and negative scale effects, or no scale effect. The present study attempts to investigate the effect of scale on the geometrical properties of rock joints. Methodology and Approaches In this study, three natural smooth, undulating and stepped rock joints were prepared and their surfaces were scanned by 3D optical scanner. The surfaces were digitized and the geometric parameters were calculated by the code written in Matlab software. The geometric parameters were calculated for the square widows that were centered at the same locations and were measured from 50 × 50 mm2 to 500 × 500 mm2. Results and Conclusions The results showed that the effect of scale on various geometric parameters are not the same and will have different results depending on the distribution of primary (waviness) and secondary (unevenness) roughness. The angular parameters of rock joint surfaces, in the scale of greater than 400 cm2, are independent of scale. However the amplitude parameters of rock joint surfaces, in the surfaces with dominant waviness, increase with increasing of scale (at least up to 2500 cm2).