بررسي تأثير زبري سطح ناپيوستگي بر مقاومت نمونه‌هاي سنگي درزه‌دار

Effect of discontinuity surface roughness on the strength of jointed rock samples

ناپيوستگي­ ها يكي از مهمترين عواملي هستند كه باعث ايجاد آنيزوتروپي مكانيكي در سنگ شده و سبب كاهش مقاومت سنگ مي­گردند، در نتيجه جهت توصيف رفتار سنگ بايد خواص مربوط به ناپيوستگي­ها و ميزان تاثيري كه بر روي مقاومت سنگ مي­گذارند مورد توجه و بررسي قرار گيرد. از جمله مهمترين خواص ناپيوستگي­ ها كه بر روي مقاومت نمونه ­ي انيزوتروپ اثر مي­گذارد، زبري سطح ناپيوستگي­ هاست. از طرفي با توجه به اينكه در طبيعت سنگ­ها تحت فشار جانبي قرار دارند، بنابراين بهتر است رفتار سنگ ­هاي درزه­ دار تحت شرايط محصور شده مورد بررسي قرار بگيرد. در تحقيق حاضر به منظور بررسي تأثير زبري سطح درزه بر روي مقاومت سنگ، از نمونه ­هاي مصنوعي ساخته شده از تركيب گچ و سيمان استفاده شده است. نمونه­هاي مصنوعي در چهار سطح زبري و در هفت زاويه­ ي شيب ناپيوستگي نسبت به تنش اصلي حداكثر تهيه شدند، و در پنج فشار جانبي 5/0، 5/1، 2، 5/3 و 5 مگاپاسكال تحت آزمايش مقاومت فشاري سه محوري قرار گرفتند. نتايج حاصل از اين تحقيق نشان داد با افزايش زبري سطح ناپيوستگي، مقاومت سنگ­هاي انيزوتروپ افزايش مي­يابد، كه اين افزايش مقاومت هنگامي كه زاويه­ ي ناپيوستگي با تنش اصلي حداكثر بين ˚25 تا ˚50 باشد بيشتر از بخش­هاي ديگر است. همچنين نتايج نشان داد كه بيشترين مقاومت سنگ انيزوتروپ در يكي از زواياي 0 و يا 90 درجه اتفاق مي­افتد كه اين زاويه براي مقادير مختلف JRC متفاوت است.

It is seldom possible that rock engineering structures found without joints, cracks, or discontinuities. Discontinuities are one of the most important phenomena that cause the mechanical anisotropy in rocks. This mechanical anisotropy would impose reduction of strength. Therefore the discontinuities and degree of their influence on the rocks must be studied carefully in order to define the behavior of rocks. The confining pressure, on the other hand, is an important parameter that controls the percentage effect of the rock discontinuities on the rock strength. The purpose of this study is evaluation of the effect of discontinuity surface roughness on strength of jointed rock samples at different confining pressures. For this purpose, an intensive laboratory investigation was undertaken to test jointed specimen at various discontinuity angles (β=0, 15, 30, 45, 60, 75 and 90 degrees) and confining pressures (0.5, 1.5, 2, 3.5 and 5 MPa). The rock discontinuities possess various roughness that were controlled by joint roughness coefficient (JRC=0, 7, 12 and 17). Fabricated artificial samples which included a rough discontinuity were prepared by Cement and Plaster of Paris. These specimens were used for simulation of mechanical anisotropy subjected to uniaxial and triaxial tests based on the ISRM suggested methods. The results of experimental tests indicated that, with an increase in discontinuity surface roughness and lateral pressure, the strength of the anisotropic samples increases. Also it is shown that the orientation of discontinuity influence on the strength of specimens and the maximum strength achieved at the specimen with β=25 to 50 degrees