بررسي عددي تأثير ناهمواري بر روي مقاومت درزه سنگ به‌ روش المان مجزا

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

رفتار مكانيكي يك توده سنگ به طور قابل‌توجهي با حضور ناپيوستگي‌ها كنترل مي‌شود و درك اثر ناپيوستگي‌ها در طراحي و قابل‌اعتماد سازه‌هاي سنگي ضروري است. اين تحقيق به بررسي تأثير زبري درزه‌هاي سنگي بر رفتار مكانيكي ساختارهاي سنگي با استفاده از كد جريان ذرات Particle Flow Code پرداخته‌است و تأثير پارامترهاي هندسي درزه‌اي با پرشدگي و بدون پرشدگي بر رفتار مكانيكي توده‌هاي سنگ درزه‌دار به صورت عددي و آزمايشگاهي مورد بررسي قرارگرفته‌است. درPFC، ماده سالم با يك مجموعه از ذرات متصل به هم نشان‌داده شده ‌است. به طور سنتي، درزه‌ها در PFC با استفاده از روش حذف پيوند يا مدل اتصال هموار مدل‌سازي شده‌اند، كه اين روش‌ها قادر به توليد مجدد رفتار برشي درزه سنگ نيستند. براي غلبه بر اين مشكل، مطالعات گذشته روش جديد ايجاد جعبه برش را پيشنهاد كردند. توانايي روش پيشنهادي در بازسازي رفتار برشي درزه‌هاي سنگي با انجام يك مطالعه مقايسه‌اي در برابر مدل‌هاي تحليلي و تجربي و همچنين آزمايش‌ها تجربي برش مستقيم بر روي درزه‌هاي مصنوعي تحت تنش‌هاي نرمال مختلف بررسي شد و براي غلبه بر مشكلات موجود در تعيين رفتار برشي درزه‌هاي سنگي، تركيبي از مدل‌سازي عددي و آزمايشگاهي ارائه شده ‌است. ريز‌ پارامتر‌هاي مدل‌هاي اتصال ذرات توسط آزمايش‌هاي فشار تك محوري، كشش برزيلي و برش مستقيم بر روي درزه اره‌بر واسنجي شد. با توجه به نتايج آزمايشگاهي و داده‌هاي عددي براي درزه بدون پرشدگي، مشاهده مي‌شود كه مقاومت برشي حداكثر در مدل عددي و آزمايشگاهي به ترتيب كمتر و بيشتر از مقادير مدل تجربي بارتون است. همچنين، زاويه اتساع در مدل عددي بيشتر از مدل تجربي بارتون است. علاوه بر اين، سختي برشي در مدل عددي كمتر از آزمايشگاهي به دست آمده است. با بررسي نتايج تخريب درزه بدون پرشدگي، آشكار است كه رفتار مود برش در اثر لغزش دندانه‌ها بر روي يكديگر، در تنش‌هاي نرمال پايين، به شكست زبري سطح دندانه، در تنش‌هاي نرمال بالا منجر مي‌شود. قسمت عمده تست‌هاي درزه پرشده به صورت عددي انجام شد و تعداد كمي از تست‌ها براي مقايسه به صورت آزمايشگاهي نيز انجام گرديد. نتايج نشان داد كه سختي برشي مدل عددي بيشتر از آزمايشگاهي بوده و همچنين مقاومت برشي حداكثر و باقي‌مانده با مدل عددي اختلاف اندكي دارند اما روند كلي دو نمودار يكسان بوده است. در نمودار تنش برشي-جابه‌جايي برشي، با افزايش ضخامت پرشدگي، رفتار نمودار به شكل نرم‌تر تغيير مي‌كند و افت تنش ناگهاني با تغيير زياد كمتري همراه است. روند نمودار مقاومت برشي حداكثر، مقاومت برش باقي مانده و زاويه اتساع، در هر ضخامت پرشدگي در تنش‌هاي نرمال متفاوت يكساني دارد. با تغيير زبري از 6-4 به 18-16 مقاومت برشي حداكثر از 126/2 مگاپاسكال به 112/3 مگاپاسكال رسيده كه 46 درصد افزايش يافته، همچنين با تغيير تنش نرمال از 5/0 مگاپاسكال به 0/2 مگاپاسكال مقاومت برشي حداكثر از 554/1مگاپاسكال به 256/4 مگاپاسكال رسيده كه افزايش 174 درصدي را نشان مي‌دهد. بيشترين تأثير روي زاويه اتساع به ترتيب متعلق به تنش نرمال، ضخامت پرشدگي و زبري سطح مي‌باشد و تعامل مستقيم بين مقدار زبري سطح و تنش نرمال با مقاومت برشي باقيمانده قابل مشاهده است. با بررسي عوامل مؤثر بر سختي برشي،‌ با تغيير زبري از 6-4 به 18-16 روند افزايشي 4/3 درصدي از 426/36 مگاپاسكال بر ميلي‌متر به 658/37 مگاپاسكال بر ميلي‌متر و با تغيير ضخامت پرشدگي از 75/0 ميلي‌متر به 0/3 ميلي‌متر روند كاهشي 9/6 درصدي از 342/38 مگاپاسكال بر ميلي‌متر به 705/35 مگاپاسكال بر ميلي‌متر را نشان مي دهد. نتايج نشان داد كه اين روش توانايي توليد مجدد رفتار برشي درزه‌هاي سنگي را دارد و تحليل‌هاي عددي به خوبي با آزمايش‌ها فيزيكي همخواني دارد. اين مطالعه درك بهتري از اثر زبري درزه بر رفتار برشي و فرآيند تكامل آسيب درزه‌هاي سنگ و همچنين تأثير پارامترهاي هندسي درزه بر رفتار مكانيكي و مكانيزم شكست درزه‌‌ها را ارائه‌ مي‌كند.

225416

مهندسي ژئوتكنيك

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان