روش های اندازه‌گیری تغییرشکل پذیری روی توده‌سنگ‌ها
فهرست مطالب
مقدمه...................................................................................................................................................................... 1
اهمیت تعیین مدول تغییر شکل‌پذیری توده‌سنگ...................................................................................................... 1
ویژگی‌های تغییرشکل توده‌سنگ............................................................................................................................. 2
تعاریف................................................................................................................................................................... 3
عوامل موثر بر مدول تغییرشکل‌پذیری توده‌سنگ..................................................................................................... 6
آزمایش‌های بزرگ مقیاس برجا.............................................................................................................................. 12
............. آزمایش‌های فشاری.................................................................................................................................. 12
آزمایش‌های برشی.................................................................................................................................... 13
آزمایش‌های تعیین قابلیت شکل................................................................................................................ 14
آزمایش ورق باربرد...................................................................................................................... 14
آزمایش مدول‌های سنگ بزرگ مقیاس........................................................................... 16
آزمایش تونل فشار.................................................................................................................................... 21
آزمایش محفظه‌ی فشار هیدرولیکی اصلاح شده.......................................................................... 22
آزمایش جک‌بندی شعاعی........................................................................................................... 28
آزمایش‌های داخل گمانه.......................................................................................................................... 30
اتساع‌سنج گمانه (دیلاتومتر)......................................................................................................... 30
جک‌های گمانه............................................................................................................................ 32
آزمایش جک‌صفحه‌ای............................................................................................................................ 33
آزمایش‌های ارتعاشی(لرزه‌ای)................................................................................................................. 35
برسی عوامل تاثیرگذار بر نتایج آزمایش‌های بارگذاری صفحه‌ای و دیلاتومتر......................................................... 40
آزمایش‌بارگذاری صفحه‌ای PLT........................................................................................................... 41
میدان تنش برجا ....................................................................................................................................... 42
درزه‌ها و موقعیت آن‌ها نسبت به دیوار و صفحه‌ی بارگذاری.................................................................... 46
آتشباری و رهایی تنش ناشی از حفر گالری............................................................................................. 50
آزمایش دیلاتومتر..................................................................................................................................... 52
مقایسه نتایج حاصل از هر دو آزمایش....................................................................................................... 55
استفاده از روش‌های طبقه‌بندی مهندسی سنگ........................................................................................................ 59
بررسی رابطه‌ی مدول تغییرشکل‌پذیری براساس روش RMR................................................................... 59
بررسی رابطه‌ی مدول تغییرشکل‌پذیری براساس روش Q........................................................................... 60
تحقیقات ورمن، سینگ و همکارانش........................................................................................................ 62
رابطه‌ی موجود بین RQD و مدول تغییرشکل‌پذیری................................................................................ 64
منابع و مأخذ............................................................................................................................................................ 69
مقدمه
مدول تغییر شکل‌پذیری توده‌سنگ تركیبی از تغییرشكل پلاستیك و الاستیك توده‌سنگ می‌باشد كه بصورت نسبت تنش به كرنش متناظر بارگذاری یا باربرد اری تعریف می‌شود. مدول تغییرشكل‌پذیری توده‌سنگ، یكی از مهمترین پارامترهای طراحی و ساخت سدها، تونل‌ها، نیروگاه‌های زیرز مینی و غیره می‌باشد. بطوری‌كه می‌توان آن را زیربنا و اساس اغلب آنالیزهای ژئومكانیكی دانست. تعیین این پارامتر با آزمایشات بر جا از جمله آزمایش بارگذاری صفحه ای و دیلاتومتری هزینه‌بر و وقت‌گیر است و انجام این آزمایشات مشكلات عملی و اجرایی زیادی را در پی دارد. به‌همین‌دلیل، تعیین مدول تغییرشكل‌پذیری توده‌سنگ بر پایه روابط تجربی عمدتاً در رابطه با سیستم‌های طبقه‌بندی توده‌سنگ، مورد توجه مهندسین مكانیك سنگ، زمین‌شناسان مهندسی و محققین ژئومكانیك بطور عموم قرارگرفته است .
اهمیت تعیین مدول تغییرشكل‌پذیری توده‌سنگ
مدول تغییرشکل‌پذیری توده‌سنگ به‌عنوان یكی از مهمترین پارامترهای ژئومكانیكی توده‌سنگ است كه در طراحی‌ها استفاده می‌شود، به‌طوریكه این مدول بهترین پارامتر نمایانگر رفتار مكانیكی توده‌سنگ و سنگ بكر، قبل از شكست می‌باشد . بنابراین مدول تغییرشکل‌پذیری زیربنای اغلب آنالیزهای ژئومكانیكی است و در پروژه‌هایی همچون نیروگاه‌های زیرزمینی، سدها، تونل‌ها، برج‌های مسكونی و بویژه سازه‌هایی كه نسبت به تغییرشكل های حتی كم نیز حساس هستند اهمیت زیادی پیدا می كند. امروزه، در نتیجه افزایش نیاز به طراحی و ساخت تونل‌های بزرگ، ایجاد مغارهای عظیم زیرزمینی و عملیات معادن روباز عمیق، تعیین خصوصیات توده‌سنگ یكی از مهمترین مرا حل در طراحی و ساخت، برای مهندسی سنگ می‌باشد. هنگامی كه سنگ‌ها و توده‌سنگ‌ها برای اهداف ژئومكانیكی طبقه‌بندی می شوند لازم است كه طبقه‌بندی توده‌سنگ‌ها براساس مقاومت یا مدول استاتیكی تغییرشكل صورت گیرد تا یك نشانه‌ی پایداری یا عكس‌العمل تغییرشكلی آن‌ها باشد. علاوه‌بر آن، مقاومت و مدول تغییرشکل‌پذیری پارامترهای ورودی لازم توده‌سنگ در استفاده از روش‌های عددی می‌باشد. در بسیاری از روش های طراحی از جمله روش های ریاضی و عددی در كاربردهای مكانیك سنگ نیاز به خصوصیات ارتجاعی و غیرارتجاعی توده‌سنگ است.
ویژگی‌های تغییر شکل توده‌ی سنگ
برای تعیین ویژگی های تغییر شکل توده‌ی سنگی که حاوی تعداد زیادی ناپیوستگی است دو مدل مورد استفاده قرار می گیرد. در مدل اول خصوصیات تغییر شکل ناپیوستگی و سنگ سالم را می‌توان با هم ترکیب و بدین ترتیب یک رابطه‌ی ساختاری را برای یک مجموعه‌ی پیوسته که معادل توده‌ی پر از ناپیوستگی است تولید کرد. در مدل دوم، مشخصات تغییرشکل سنگ سالم و مشخصات تغییر شکل هر ناپیوستگی در مدل‌های ریاضی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای اطلاع از جزئیات بیش‌تر در این مورد می‌توان به کتاب پریست مراجعه کرد.
به‌طور کلی تعیین مدول تغییرشکل‌پذیری توده‌ی سنگ‌ها به دو روش آزمایش‌های برجا و استفاده‌ی از روش‌های طبقه‌بندی مهندسی سنگ انجام می‌گیرد که در ذیل به آن ها پرداخته می‌شود.
تعاریف
در زیر كلیاتی در مورد تعاریف انواع مدول بیان می شود:
-1مدول تغییرشکل‌پذیری
مدول تغییرشکل‌پذیری بصورت نسبت تنش به كرنش ناشی از آن كه هم رفتار الاستیك و هم رفتار پلاستیك توده‌سنگ ر ا شامل می‌شودتعریف می گردد.
-2مدول ارتجاعی آزمایشگاهی یا مدول یانگ
مدول ارتجاعی آزمایشگاهی كه بصورت نسبت تنش به كرنش برای سنگ بكر بدون درزه و ترك (نمونه‌های آزمایشگاهی) بیان می شود.
-3مدول ارتجاعی توده‌سنگ
مدول ارتجاعی توده‌سنگ نسبت تنش به كرنش ناشی از آن که فقط شامل رفتار الاستیك توده‌سنگ می‌باشد تعریف می‌شود ،به طوری‌که در شکل،زیر Weتغییرشكل الاستیك توده‌سنگ و Wd تغییرشكل كلی توده‌سنگ می‌باشد