توسعه یک دستگاه خودتنظیم برای انجام دقیق آزمایش برش مستقیم درزه‌های سنگی تحت شرایط مرزی مختلف

نوع مقاله : یادداشت فنی

نویسندگان

1 گروه مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی همدان

2 بخش مهندسی معدن، دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

اندازه‌گیری صحیح و دقیق مقاومت برشی درزه‌های سنگی در پروژه‌های مختلف مرتبط با مهندسی سنگ، نظیر سدها، انواع تونل‌ها، معادن روباز و زیرزمینی و چاه‌های نفت و گاز نقشی اساسی دارد. رفتار برشی درزه‌های سنگی در آزمایشگاه با استفاده از تجهیزات برش مستقیم بررسی می‌شود. دستگاه‌های برش مستقیم درزه‌های سنگی که به طور دستی کنترل می‌شوند، از دقت بالایی برخوردار نیستند. در این گزارش، یک دستگاه خودکار و خودتنظیم برش مستقیم برای درزه‌های سنگی معرفی شده است که امکان انجام آزمون برش درزه‌های سنگی تحت شرایط مرزی مختلف (اعم از شرایط بار عمودی ثابت و سختی عمودی ثابت) با دقت بالا را فراهم می‌سازد. دستگاه ساخته شده قادر است آزمون برش درزه‌های سنگی را هم به صورت یکنواخت و هم رفت‌‌و‌برگشتی با سرعت‌های مختلف انجام دهد. دستگاه همچنین امکان اصلاح مساحت درگیر شکستگی ضمن برش و متعاقباً اصلاح بار عمودی را دارد. علاوه بر امکان خاتمه دستی آزمایش، می‌توان شرط‌هایی بر اساس زمان آزمایش، جابجایی برشی، افت مقاومت برشی، و یا ترکیب آنها برای خاتمه خودکار آزمایش در نظر گرفت. داده‌های برداشت شده توسط حسگرهای جابجایی و نیرو دائماً به یک کامپیوتر معمولی متصل به دستگاه ارسال و ثبت می‌شوند و می‌توان نمودارهای مختلف مربوط به آزمایش را به صورت لحظه‌ای پایش کرد. همچنین، برای حذف لقی نمونه‌ها در داخل جعبه برش، تمهیداتی در نظر گرفته شده است. در خاتمه، نتایج چندین آزمایش برش مستقیم انجام شده توسط دستگاه بر روی درزه‌هایی با خصوصیات مورفولوژی معلوم و در راستاهای مختلف ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Development of an Automated Servo-Controlled Apparatus for Accurate Direct Shear Testing of Rock Joints under Different Boundary Conditions

نویسندگان [English]

  • Nima Babanouri 1
  • Saeed Karimi nasab 2
1 Dept. of Mining, Hamedan University of Technology, Iran
2 Dept. of Mining, Shahid Bahonar University of Kerman, Iran
چکیده [English]

Summary
In this paper, an automated and servo-controlled apparatus is introduced which is capable of accurately conducting shear tests under different boundary conditions including constant normal load and constant normal stiffness.
 
Introduction
Precise and accurate measurement of shear strength of rock joints is of great importance in various projects related to rock engineering such as tunnels, dams, surface and underground mining, and oil shafts. In the laboratory, mechanical behavior of rock joints is studied by direct shear testing equipment. Manually controlled devices of direct shear testing are not adequately accurate. In this paper, development of an automated and servo-controlled device for direct shear testing of rock joints has been described.
 
Methodology and Approaches
The developed apparatus performs monotonic and cyclic shear tests with different rates. It also allows the correction of the involved area with shear displacement and adjusting the normal load accordingly. In addition to the possibility of terminating the experiment manually, conditions can be set in terms of the test duration, shear displacement, shear stress drop, or their combination to stop the experiment automatically. The data acquired by the displacement and load sensors are constantly transmitted to a personal computer connected to the device, and online graphs can be monitored during the experiment. Furthermore, some measures have been considered to remove sample clearance inside the shear box.
 
Results and Conclusions
Finally, the results of a number of direct shear tests carried out by the apparatus on the joints of known surface morphological characteristics are presented.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mechanical behavior of rock joints
  • Direct Shear Test
  • Servo-controlled equipment
  • Constant normal load
  • Constant normal stiffness
[1]           ASTM (2006) Standard Test Method for Performing Laboratory Direct Shear Strength Tests of Rock Specimens Under Constant Normal Force. In: Annual book of ASTM standards. pp 384–392
[2]           ISRM (2007) The complete ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring: 1974-2006. International Society for Rock Mechanics, Commission on Testing Methods
[3]           Hoek E (1970) Estimating the stability of excavated slopes in opencast mines. Transactions of the htstitution of Mhling and Metallurgy A109–A132.
[4]           Hoek E (1971) Influence of rock structure on the stability of rock slopes. In: Stability in Open Pit Mining, Proc. 1st International Conference on Stability in Open Pit Mining (Vancouver, November 23-25, 1970). pp 49–63
[5]           Ross-Brown DM, Walton G (1975) A portable shear box for testing rock joints. Rock mechanics 7:129–153.
[6]           Bandis SC, Lumsden AC, Barton NR (1983) Fundamentals of rock joint deformation. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts 20:249–268. doi: http://dx.doi.org/10.1016/0148-9062(83)90595-8
[7]           Haberfield CM, Seidel JP (1998) Some recent advances in the modelling of soft joints in direct shear. In: Proc. Int. Conf. Geomechanics/Ground Control in Mining & Underground Construction. pp 71–84
[8]           Haque A, Indraratna B (2000) Shear behaviour of rock joints. CRC Press
[9]           Johnston IW, Lam TSK, Williams AF (1987) Constant normal stiffness direct shear testing for socketed pile design in weak rock. Geotechnique 37:83–89.
[10]         Indraratna B, Haque A, Aziz N (1998) Laboratory modelling of shear behaviour of soft joints under constant normal stiffness conditions. Geotechnical & Geological Engineering 16:17–44.
[11]         Jiang Y, Xiao J, Tanabashi Y, Mizokami T (2004) Development of an automated servo-controlled direct shear apparatus applying a constant normal stiffness condition. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 41:275–286.
[12]         Babanouri N, Karimi Nasab S, Baghbanan A, Mohamadi HR (2011) Over-consolidation effect on shear behavior of rock joints. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 48:1283–1291. doi: 10.1016/j.ijrmms.2011.09.010
[13]         Amiri Hossaini K, Babanouri N, Karimi Nasab S (2014) The influence of asperity deformability on the mechanical behavior of rock joints. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 70:154–161. doi: 10.1016/j.ijrmms.2014.04.009
دوره 9، شماره 18
اردیبهشت 1398
صفحه 143-152
  • تاریخ دریافت: 18 اردیبهشت 1395
  • تاریخ بازنگری: 16 مرداد 1395
  • تاریخ پذیرش: 20 آذر 1395
  • تاریخ اولین انتشار: 01 اردیبهشت 1398