Experimental test and numerical simulation of the interaction between flaw and hole in coarse grain granite

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زمین شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

2 گروه مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی همدان

3 گروه زمین شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بوعلی سینا

10.22034/anm.2026.23452.1690

چکیده

مقاومت توده سنگ مستقیماً تحت تأثیر وجود حفره ها یا شکاف ها قرار دارد. این مطالعه به بررسی اثرات شکاف ها و حفره‌ها در سنگ‌های گرانیتی باتولیت الوند در همدان می‌پردازد. برای این منظور، 19 مغزه سنگی با نسبت طول به قطر (L/D) بزرگتر از 2 تهیه شد. حفره ها و شکاف ‌هایی با چیدمان‌ها و زوایای مختلف در این نمونه‌ها ایجاد گردید. در برخی موارد، یک حفره با قطر 10 میلی‌متر به نمونه‌های دارای شکاف اضافه شد. حفره ها قطر 10 میلی‌متر داشتند و شکاف های مصنوعی با دهانه 2 میلی‌متر و طول 20 میلی‌متر ایجاد شدند. تعداد شکاف‌ها از یک تا چهار، با زوایای 0 یا 45 درجه متغیر بود. لازم به ذکر است که یکی از محدودیت‌های حین حفاری این بود که حفره های حفر شده از سطح خارجی، گاهی اوقات باعث شکستگی گرانیت می‌شدند. پس از تعیین خواص فیزیکی و کانی‌شناسی نمونه‌ها، آزمایش‌های مقاومت فشاری تک محوری (UCS) انجام شد. کرنش با استفاده از کرنش‌سنج ثبت و از یک دوربین برای مشاهده انتشار شکستگی و تشکیل ترک استفاده گردید. سپس نمونه‌ها با استفاده از نرم‌افزار PFC3D شبیه‌سازی شدند و نتایج آزمایشگاهی نیز ارزیابی گردیدند. نتایج به دست آمده بیانگر همبستگی قوی بین یافته‌های آزمایشگاهی و مدل‌سازی عددی بوده است. وجود یک حفره به تنهایی باعث کاهش مقاومت نمونه شده و به طور خاص، هر 5 میلی‌متر افزایش قطر حفره، مقاومت را تقریباً 15٪ کاهش داد. در نمونه‌هایی با شکاف 0 درجه، مقاومت به دلیل وجود پل سنگی بلندتر، بیشتر از نمونه‌هایی با شکاف زاویه‌دار می باشد. کمترین مقاومت در نمونه‌ای با چهار شکاف 0 درجه و یک حفره مشاهده شد که می‌توان آن را به وجود پل سنگی کوتاه آن، در مقایسه با سایر نمونه‌ها نسبت داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental test and numerical simulation of the interaction between flaw and hole in coarse grain granite

نویسندگان [English]

  • Seyed Davoud Mohammadi 1
  • Aram Ardalanzadeh 1
  • Vahab Sarfarazi 2
  • Hossein Shahbazi 3
1 Department of Geology, Faculty of Science, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
2 Department of Mining Engineering, Hamedan University of Technology, Hamedan, Iran
3 Department of Geology, Faculty of Science, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]

The strength of a rock mass is directly affected by the presence of holes or flaws. This study investigates the effects of flaws and holes in granite rocks from the Alvand batholith in Hamadan. For this purpose, 19 rock cores were prepared with a length-to-diameter ratio (L/D) greater than 2. Holes and flaws with different arrangements and angles were created in these specimens. In some cases, a 10 mm diameter hole was added to the flawed specimens. The holes had a diameter of 10 mm, and artificial flaws with a 2 mm opening and a 20 mm length were created. The number of flaws varied from one to four, with angles of 0 or 45 degrees. It should be noted that one limitation during drilling was that holes drilled from the external surface sometimes caused the granite to fracture. After determining the physical and mineralogical properties of the specimens, uniaxial compressive strength (UCS) tests were performed. Strain was recorded using a strain gauge, and a camera was used to observe fracture propagation and crack formation. The specimens were then simulated using PFC3D software, and the laboratory results were evaluated. The results demonstrated a strong correlation between the laboratory findings and the numerical modeling. The presence of a hole alone caused a decrease in specimen strength; specifically, every 5 mm increase in hole diameter reduced the strength by approximately 15%. In specimens with 0-degree flaws, the strength was higher than in those with angled flaws due to the longer rock bridge. The lowest strength was observed in the specimen with four 0-degree flaws and a hole, which can be attributed to its short rock bridge compared to other specimens.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rock hole
  • Flaw
  • Numerical
  • Rock bridge
  • PFC3D soft wear