ارایه شاخصی جدید برای ارزیابی تردی سنگ

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی معدن، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران

2 استادیار گروه مهندسی مکانیک سنگ، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

در چند دهه اخیر مطالعه تردی سنگ در پروژه‌های مکانیک سنگ به‌صورت جدی مورد توجه محققین قرار گرفته است. با این وجود متاسفانه تاکنون تعریف کامل و جامعی برای این پارامتر ارائه نشده است. از طرفی به‌دلیل در دسترس نبودن تجهیزات و همچنین پیچیدگی و زمان‌بر بودن فرایند‌های آماده‌سازی و انجام آزمون در روش‌های پیشنهاد شده برای اندازه‌گیری مستقیم تردی سنگ، بیشتر تحقیقات انجام شده بر اساس شاخص‌های اندازه‌گیری غیرمستقیم تردی صورت پذیرفته‌اند. شاخص‌های ارائه شده برای ارزیابی تردی را می‌توان براساس پارامترهای به‌کار رفته در توسعه این شاخص‌ها به گروه‌های مختلفی دسته‌بندی کرد. شاخص‌های تردی براساس پارامترهای مقاومتی، یکی از مهم‌ترین این گروه‌ها می‌باشند که به‌طور گسترده در موارد مختلف مورد استفاده قرار گرفته‌اند. هدف اصی این تحقیق ارائه یک شاخص جدید براساس پارامترهای مقاومت فشاری تک محوری و مقاومت کششی جهت ارزیابی تردی سنگ است. برای این منظور در ابتدا با مرور شاخص‌های مقاومتی موجود برای ارزیابی تردی سنگ، یک رابطه کلی برای شاخص جدید پیشنهاد شد. سپس با استفاده از روش‌های تحلیل آماری و تحلیل احتمالاتی بر روی نتایج بدست آمده برای تردی سنگ در آزمون نفوذ پانچ، ضرایب رابطه پیشنهاد شده محاسبه شدند. با توجه به نتایج بدست آمده، مقادیر 807/0 و 458/0- به‌ترتیب برای ضرایب مقاومت فشاری تک محوری و مقاومت کششی پیشنهاد شدند. با استفاده از رابطه پیشنهادی می‌توان تردی سنگ را با مقدار R2 برابر 878/0 پیش‌بینی کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A New Index For Evaluation Of Rock Brittleness

نویسندگان [English]

  • S. Ghadernejad 1
  • S. Lalegani Dezaki 1
  • H.R. Nejati 2
  • B. Alipanahi 1
1 M.Sc, Dept. of Mining Engineering, University of Tehran, Tehran
2 Assistant Professor, Dept. of Rock Mechanics Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran
چکیده [English]

In the recent decades, the study of rock brittleness in infrastructure projects was addressed by different researchers. Unfortunately,  a universally accepted definition of rock brittleness has not been presented yet. Furthermore, due to the lack of access to the equipment required and complexity and time consuming of the preparation and testing procedures of direct measuring of rock brittleness, indirect indices were mainly carried out. One of the most important Brittleness Indices, which has been widely used in various rock mechanic projects, is strength based brittleness index. The main objective of this study is to provide a new index on the basis of uniaxial compressive strength (UCS) and Brazilian tensile strength (BTS) for evaluating the rock brittleness. For this purpose, by reviewing the existing strength-based indices, a general equation was firstly suggested for the new index. Then, an integrated approach based on the statistical analysis and probabilistic simulation was applied in order to calculate the coefficients of suggested index. According to the obtained results, the values of 0.807 and 0.485 were proposed for UCS and BTS coefficients, respectively. Using the suggested index, it is possible to predict the rock brittleness with the value of R2 equal to 0.88.

کلیدواژه‌ها [English]

  • rock brittleness
  • punch penetration test
  • Uniaxial compressive strength (UCS)
  • Tensile strength (BTS)

[1]     Yagiz, S. (2009). “Assessment of Brittleness Using Rock Strength and Density with Punch Penetration Test”. Journal of Tunneling and Underground Space Technology, 24: 66-74.

[2]     Meng, F., Zhou, H., Zhang, Ch., Xu, R., and Lu, J. (2015). “Evaluation Methodology of Brittleness of Rock Based on Post-Peak Stress-Strain Curves”. Journal of Rock Mechanic and Rock Engineering, 48: 1787-1805.

[3]     Bieniawski, Z. T. (1967). “Mechanism of Brittle Fracture of Rocks”. International Journal of Rock mechanic & Mining Science, 4: 395-406.

[4]     Het6nyi, M. (1966). “Handbook of Experimental Stress Analysis”. A John Wiley & Sons Publication, New York, pp. 15.  

[5]     Morley, A. (1944). “Strength of Materials”. Longman Publication, Green, London, pp. 35.

[6]     Obert, L., and Duvall, W. I. (1967). “Rock Mechanics and the Design of Structures in Rock”. A John Wiley & Sons Publication, New York, pp. 278.

[7]     Ramsay, J. G. (1967). “Folding and Fracturing of Rocks”. McGraw-Hill Publication, London, pp. 278.

[8]     Hucka, V., and Das, B. (1974). “Brittleness Determination of Rocks by Different Methods”. International Journal of Rock mechanic and Mining Science, 11: 389-392.

[9]     Howell, J. V. (1960). “Glossary of Geology and Related Sciences”. American Geological Institute, Washington D.C., pp. 325.

[10]  Hajiabdolmajid, V., and Kaiser, P. (2003). “Brittleness of Rock and Stability Assessment in Hard Rock Tunneling”. Journal of Tunneling and Underground Space Technology, 18: 35-48.

[11]  GӦktan, R. M. (1991). “Brittleness and Micro-Scale Cutting Efficiency”. Journal of Mining Science and Technology, 13: 237-241.

[12]  Altindag, R. (2002). “The Evaluation of Rock Brittleness Concept on Rotary Blast Hole Drills”. Journal of South African Institute of Mining and Metallurgy, 102: 61-66.

[13]  Kahraman, S. (2002). “Correlation of TBM and Drilling Machine Performances with Rock Brittleness”. Journal of Engineering Geology, 65:  269-283.

[14]  Altindag, R. (2003). “Correlation of Specific Energy with Rock Brittleness Concepts on Rock Cutting”. Journal of South African Institute of Mining and Metallurgy, 103: 163-172.

[15]  Kahraman, S., and Altindag, R. (2004). “A Brittleness Index to Estimate Fracture Toughness”. International Journal of Rock mechanic & Mining Science, 41: 343-348.

[16]  Goktan, R. M., and Yilmaz, N. G. (2005). “A New Methodology for the Analysis of the Relationship Between Rock Brittleness Index and Drag Pick Cutting Efficiency”. Journal of South African Institute of Mining and Metallurgy, 105: 727-734.

[17]  Atici, U., and Ersoy, A. (2009). “Correlation of Specific Energy of Cutting Saws and Drilling Bits with Rock Brittleness and Destruction Energy”. Journal of Material Processing Technology, 209: 2602-2612.

[18]  Altindag, R. (2010). “Assessment of Some Brittleness Indexes in Rock-Drilling Efficiency”. Journal of Rock Mechanic and Rock Engineering, 43: 361-370.

[19]  Mikaeil, R., Ozcelik, Y., Ataei, M., and Yousefi, R. (2011). “Correlation of Specific Ampere Draw with Rock Brittleness Indexes in Rock Sawing Process”. Archives of Mining Science, 56: 777-788.

[20]  Mikaeil, R., Ghadernejad, S., Ataei, M., Esmailvandi, M., and Daneshvar, A. (2017). “Investigation the Relationship between Various Brittleness Indexes with Specific Ampere Draw in Rock Sawing Process”. International Journal of Mining and Geo-Engineering, 51: 125-132.

[21]  Ghadernejad, S., Mikaeil, R., Hoseinie, S. H., Ataei M., and Sadegheslam, G. (2013). “Investigation the Relationship Between Drilling Rate with Rock Brittleness Index (in Persian)”. 8th Conference Iranian Society Engineering Geology Environmental, 2391-2398.

[22]  Mikaeil, R., Ataei, M., Ghadernejad, S., and Sadegheslam, G. (2014). “Predicting the Relationship Between System Vibration with Rock Brittleness Indexes in Rock Sawing Process”. Archives of Mining Science, 59: 139-153.

[23]  Nejati, H. R., and Moosavi, S. A. (2017). “A New Brittleness Index for Estimation of Rock Fracture Toughness”. Journal of Mining and Environment, 8:  83-91.

[24]  Ko, T. Y., Kim, T. K., Son, Y., and Jeon, S. (2016). “Effect of Geomechanical Properties on Cerchar Abrasivity Index (CAI) and its Application to TBM Tunnelling”. Journal of Tunneling and Underground Space Technology, 57: 99-111.

[25]  Hosseini, M., and Hezareh, A. (2018). “The Estimation of the Mode I Fracture Toughness of Rocks Using Brittleness Index”. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 50: 391-400.

[26]  Rubinstein, R. Y., and Kroese, D. P. (2007). “Simulation and the Monte Carlo Method”. A John Wiley & Sons Publication, New York, pp. 372.

[27]  Kmenta, Jan. (1986). “Elements of Econometrics- Second edition”. New York: Macmillan, pp. 253.