تاثیر سیکل های تر - خشک شدن بر خواص فیزیکی، مکانیکی و گسیختگی ماسه سنگ

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی معدن، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

سنگ­ ها در شرایط متعددی در معرض تر و خشک شدن مداوم قرار می ­گیرند. تناوب چنین عملی باعث تشدید هوازدگی و کاهش مقادیر  ویژگی­ های مکانیکی سنگ و در نتیجه وقوع مکرر بلایای زمین­ شناسی می­ شود. تاثیر سیکل­ های تر و خشک­ شدن متناوب روی تخریب سنگ­ ها از تاثیر آن در تر شدن بلند مدت بیشتر است که یک امر بحرانی در پایداری مهندسی توده ­سنگ به حساب می­ آید. در این تحقیق نمونه ­های ماسه­ سنگ سازند لالون منطقه لوشان برای مطالعه استفاده شد و تاثیر تعداد سیکل­ های تر و خشک شدن (0، 1، 4 و 16 سیکل) روی ویژگی­ های فیزیکی مانند تخلخل موثر، وزن مخصوص خشک و اشباع، سرعت امواج طولی و همچنین روی ویژگی ­های مکانیکی همچون مقاومت کششی، مقاومت فشاری تک محوری، ضریب ارتجاعی، مقاومت فشاری سه محوری، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی بررسی شد. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که با افزایش سیکل­های تر و خشک شدن تخلخل موثر افزایش یافته ولی سرعت امواج طولی، وزن مخصوص خشک و اشباع، مقاومت کششی، مقاومت فشاری تک محوری و سه محوری، ضریب ارتجاعی، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی کاهش می­ یابند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect Of Wetting - Drying Cycles On Physical, Mechanical And Failure Properties Of Sandstone

نویسندگان [English]

  • M. Hosseini 1
  • M. Naalbandan 2
1 Associate Professor, Dept. of Mining Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
2 M.Sc Student, Dept. of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In many environments, rocks are usually exposed to continuous wetting and drying cycles. The number of wetting-drying cycles will exacerbate weathering and reduce the mechanical quality of the rock which results in geological disasters. The effects of alternating wetting and drying cycles on rocks degradation have a greater impact than long-time soaking, which is a critical issue in the sustainability of rock mass engineering. In this research, sandstone specimens of Lalun Formation in Lushan area were investigated and the effect of wetting-drying cycles (0, 1, 4, 16) was examined on the physical properties including effective porosity, P-wave velocity, dry and saturated specific weight, mechanical properties including indirect tensile strength, uniaxial compressive strength, elasticity modulus, triaxial compressive strength, cohesion, and internal friction angle. The results indicate that by increasing the wetting-drying cycles, the effective porosity increased while the dry and saturated specific weight, P-wave velocity, tensile strength, uniaxial compressive strength, triaxial compressive strength, elasticity modulus, cohesion, and internal friction angle decreased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sandstone
  • Physical properties
  • Mechanical properties
  • wetting-drying cycle
[1]     Kegang, L., Lin, M., Xiangxing,  L., and Shoujian, P. (2016). “Effect of drying-wetting cycles on triaxial compression mechanical properties of sandstone”. Journal of Engineering Science & Technology Review, 9(3): 66-73.

[2]     Zhang, Z., Jiang, Q.,  Zhou, C., and Liu, X. (2014). “Strength and failure characteristics of Jurassic Red-Bed  sandstone under cyclic wetting – drying conditions”. Geophysical Journal International, 198(2): 1034-1044.

[3]     Zhou, Z., Cai, X., Chen, L., Cao, W., Zhao, Y., and Xiong, C. (2017). “Influence of cyclic wetting and drying on physical and dynamic compressive properties of sandstone”. Engineering Geology, 220: 1-12.

[4]     Sarman, R., Shakoor, A., and Palmer, D. F. ) 1994.(  “A multiple regression approach to predict swelling in mud rocks”. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, Springer, 31(1): 107–112.

[5]     Hale, P. A., and Shakoor, A. .(2003) “A laboratory investigation of the effects of cyclic heating and cooling, wetting and drying, and freezing and thawing on the compressive strength of selected sandstones”. Environmental and Engineering Geoscience, 9(2): 117–130.

[6]     Yao, H., Zhu, Y., and Wu, P. (2013). “Research on Uniaxial Compression and Tension Tests of Sandstone Subjected to Drying wetting Cycle”. Disaster Advances, 6(3): 388-392.

[7]     Zhang, Z. H., Xue, J. J., and Yao, H. Y. (2012). “Experimental study on the strength difference of two types of sandstones with different composition of minerals under the conditions of dry and wet cycles”. In Advanced Materials Research, Trans Tech Publications, 374: 2217-2220.

[8]   Zeng, S., Li, Z., Wei Hui, G., and Wang, J. (2013). “Stability analysis of red sandstone bedding slope under rainfall infiltration and dry-wet cycling”. Rock and Soil Mechanics, 34(6): 1536-1540.

[9]     مطیعی، و. ه.؛ 1370؛ "چینهشناسی زاگرس". سازمان زمین‌شناسی و اکتشاف معدنی کشور، ص 536.

[10]           Hua, W., Dong, S., Peng, F., Li, K., and Wang, Q. (2017). “Experimental investigation on the effect of wetting-drying cycles on mixed mode fracture toughness of sandstone”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 93: 242-249.

[11]فهیمی فر، ا.، سروش، ح.؛ 1380؛ "آزمایشهای مکانیک سنگ". جلد اول، انتشارات شرکت سهامی آزمایشگاه فنی و مکانیک خاک، ویرایش اول، ص 740.

[12]  ISRM, (1979). “Suggested method for determining water content, porosity,density, absorption and related properties and swelling and slake durability index properties”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 16: 141–156.

[13]  ISRM, (1978). “Suggested methods for determining sound velocity”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences Geomech Abstr, 15: 53–58.

[14]  ISRM, (1978). “Suggested methods for determining tensile strength of rock materials”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences Geomech Abstr, 15: 99–103.

[15]  ISRM, (1979). “Suggested methods for determining the uniaxial compressive strength and deformability of rock materials”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 16: 138–140.

[16]           ISRM, (1978). “Suggested methods for determining the strength of rock materials in triaxial compression”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences Geomech Abstr, 15: 47–51.

[17]حسینی، م.، ملکی، س.؛ 1395؛"بررسی معیار شکستهای هوک و همکاران، بینیاوسکی و جانستون در خصوص تخمین مناسب مقاومت ماسه سنگ". سومین کنفرانس سراسری توسعه محوری مهندسی عمران، برق، مکانیک و معماری ایران، ص 9-1.

[18]  Lin, M. L., Jeng, F. S., Tsai, L. S., and Huang, T. H. (2005). “Wetting weakening of tertiary sandstones—microscopic mechanism”. Environmental Geology, 48(2): 265-275.

[19]  Hua, W., Dong, S. M, Li, Y. F., Xu, J. G., Wang, Q. Y. “The influence of cyclic wetting and drying on the fracture toughness of sandstone”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 78: 331–335.

[20]  Shen, J., and Karakus, M. (2014). “Simplified Method for Estimating the Hoek-Brown Constant for Intact Rocks”. Journal of Geotechnical and Geo environmental Engineering, 140(6): 04014025.