Correlation Between Cerchar Abrasivity Index with Rock Properties in Sandstone and Tuff Samples

نوع مقاله : علمی-پژوهشی انگلیسی

نویسندگان

1 Professor, Dept. of Mining Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran

2 Ph.D. Student, Dept. of Rock Mechanics Engineering, Tarbiat Modarres University, Tehran, Iran

چکیده

The abrasivity of materials is of vital importance in selecting an affordable excavation method in the early stages of a tunneling project. The amount of specific energy and the Mode I and Mode II stress intensity factors in the eroded disc is more than the non-eroded disc. Vickers hardness number rock (VHNR), rock abrasivity index (RAI), Cerchar abrasivity index (CAI), LCPC abrasivity coefficient, and Norwegian University of Science and Technology (NTNU) abrasion test are among the methods for estimating rock abrasivity. Correlations were proposed in this study for estimating the CAI of sandstone and tuff. To achieve reliable comprehensive results, various kinds of sandstone and tuff with different geological properties were selected. Sandstone and tuff samples were collected from different regions. Various tests were then carried out on prepared rock specimens to determine the uniaxial compressive strength (UCS), tensile strength, longitudinal waves velocity, Schmidt hammer rebound hardness, and the equivalent quartz content (EQC). Two correlations were presented by analyzing the experimental results with the help of SPSS and Excel. The first correlation estimated the CAI of sandstone based on the UCS and EQC with a coefficient of determination (R2) of 0.81. Moreover, using data analysis in Excel, another correlation was proposed to estimate the CAI of tuff. The second correlation estimated the Schmidt hammer rebound hardness of tuff with an R2 of 0.88.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

همبستگی بین اندیس سایندگی سرشار با خواص سنگ در نمونه‌های ماسه‌سنگ و توف

نویسندگان [English]

  • مهدی حسینی 1
  • دانیال فخری 2
  • ناصر بهنام 2
1 استاد، گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین
2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی معدن، دانشگاه تربیت مدرس، تهران
چکیده [English]

در مراحل مقدماتی یک پروژه تونلسازی دانستن میزان سایندگی مصالح برای انتخاب یک روش حفاری مقرون به صرفه بسیار تاثیرگذار است. در این پژوهش روابطی برای تخمین سایندگی سرشار ماسه‌سنگ و توف ارایه شد. برای این منظور انواع ماسه‌سنگ و توف با ویژگی‌های زمین‌شناسی گوناگون انتخاب شده است تا نتایج جامع و قابل استناد به دست آید. پس از جمع‌آوری نمونه‌های ماسه‌سنگ و توف از نقاط مختلف و آماده‌سازی آن‌ها، آزمایش‌های گوناگونی برای تعیین مقاومت فشاری تک محوری، مقاومت کششی، سرعت امواج طولی، سختی واجهشی چکش اشمیت و محتوای کوارتز معادل انجام شد، سپس با توجه به نتایج حاصل از آزمایش‌ها با استفاده از نرم‌افزار آماری SPSS و Excel دو رابطه‌ ارایه شد. اولین رابطه بر اساس مقاومت فشاری تک محوری و میزان کوارتز معادل با ضریب تعیین 81/0 شاخص سایندگی سرشار ماسه‌سنگ را تخمین می‌زند. برای تخمین شاخص سایندگی سرشار توف رابطه‌ای بر اساس تحلیل داده‌ها به کمک نرم‌افزار اکسل ارایه شد. این رابطه بر اساس سختی واجهشی چکش اشمیت با ضریب تعیین 88/0 شاخص سایندگی توف را تخمین می‌زند.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ماسه‌سنگ
  • توف
  • شاخص سایندگی سرشار
  • خواص سنگ
  • سایندگی

مراجع

  1. Marji, M. F. (2015). “Simulation of crack coalescence mechanism underneath single and double disc cutters by higher order displacement discontinuity method”. Journal of Central South University, 22(3): 1045-1054.
  2. Haeri, H., and Marji, M. F. (2016). “Simulating the crack propagation and cracks coalescence underneath TBM disc cutters”. Arabian Journal of Geosciences, 9(2): 124.
  3. Haeri, H., Shahriar, K., Marji, M. F., and Moarefvand, P. (2013). “Simulating the bluntness of TBM disc cutters in rocks using displacement discontinuity method”. In Proceedings of 13th International Conference on Fracture, China.
  4. Nilsen, B., Dahl, F., Holzhäuser, J., and Raleigh, P. (2007, June). “New test methodology for estimating the abrasiveness of soils for TBM tunneling”. In Proceedings of the Rapid Excavation and Tunneling Conference (RETC), 104-106.
  5. Thuro, K., and Käsling, H. (2009). “Classification of the abrasiveness of soil and rock”. Geomechanics and Tunneling, 2(2): 179-188. DOI:10.1002/geot.200900012.
  6. Alber, M., Yaralı, O., Dahl, F., Bruland, A., Käsling, H., Michalakopoulos, T. N., and Özarslan, A. (2013). “ISRM suggested method for determining the abrasivity of rock by the CERCHAR abrasivity test”. In The ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 2007-2014, Springer International Publishing, 101-106. DOI: 10.1007/978-3-319-07713-0_7.
  7. Plinninger, R. J., and Restner, U. (2008). “Abrasiveness testing, quo vadis?–a commented overview of abrasiveness testing methods”. Geomechanik und Tunnelbau: Geomechanik und Tunnelbau, 1(1): 61-70. DOI: 10.1002/geot.200800007.
  8. Deliormanlı, A. H. (2012). “Cerchar abrasivity index (CAI) and its relation to strength and abrasion test methods for marble stones”. Construction and Building Materials, 30: 16-21. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2011.11.023.
  9. Tripathy, A., Singh, T. N., and Kundu, J. (2015). “Prediction of abrasiveness index of some Indian rocks using soft computing methods”. Measurement, 68: 302-309. DOI: 10.1016/j.measurement.2015.03.009.
  10. Moradizadeh, M., Cheshomi, A., Ghafoori, M. and TrighAzali, S. (2016) “Correlation of equivalent quartz content, Slake durability index and Is50 with Cerchar abrasiveness index for different types of rock”. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 86: 42-47.
  11. Ko, T. Y., Kim, T. K., Son, Y., and Jeon, S. (2016). “Effect of geomechanical properties on Cerchar Abrasivity Index (CAI)”. Tunnelling and Space Technology, 57: 99-111. DOI: 10.1016/j.tust.2016.02.006.
  12. Er, S., and Tuğrul, A. (2016). “Correlation of physico-mechanical properties of granitic rocks with Cerchar Abrasivity Index in Turkey”. Measurement, 91: 114-123.
  13. Capik, M., and Yilmaz, O. (2017). “Correlation between Cerchar abrasivity index, rock properties, and drill bit lifetime”. Arabian Journal of Geosciences, 10: 15. DOI: 10.1007/s12517-016-2798-7.
  14. Ozdogan, M. V., Deliormanli, A. H., and Yenice, H. (2018). “The correlations between the Cerchar abrasivity index and the geomechanical properties of building stones”. Arabian Journal of Geosciences, 11(20): 604.
  15. Kadkhodaei, M. H., and Ghasemi, E. (2019). “Development of a GEP model to assess CERCHAR abrasivity index of rocks based on geomechanical properties”. Journal of Mining and Environment, 10(4): 917-928. DOI: 10.22044/JME.2019.8141.1684.
  16. Thuro, K. (1997). “Drillability predictiongeological influence in hard rock drill and blasttunneling”. Geologische Rundschau, 86(2): 426-438. DOI: 10.1007/s005310050.
  17. Ulusay, R., and Hudson, J. A. (2007). “The complete ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring”. ISRM Turkish National Group, Ankara, Turkey.
  18. Esmaelian, M., and Rabie, M. (2015). “SPSS Comprehensive Manual”. Dibaragan Artistic and Cultural Institute Publications.
  19. Gharahbagh, A. E., Rostami, J., Ghasemi, A. R., and Tonon, F. (2011). “Review of rock abrasion testing”. In: 45th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, American Rock Mechanics Association.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 30 آذر 1399
  • تاریخ بازنگری: 15 فروردین 1400
  • تاریخ پذیرش: 15 فروردین 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار