توسعه نمودارهای قطبی مدول تغییر شکل پذیری در توده سنگ بلوکی ناهمسانگرد با ماتریس سختی درزه

مدول تغییر شکل پذیری توده سنگ یک پارامتر مهم ورودی در تجزیه و تحلیل رفتار توده‌های سنگی در پروژه‌های ژئوتکنیکی می‌باشد. بررسی‌ها نشان می‌دهدکه مدول تغییر شکل پذیری توده سنگ در گرو ناهمسان‌گردی و پارامترهای سنگ بکر و درزه‌ها است. بر اساس بررسی‌ها،پارامترهای سختی نرمال و برشی درزه‌ها، بیشترین تاثیر را روی تغییر شکل‌پذیری درزه‌ها و در نتیجه تغییر‌شکل‌پذیری توده سنگ دارد که در این میان اثر سختی نرمال بیشتر از اثر سختی برشی می‌باشد. این مطالعه با تلفیق یک شبیه‌سازی عددی برای توده سنگ و روابط ریاضی برای درزه‌ها، رفتار غیرخطی درزه‌ها را به طور مستقیم از طریق پارامترهای سختی درزه‌ها در نظر گرفته و به بررسی اثرات آن‌ها بر روی تغییر شکل‌پذیری توده سنگ پرداخته است. این روش از طریق شبیه‌سازی یک المان حجم نمونه از توده سنگ در فضای المان گسسته با استفاده از یک ماتریس سختی غیرخطی وابسته به تنش برای درزه‌ها و سختی خطی برای سنگ بکر قادر به ارائه اثرات ناهمسان‌گردی و درجه ناهمسانگردی تغییر شکل‌پذیری و همچنین مکانیزم های شکست و نیز رفتارهای بعد از گسیختگی در توده سنگ بلوکی در راستاهای مختلف بارگذاری می‌باشد.گراف‌های قطبی ارایه شده در این روش مدول تغییر شکل‌پذیری توده سنگ بلوکی ناهمسان را متناظر با ضریب زبری درزه (jrc) و مقاومت فشاری تک‌محوری سنگ بکر (ucs) در جهات مختلف بارگذاری بدون استفاده از روش‌های آزمایشگاهی و برجا و روابط تجربی و همچنین حذف اثر مقیاس تعیین می‌کند. نتایج حاصل از این تحقیق به گونه‌ای طبقه‌بندی شده‌ است که در جدول شاخص مقاومت زمین‌شناسی (gsi) در ردیف توده‌های سنگ بلوکی با اختصاص یک مقدار به jrc در هر یک از ستون‌های مربوط به شرایط سطحی درزه‌ها، به راحتی می‌توان مقادیر مدول تغییرشکل‌پذیری و درجه ناهمسانگردی را برای gsi متناظر با ضریب زبری درزه‌ها تعیین کرد.با توجه به این نمودار استنباط می شود که تاثیر کیفیت درزها بر روی مدول تغییر شکل پذیری توده سنگ بلوکی بیشتر از ucs سنگ بکر است.

polar graphs presentation of deformation modulus in anisotropic blocky rock masses using joint stiffness matrix

the anisotropy in the deformational behavior of blocky rock masses has been comprehensivelyinvestigated. uniaxial deformation modulus was selected as the key parameter. it is generally anisotropic anddepends on the loading direction, intact rock and joint properties, and joint setting. the discrete elementmethod numerically simulated representative volumes of blocky rock masses and loaded uniaxially invarious directions. the failure mode and deformation modulus were then studied for loading directions andrelative joint settings. a new nonlinear stress-dependent stiffness matrix for joints was introduced and used,and the surface conditions of the joints in terms of the joint roughness coefficient (jrc) and the intact rockmaterials in terms of the uniaxial compressive strength (ucs) were considered. the results of theassessments are presented in the form of rose diagrams showing variations of the blocky rock massdeformation modulus that depend on joints jrc, intact rock ucs, and the rock mass structure in terms ofrelative joint angle. also, the expected degree of anisotropy for various surface joint conditions and uniaxialcompressive strengths of intact rock were introduced. in the geological strength index (gsi) table, results areclassified such that by assigning a value to jrc for each class of the joint surface conditions, deformationmodulus and degree of anisotropy corresponding to gsi values can be determined. according to this chart, itis deduced that the effect of joint quality and condition on the deformation modulus of blocky rock masses isgreater than that of the intact rock ucs. the results support the idea that a blocky rock mass has a criticalstrain independent of the loading angle and the direction of the third joint set.