بررسی تاثیر جهت‌یابی حفره روی پاسخ ماسه سنگ‌های حفره دار در برابر بارهای استاتیکی تراکمی و دینامیکی کششی

تونل های کم‌عمق نقش حیاتی در برنامه ریزی شهری و خطوط حمل و نقل ریلی و جاده‌ای دارند. وجود این حفرات زیرسطحی می تواند باعث تمرکز تنش شده و ناپایداری این فضاها را در برابر بارهای استاتیکی به‌ویژه دینامیکی در پی داشته باشد. از این‌رو، هدف از این پژوهش ارزیابی تاثیر وجود حفره بیضوی و جهت یابی آن بر رفتار ماسه سنگ تحت بارهای استاتیکی فشاری و دینامیکی کششی است. به‌منظور ارزیابی تاثیر حفره در برابر شرایط تنش استاتیکی دو گروه از مغزه های ماسه سنگی بدون حفره و حفره دار با جهت یابی 0و 30و 60 و 90 درجه فراهم شده و تحت آزمون بارگذاری فشاری تک‌محوری قرار گرفتند. حین آزمون علاوه بر ثبت تنش، با به‌کار بردن کرنش سنج، سنسور ثبت انتشار امواج صوتی و دوربین، آسیب و تغییر شکل‌پذیری نمونه ها ثبت شد. برای انجام آزمون بارگذاری دینامیکی از دستگاه میلۀ فشار هاپکینسون استفاده شد. به علاوه روند گسترش آسیب با استفاده از دوربین با سرعت زیاد با نرخ یک عکس در 10 میکروثانیه، ثبت شد. نتایج به‌دست آمده نشان داد که وجود حفره باعث کاهش مقاومت سنگ در بیش‌ترین حالت (0= theta;) تا 55 درصد و در کم‌ترین حالت (90= theta;) تا 77 درصد مقاومت فشاری تک‌محوری می شود. آزمون بارگذاری دینامیکی کششی نشان می دهد که حفره بیضوی نزدیک تر به مرز انعکاس موج فشاری به کششی به‌علت قرارگیری در منطقه سوپر پوزیشن سالم مانده در حالی که حفره موجود در خارج از این منطقه با هر جهت یابی دچار گسیختگی ورقه ای شده است. بررسی سطح شکست با استفاده از تجزیۀ میکرسکوپ الکترونی و بررسی مقطع نازک نشان داد که شکستگی غالب از نوع مرز بلوری بوده است و سیمان اکسید آهن نقش کلیدی در توسعه این نوع شکستگی دارد.

Evaluation of Hole Inclination Effect on the Response of Holed Sandstone Rocks against Compressive Static and Tensile Dynamic Loads

IntroductionShallow tunnels have a vital role in urban planning, railway and highway transportation lines. The presence of underground cavities can leads to stress concentration and consequently, instability of the spaces against static and especially dynamic loads. Therefore, the aim of this study was to evaluate the effect of elliptical cavity and its inclination on sandstone rock behavior under compressive static and tensile dynamic loads. In order to evaluate the effect of the cavity under static stress conditions, two groups of intact and holebearing sandstone cores with 0, 30, 60, and 90 degrees of hole inclination were prepared and tested under uniaxial compressive loading test. During the test, in addition to the stress recording, damage and deformability of the samples were recorded by using the strain gauge, acoustic emission sensor and camera. Split Hopkinson pressure bar (SHPB) test apparatus was used for doing dynamic loading test. Furthermore, the damage process was recorded using a highspeed camera with 10 microseconds interval of frame capability. The obtained results showed that presence of the cavity reduced the rock strength in maximum state ( theta;=0) up to 55% and in minimum state ( theta;=90) up to 77% of its initial uniaxial compressive strength. Dynamic tensile loading tests illustrate that the elliptical hole near the free end of sample (reflection boundary of compressive wave to tensile wave) is stable due to locating in superposition area, while the other cavity out of the area with each inclination was undergone to spalling failure. Assessment of failure surface using scanning electron microscope and thin section study indicates that the dominant fracture is grainboundary type and iron oxide cement has a vital role in developing of this type of fracture.