اثر توام نرخ بارگذاری و طول شکاف در مقاومت کششی برزیلی سنگ

مطالعه‌ی اثر ناپیوستگی‌های سنگ در خصوصیات مکانیکی آن به‌منظور ارزیابی پایداری سازه‌های در معرض بار دینامیکی ضروری است. در پژوهش حاضر، اثر توام طول شکاف و نرخ بارگذاری در مقاومت کششی سنگ با مدل‌سازی عددی آزمایش هاپکینسون با استفاده از نرم‌افزار 3c‌a که یک نرم‌افزار ترکیبی المان‌محدود المان گسسته است، بررسی شده است. نمونه‌های برزیلی با قطر 50، ضخامت 10 و طول‌های متفاوت شکاف: 10، 20،30 و 40 میلی‌متر آزمایش شدند. نتیجه حاکی از آن است کهاثر طول شکاف در مقاومت کششی دینامیکی با اثر طول شکاف در مقاومت کششی استاتیکی متفاوت بوده است و اگرچه در نرخ‌های بارگذاری پایین با افزایش طول شکاف مقاومت کاهش یافته است، اما در نرخ‌های بارگذاری بالا بسته به مقدار نرخ بارگذاری، مقاومت با افزایش طول شکاف توانسته است ثابت باقی بماند و یا افزایش یابد. همچنین نتایج نشان داد که سرعت بازشدگی شکاف، نقش اساسی در موضوع اخیر دارد.

coupled effect of loading rate and notch length on tensile strength of rock

rock masses naturally contain joints and fractures and the effect of these fractures needs to be carefully investigated to ensure the stability of rock structures. this is particularly the case when dynamic loading effects due to earthquakes or rock blasting are involved. in this study, brazilian synthetic specimens, made of gypsum with initial notches, were loaded in the modei fracture. the specimens were 50 mm in diameter and 10 mm in thickness. the preexisting notch length in the specimens varied from 10 to 40 mm. the nominal tensile strength of the specimens was numerically evaluated using a bonded particle model (bpm) for the synthetic rock material. the dynamic tests were performed using the split hopkinson pressure bar (shpb) system which was numerically simulated by the ca3 computer program. ca3 is a computer program for static and dynamic simulation of geomaterials in which a hybrid bonded particle and finite element system can be employed. the rock specimen was represented by the bonded particle model, while the incident and transmission bars in the hopkinson pressure bar system were simulated by the finite element model. the bonded particle system was calibrated to ensure that the elastic properties, uniaxial compressive strength, tensile strength, and fracture toughness of the rock were replicated by the numerical model. the combined effect of loading rate and initial fracture length on the rock tensile strength was investigated. the results, as expected, suggest that the static nominal tensile strength of the specimens was reduced as the notch length increased. under dynamic loading, the material response is more complicated; depending on the applied stress rate, the tensile strength can decrease, remain constant, or increase as the initial notch length increases. it is shown that the speed of the crack tip opening is responsible for this interesting observation of tensile strength changes under dynamic loading as the notch length varies.