توسعه یک دستگاه خودتنظیم برای انجام دقیق آزمایش برش مستقیم درزه‌های سنگی تحت شرایط مرزی مختلف

اندازه‌گیری صحیح و دقیق مقاومت برشی درزه‌های سنگی در پروژه‌های مختلف مرتبط با مهندسی سنگ، نظیر سدها، انواع تونل‌ها، معادن روباز و زیرزمینی و چاه‌های نفت و گاز نقشی اساسی دارد. رفتار برشی درزه‌های سنگی در آزمایشگاه با استفاده از تجهیزات برش مستقیم بررسی می‌شود. دستگاه‌های برش مستقیم درزه‌های سنگی که به طور دستی کنترل می‌شوند، از دقت بالایی برخوردار نیستند. در این گزارش، یک دستگاه خودکار و خودتنظیم برش مستقیم برای درزه‌های سنگی معرفی شده است که امکان انجام آزمون برش درزه‌های سنگی تحت شرایط مرزی مختلف (اعم از شرایط بار عمودی ثابت و سختی عمودی ثابت) با دقت بالا را فراهم می‌سازد. دستگاه ساخته شده قادر است آزمون برش درزه‌های سنگی را هم به صورت یکنواخت و هم رفت‌‌و‌برگشتی با سرعت‌های مختلف انجام دهد. دستگاه همچنین امکان اصلاح مساحت درگیر شکستگی ضمن برش و متعاقباً اصلاح بار عمودی را دارد. علاوه بر امکان خاتمه دستی آزمایش، می‌توان شرط‌هایی بر اساس زمان آزمایش، جابجایی برشی، افت مقاومت برشی، و یا ترکیب آنها برای خاتمه خودکار آزمایش در نظر گرفت. داده‌های برداشت شده توسط حسگرهای جابجایی و نیرو دائماً به یک کامپیوتر معمولی متصل به دستگاه ارسال و ثبت می‌شوند و می‌توان نمودارهای مختلف مربوط به آزمایش را به صورت لحظه‌ای پایش کرد. همچنین، برای حذف لقی نمونه‌ها در داخل جعبه برش، تمهیداتی در نظر گرفته شده است. در خاتمه، نتایج چندین آزمایش برش مستقیم انجام شده توسط دستگاه بر روی درزه‌هایی با خصوصیات مورفولوژی معلوم و در راستاهای مختلف ارائه شده است.

Development of an Automated ServoControlled Apparatus for Accurate Direct Shear Testing of Rock Joints under Different Boundary Conditions

SummaryIn this paper, an automated and servocontrolled apparatus is introduced which is capable of accurately conducting shear tests under different boundary conditions including constant normal load and constant normal stiffness. IntroductionPrecise and accurate measurement of shear strength of rock joints is of great importance in various projects related to rock engineering such as tunnels, dams, surface and underground mining, and oil shafts. In the laboratory, mechanical behavior of rock joints is studied by direct shear testing equipment. Manually controlled devices of direct shear testing are not adequately accurate. In this paper, development of an automated and servocontrolled device for direct shear testing of rock joints has been described. Methodology and ApproachesThe developed apparatus performs monotonic and cyclic shear tests with different rates. It also allows the correction of the involved area with shear displacement and adjusting the normal load accordingly. In addition to the possibility of terminating the experiment manually, conditions can be set in terms of the test duration, shear displacement, shear stress drop, or their combination to stop the experiment automatically. The data acquired by the displacement and load sensors are constantly transmitted to a personal computer connected to the device, and online graphs can be monitored during the experiment. Furthermore, some measures have been considered to remove sample clearance inside the shear box. Results and ConclusionsFinally, the results of a number of direct shear tests carried out by the apparatus on the joints of known surface morphological characteristics are presented.