ارزیابی صحت برآورد تغییر شکل توده‌سنگ در فرضیه محیط پیوسته معادل تحت شرایط مختلف هندسی درزه‌ها

مطالعه درزه‌ها و تاثیر آنها بر رفتار توده‌سنگ زمینه تحقیقاتی فعالی در ژئومکانیک فراهم آورده است. تغییرشکل‌پذیری یک توده‌سنگ حاوی دسته درزه‌های سیستماتیک ممتد به ‌طور بالقوه ناهمسانگرد بوده و به صورت عمده به وسیله خصوصیات مکانیکی و هندسی درزه‌ها کنترل می‌شود. خصوصیات تغییرشکل سنگ‌ها به طور معمول با استفاده از آزمون‌های آزمایشگاهی و برجا تعیین می‌شوند. آزمایشات برجا بر اساس بارگذاری توده‌سنگ و اندازه‌گیری تغییرشکل حاصله استوار هستند. از روش‌های عددی و تحلیلی می‌توان به عنوان جایگزین آزمایش‌های برجای پر هزینه و وقت‌گیر برای مطالعه خصوصیات تغییرشکل سنگ‌ها استفاده کرد. در مدل‌های تحلیلی، فرضیاتی مانند تعامد دسته درزه‌ها موجب ساده‌سازی‌هایی می‌شوند که ممکن است از واقعیت به دور باشند. روش‌های عددی در مقایسه با خط مشی‌های تحلیلی دارای این مزیت هستند که در استنتاج خواص توده‌سنگ می‌توان تاثیر نامنظم بودن هندسه سیستم درزه‌داری را به طور مستقیم در مدلسازی دخیل نمود. در این مقاله، مدل‌های عددی اجزای مجزا فارغ از ساده‌سازی‌های هندسی مفروض در روش‌های حل دقیق اجرا شده اند. بررسی آماری نتایج عددی حاصل به منظور اطلاع از نحوه پراکندگی داده‌ها انجام شده است. سپس، میزان انحراف تغییرشکل برآورد شده با استفاده از روابط ساختاری شامل مدل‌های پیشنهادی (1) آمادیی و گودمن و (2) هوانگ و همکاران نسبت به مدل‌های عددی جهت ارزیابی صحت روابط مذکور در شرایط هندسی واقعی درزه‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. مولفه‌های تغییرشکل در بیشتر موارد بیانگر تاثیر قابل توجه پارامترهای هندسی مورد مطالعه در روند تغییرات است. این نتایج برای بررسی صحت روابط مذکور در برآورد میدان تغییرشکل توده‌سنگ‌های درزه‌دار غیرمتعامد ارایه شده است.

Accuracy Evaluation of Rock Mass Deformation Analysis under Various Jointing Configurations using Equivalent Continuum Concept

SummaryThis work is aimed to investigate the effects of joints configuration in a rock mass on validity of the deformation values obtained using equivalent continuum approach. For this purpose, discrete element method is utilized to numerically model complicated joint configuration comparing to inbuilt assumptions of equivalent continuum equations. Then, deformation components obtained by equivalent continuum solutions were compared with the results of discrete element numerical analyses and insitu tests to demonstrate the effect of geometric parameters. IntroductionThere are two different techniques to determine deformation behavior of jointed rock masses: direct and indirect methods. Indirect methods consist of empirical correlations, analytical solutions and numerical modelling. Empirical methods are based on correlation between rock mass deformability and its classification indices. In spite of their simplicity, it is not possible to capture anisotropic and scaledependent behavior of rock mass using empirical techniques. Analytical methods consider rock mass as an equivalent continuum in which the deformation is the sum of deformation of intact rock and joint sets. These solutions are digest and simple, and only can be used to analyze deformation of regularly jointed rocks. On the other hand, numerical modelling is advantageous to study the effect of irregular joint sets configuration on deformation behavior. Methodology and ApproachesApplicability of equivalent continuum approaches in estimating deformation behavior of rock masses with three intersecting joint sets was studied. Two different cases were considered, namely, deviation of the intersection angle and dip direction of the second joint set. According to analytical approaches, isotropic elastic and Coulomb slip models were assigned to intact rock and joints, respectively. Results and ConclusionsAccording to the obtained results, following conclusions can be reported for the conducted study:Axial analytical and numerical deformation values have a high sensitivity to intersection angle.Low discrepancies were recorded for lateral strains parallel to intersecting joint sets strike while changing intersection angle.The effect of dip angle of intersecting joint sets is not considered in the nonorthotropic equivalent continuum approach. However, results generally show a considerable effect of this parameter on the discrepancy of analytical and numerical values.Differences between analytical and numerical deformation results show that changing the dip direction does not significantly affect the results.Application of analytical equation for axial strain estimation is not recommended when dip angle of the intersecting joint sets has a dominant contribution to deformation.