تئوري آزمايش:

مطالعات نشان داده است که سختي سنگ ها با مقاومت فشاري تک محوري و مدول کشساني سنگ ها در ارتباط است در واقع سختي يكي از مفاهيم رايج است كه براي توصيف رفتاري سنگها بكار مي رود. سختي تابعي از عوامل ذاتي چون نوع كاني ها، ابعاد دانه ها، چسبندگي مرزي كاني ها، مقاومت و رفتار الاستيك و پلاستيك سنگ مي باشد. تركيب و اندركنش اين عوامل،  تعيين كننده سختي يك سنگ است.  روش هاي متعددي براي تعيين سختي سنگ پيشنهاد شده است كه يكي از اين روشها بكارگيري وسيله اي به نام چكش اشميت است. كه معروف به آزمايشهاي واجهشي يا ديناميكي است. در اين دسته از آزمايش ها از يك چكش يا وزنه براي ضربه زدن به سطح سنگ استفاده مي شود و ارتفاع واجهش وزنه مقياسي براي سنجش سختي است. هرگونه رفتار پلاستيك يا تغيير شكل بر اثر ضربه، انرژي الاستيك  واجهش چكش را كاهش مي دهد.

از سوالهاي مهمي كه همواره در پايان ترم مكانيك سنگ است و بيشترين بارم را به خود اختصاص مي دهد رسم دايره موهر است در واقع با رسم دايره موهر مي توان تنش برشي max ,min و تنش عمودي max , min را بدست اورد شيوه ترسيم متفاوتي در مكانيك سنگ, مقاومت مصالح, ژئوتكنيك ارائه شده است ما دراينجا شيوه ترسيم استاد سياوشي را بيان ميكنيم:

ابتدا مقدار ∂xرا روي محو x مشخص كرده سپس مقدار Txy را ازروي ان مشخص كرده حالا ∂y را مشخص كرده و معكوس Txy را روي ان مشخص مي نماييم اين دو نقطه بدست امده را بهم وصل كرده تا مركز دايره موهر مشخص شود حال اگر از مركر خطي عمودي رسم نماييم نقاط برخورد با دايره مقادير تنش برشي بيشينه و كمينه خواهد بود نقاط برخوردمحورx با دايره تنش عمودي بيشينه (در جهت مثبت محور)و كمينه(در جهت منفي محور) مي باشد

ميتوان از فرمولهاي زير نيز استفاده كرد

ө∂=(∂x+∂y/2) –( ∂x-∂y/2)cos2ө+Txysin2ө

Tө= ( ∂x-∂y/2)sin2ө+ Txycos2ө

∂max\min=(∂x+∂y/2)+\-   1/2 √(∂x-∂y)²+4(Txy)²

Tmax\min=+\-   1/2 √(∂x-∂y)²+4(Txy)²

Tg 2ө₁=-2Txy/(∂x-∂y)

Tg 2ө₂=(∂x-∂y)/2Txy

Tg 2ө₂=(∂x-∂y)/2Txy

از مهمترين خواص مکانيکي سنگها مي توان به ويژگيهاي مقاومتي و تغيير شکل پذيري سنگ اشاره کرد. در زير به بررسي هر يک از اين ويژگيها پرداخته و روش هاي تعيين آنها را مطرح مينمائيم. اما قبل از آن بايد به نحوه ي تهيه ي نمونه هاي آزمايشگاهي براي اندازهگيري خواص بپردازيم.

◄ مغزه گيري و آماده سازي نمونه:

براي انجام آزمايش هاي مقاومت کششي، مقاومت فشاري تک محوره، مقاومت فشاري سه محوره ،آزمايش مقاوت کششي غير مستقيم نيازمند نمونه هايي با استاندارد هاي مشخص مي باشيم. اين نمونه مغزه ناميده مي شود.

مغزه‌ها نماينده يك توده سنگ در آزمايشگاه مي‌باشند، اما به دليل اينكه يك قسمت كوچكي از توده سنگ هستند فقط اطلاعات كمي ولي با ارزشي را بيان مي‌كنند.

براي مغزه‌گيري از توده سنگ از حفاري چرخشي استفاده مي‌شود. مته‌هاي حفاري عامل انتقال انرژي از لوله حفاري به سنگ مي‌باشند كه اين انرژي به صورت چرخشي به سنگ وارد مي‌شود. مته‌ها بر اساس مواد تشكيل دهنده و برنده‌ها(cutter) به انواع مختلفي تقسيم مي‌شوند.

بعد از مغزه گيري نمونه را بايد آماده سازي كرد. نمونه ها بايد استوانه‌اي باشند كه سر وته آنها توسط ارة فولادي يا الماسه بريده شده و تلرانس ناصافي آن زياد نباشد.سطوح جانبي نمونه بايد صاف و عاري از هر گونه ناهمواري شديد باشد و حداكثر در طول نمونه 5/0 ميليمتر باشد.سطوح انتهايي مغزه بايدبايكديگر موازي و عمود بر محور مركزي مغزه باشند.معمولاُ برا ي پرداخت نمودن سطوح انتهايي مغزه‌ها از دستگاه ساينده و سپس از پودرهاي خاصي براي از بين بردن تلرانس نمونه استفاده مي‌كنند.

بعد از بدست آمدن نمونه هاي استاندار ميتوان آزمايش هاي مختلف را بر روي آنها انجام داد. در قسمت هاي بعدي به اين موضوع پرداخته ميشود.

 يکي از مهمترين عوامل مؤثر بر مقاومت فشاري يک محوره، صلبيت ماشين آزمايش است. وقتي ماده اي شکننده مثل سنگ در ماشين بارگذاري معمولي تحت نيروي فشاري قرار ميگيرد، با افزايش بار مقداري انرژي کرنشي الاستيک در بدنه ماشين ذخيره مي گردد. در چنين ماشين هايي که تحت عنوان ماشين نرم شناخته مي شوند، پس از رسيدن نمونه به مقاومت نهايي و گسيختگي آن، انرژي کرنشي الاستيک ذخيره شده در ماشين به صورت ناگهاني آزاد شده وصفحات بار گذاري ماشين به سرعت به سمت يکديگر حرکت مي‌کنند. اين حرکت ناگهاني باعث خردشدگي شديد نمونه و در نتيجه شکست انفجاري آن ميگردد. در حالي که در مهندسي سنگ ما نيازمند اندازه گيري مقاومت باقيمانده ي سنگ بعد از شکست مي‌‌باشيم.

بطور کلي با اعمال نيروي P در يک آزمايش فشاري باعث تغيير شکل در نمونه و در ماشين مي گردد. بنابراين انرژي الاستيک ذخيره شده در ماشين آزمايش از رابطه زير به دست مي آيد:

رابطه اخير نشان مي دهد که هر چه صلبيت ماشين بيشتر باشد، انرژي الاستيک ذخيره شده در آن کمتر خواهد بود. بدين ترتيب اثر تخريبي ماشين آزمايش روي نمونه کاهش مي يابد. به عبارت ديگر براي اجتناب از شکستن انفجاري نمونه ها، لازم است که صلبيت ماشين به مراتب بيشتر از صلبيت نمونه پس از گسيختگي باشد که اين حالت در ماشين هاي آزمايشي نرم وجود ندارد.

به عبارتي چنانچه ماشين صلب باشد، مقدار انرژي آزاد شده در اثر بار برداري کمتر از انرژي جذب شده توسط نمونه مي باشد. بنابراين انرژي آزاد شده ماشين به راحتي توسط نمونه جذب مي گردد. بدين ترتيب مي توان تغيير شکل نمونه را بعد از نقطه اوج نيز اندازه گيري نمود. اما انرژي آزاد شده توسط ماشين نرم بيشتر از انرژي قابل جذب توسط نمونه است و در نتيجه نمونه دچار شکست انفجاري شده و امکان ترسيم منحني تنش- کرنش بعد از نقطه اوج وجود ندارد.

طراحي پي ها بر روي توده هاي سنگي شامل بررسي جنبه هاي مختلفي مي باشد. يكي از اين جنبه ها علاوه بر بررسي مساله نشست و ناپايداري ، تعيين ظرفيت باربري پي هاي سنگي مي باشد. درمقاله حاضر ضمن معرفي روشهاي مختلف تخمين ظرفيت باربري پي هاي سنگي در خصوص پي هاي كم عمق، مقايسه اي بين نتايج بدست آمده از ظرفيت باربري مجاز حاصل از روشهاي مختلف براي 5 نوع توده سنگ (در حالتهاي دست خورده و دست نخورده) انجام گرفته است.

كلمات كليدي:

ظرفيت باربري ، پي سنگي ، توده سنگ

برای دانلود مقاله به ادامه بروید