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

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

چکیده

مطالعه اثر ناپیوستگی‌ها در سنگ بر خصوصیات مکانیکی آن به منظور ارزیابی پایداری سازه‌های در معرض بار دینامیکی ضروری است. در این پژوهش اثر توام طول شکاف و نرخ بارگذاری بر مقاومت کششی سنگ با مدل‌سازی عددی آزمایش هاپکینسون با استفاده از نرم افزار CA3 که یک نرم‌افزار ترکیبی المان‌محدود - المان‌گسسته است مورد بررسی قرار گرفت. نمونه‌های برزیلی با قطر 50، ضخامت 10 و طول شکاف 10، 20، 30 و 40 میلیمتر آزمایش شدند. نتیجه حاکی از آن است که اثر طول شکاف بر مقاومت کششی دینامیکی با اثر طول شکاف بر مقاومت کششی استاتیکی متفاوت است و اگرچه در نرخ‌های بارگذاری پایین با افزایش طول شکاف مقاومت کاهش می‌یابد اما در نرخ‌های بارگذاری بالا بسته به مقدار نرخ بارگذاری، مقاومت با افزایش طول شکاف می‌تواند ثابت باقی بماند و یا افزایش یابد. همچنین نشان داده می‌شود که سرعت بازشدگی شکاف نقش اساسی در این موضوع دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • Payam Asadi
  • Ahmad Ali Fakhimi
School of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

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 mode I fracture. The specimens were 50 mm in diameter and 10 mm in thickness. The pre-existing notch length in the specimens varied between 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 decreases as the notch length increases. 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 is varied.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fracture mechanics
  • dynamic loading
  • Loading rate effect
  • Notch length effect
  • Crack propagation