بررسی ویژگی‌های فیزیکی، مکانیکی و ترک‌شناسی گرانیت در فرآیند خستگی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترا، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 دانشیار، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

درزه و ترک جزء لاینفک سازه‌های سنگی می باشند. زمانی که این سازه ها تحت بار  قرار گیرند در اثر رشد ترک ها دچار گسیختگی می گردند. این مسئله در بارگذاری های چرخه ای دارای اهمیت فراوانی است زیرا شکست تحت سطوح بار گذاری پایین تر از حد تسلیم سنگ در اثر خستگی رخ می دهد. از این رو در این تحقیق به بررسی رشد و انتشار درز و ترک‌ها در بارگذاری خستگی به روش مقاطع میکروسکوپی فلورسانس پرداخته شده است. ابتدا مراحل مختلف خستگی سنگ گرانیت که یک سنگ پرکاربرد در مهندسی می باشد مشخص شده و سپس نمونه هایی تا هر یک از مراحل بارگذاری شده و تغییرات فیزیکی، مکانیکی و ترک ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داده است که خصوصیات فیزیکی و مکانیکی سنگ با افزایش تعداد چرخه ها کاهش پیدا کرده است. در مرحله یک خستگی ترک ها با شتاب زیادی در سنگ و کانی ها ایجاد می گردد و سپس در مرحله دوم انرژی اعمال شده بیشتر صرف رشد ترک  ها می گردد و مجددا در مرحله سوم شیب ایجاد ترک ها افزایش پیدا کرده و شبکه بهم متصلی ازترک ها به وجود می آید که سبب شکست سنگ می گردد. در میان کانی های سازنده فلدسپارها بیشترین میزان ترک خوردگی را نشان داده اند و کمترین میزان ترک در بیوتیت ایجاد شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


کتابنگاری
قبادی، م. و رسولی فرح، م.، 1391- مطالعه خصوصیات زمین شناختی مهندسی گرانیت‌های بروجرد. مجله انجمن زمین‌شناسی مهندسی ایران، جلد 5، شماره 1و2، ص 1-16. 

References
Akesson, U., Hansson, J. and Stigh, J., 2004- Characterisation of microcracks in the Bohus granite, western Sweden, caused by uniaxial cyclic loading.” Engineering Geology 72(1-2): 131-142. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2003.07.001.
Attewell, P. and Farmer, I., 1973- Fatigue behaviour of rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, Elsevier. https://doi.org/10.1016/0148-9062(73)90055-7.
Bagde, M. N. and Petroš, V.,  2005- Waveform effect on fatigue properties of intact sandstone in uniaxial cyclical loading. Rock mechanics and rock engineering 3 169-196. https://doi.org/10.1007/s00603-005-0045-8.
Brantut, N., Heap, M., Meredith, P. and Baud,  P., 2013-Time-dependent cracking and brittle creep in crustal rocks: A review. Journal of Structural Geology 52: 17-43. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2013.03.007.
Cerfontaine, B. and Collin, F., 2018- Cyclic and fatigue behaviour of rock materials: review, interpretation and research perspectives. Rock Mechanics and Rock Engineering 51(2): 391-414. https://doi.org/10.1007/s00603-017-1337-5.
Chen, Y., Watanabe, K.,  Kusuda, H., Kusaka, E.  and Mabuchi, M., 2011- Crack growth in Westerly granite during a cyclic loading test.Engineering Geology 117(3-4): 189-197. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2010.10.017.
Gatelier, N., Pellet, F. and Loret, B., 2002- Mechanical damage of an anisotropic porous rock in cyclic triaxial tests. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 39(3): 335-354.https://doi.org/10.1016/S1365-1609(02)00029- .
Ghasemi, S., Khamehchiyan, M., Taheri, A., Nikudel, M. R. and Zalooli, A., 2019- Crack Evolution in Damage Stress Thresholds in Different Minerals of Granite Rock.” Rock Mechanics and Rock Engineering: 1-16. https://doi.org/10.1007/s00603-019-01964-9.
Gottschalk, R. R., Kronenberg, A. K., Russell, J. E. and Handin, J.,  1990-  Mechanical anisotropy of gneiss: failure criterion and textural sources of directional behavior.” Journal of Geophysical Research: Solid Earth 95(B13): 21613-21634. https://doi.org/10.1029/JB095iB13p21613.
Guo, Y., Yang, C.  and Mao, H.  2012- Mechanical properties of Jintan mine rock salt under complex stress paths. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences(56): 54-61. http://dx.doi.org/10.1016%2Fj.ijrmms.2012.07.025.
Hashash, Y. M., Hook, J. J., Schmidt, B., John, I. and Yao, C., 2001-Seismic design and analysis of underground structures. Tunnelling and underground space technology 16(4): 247-293. https://doi.org/10.1016/S0886-7798(01)00051- .
Heimisson, E. R., Einarsson, P., Sigmundsson, F. and Brandsdóttir, B., 2015- Kilometer scale Kaiser effect identified in Krafla volcano, Iceland. Geophysical Research Letters 42(19): 7958-7965. https://doi.org/10.1002/2015GL065680.
Kendrick, J. E., Smith, R., Sammonds, P., Meredith, P. G., Dainty M. and Pallister, J. S., 2013-The influence of thermal and cyclic stressing on the strength of rocks from Mount St. Helens, Washington. Bulletin of volcanology 75(7): 728. https://doi.org/10.1007/s00445-013-0728-z.
Kranz, R. L. 1979- Crack growth and development during creep of Barre granite. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, Elsevier. https://doi.org/10.1016/0148-9062(79)90772.
Kudo, Y., Sano, O., Murashige, N., Mizuta, Y.and Nakagawa, K.,  1992-Stress-induced crack path in Aji granite under tensile stress. pure and applied geophysics 138(4): 641-656. https://doi.org/10.1007/BF00876342.
Le, J.-L., Manning, J. and Labuz, J. F.,  2014- Scaling of fatigue crack growth in rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 72: 71-79. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2014.08.015.
Lee, S.-E., Kim, M.-I., Park, J.-H.,  Park, C.-K., Kang, M.  and Jeong. G.-C., 2006- Damage process of intact granite under uniaxial compression: microscopic observations and contact stress analysis of grains.” Geosciences Journal 10(4): 457-463 https://doi.org/10.1007/BF02910439.
Liu, E. and He, S., 2012- Effects of cyclic dynamic loading on the mechanical properties of intact rock samples under confining pressure conditions. Engineering Geology 125: 81-91. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2011.11.007.
Liu, Q., Huang, S., Kang, Y. and Liu, X., 2015- A prediction model for uniaxial compressive strength of deteriorated rocks due to freeze–thaw.Cold Regions Science and Technology 120: 96-107. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2015.09.013.
Ma, L.-j., Liu, X.-y., Wang, M.-y.,  Xu, H.-f., Hua, R.-p., Fan, P.-x., Jiang, S.-r., Wang G.-a. and Yi, Q.-k. , 2013-Experimental investigation of the mechanical properties of rock salt under triaxial cyclic loading.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences(62): 34-41. http://dx.doi.org/10.1016%2Fj.ijrmms.2013.04.003.
MacKenzie, W. S. and Guilford, C., 2014- Atlas of the Rock-Forming Minerals in Thin Section, Routledge.
Martin, C. D., 1993- The strength of massive Lac du Bonnet granite around underground openings.
Masoudi, F. and Yardley, B., 2005- Magmatic and metamorphic fluids in pegmatite development: Evidence from Borujerd Complex, Iran.Journal of Sciences, Islamic Republic of Iran 16(1): 43-53.
Nur, A. and Simmons, G., 1970-  The origin of small cracks in igneous rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, Elsevier. https://doi.org/10.1016/0148-9062(70)90044- .
Richter, D. and Simmons, G., 1977- Microcracks in crustal igneous rocks: microscopy. The Earth’s crust, AGU Washington, DC. 20: 149-180.
Royer- Carfagni, G. and Salvatore, W., 2000- The characterization of marble by cyclic compression loading: experimental results.” Mechanics of Cohesive- frictional Materials: An International Journal on Experiments, Modelling and Computation of Materials and Structures 5(7): 535-563. https://doi.org/10.1002/1099-1484(200010)5:7%3C535::AID-CFM102%3E3.0.CO;2-D.
Seo, Y., Jeong, G., Kim, J. and Ichikawa, Y., 2002- Microscopic observation and contact stress analysis of granite under compression.” Engineering Geology 63(3-4): 259-275. https://doi.org/10.1016/S0013-7952(01)00086.
Sepahi, A. A. and Athari, S. F., 2006- Petrology of major granitic plutons of the northwestern part of the Sanandaj-Sirjan Metamorphic Belt, Zagros Orogen, Iran: with emphasis on A-type granitoids from the SE Saqqez area.” Neues Jahrbuch für Mineralogie-Abhandlungen: Journal of Mineralogy and Geochemistry 183(1): 93-106. https://doi.org/10.1127/0077-7757/2006/0063.
Sorgi, C., De Gennaro, V. and Chen, D., 2011- Water-rock interaction mechanisms and ageing processes in chalk, INTECH Open Access Publisher.
Sousa, L. M., del Río, L. M. S., Calleja, L., de Argandona, V. G. R. and Rey, A. R., 2005- Influence of microfractures and porosity on the physico-mechanical properties and weathering of ornamental granites.” Engineering Geology 77(1-2): 153-168. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2004.10.001.
Sprunt, E. S. and Brace, W., 1974- Direct observation of microcavities in crystalline rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, Elsevier. https://doi.org/10.1016/0148-9062(74)92874- .
Taheri, A., Yfantidis, N., Olivares, C., Connelly, B. and Bastian, T., 2016- Experimental study on degradation of mechanical properties of sandstone under different cyclic loadings.” Geotechnical Testing Journal 39(4): 673-687. https://doi.org/10.1520/GTJ20150231.
Voznesenskii, A. S., Krasilov, M. N., Kutkin, Y. O., Tavostin, M. N. and Osipov, Y. V.,  2017- Features of interrelations between acoustic quality factor and strength of rock salt during fatigue cyclic loadings.” International Journal of Fatigue 97: 70-78. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2016.12.027.
Wang, Z., Li, S., Qiao, L.  and Zhang, Q., 2015- Finite element analysis of the hydro-mechanical behavior of an underground crude oil storage facility in granite subject to cyclic loading during operation.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 73: 70-81. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2014.09.018.
White, S., Burrows,  S.,  Carreras, J., Shaw, N. and Humphreys, F., 1980- On mylonites in ductile shear zones.” Journal of Structural Geology 2(1-2): 175-187. https://doi.org/10.1016/0191-8141(80)90048-6.
Xiao, J.-Q., Ding, D.-X., Jiang, F.-L. and Xu, G., 2010- Fatigue damage variable and evolution of rock subjected to cyclic loading.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 3(47): 461-468. http://dx.doi.org/10.1016%2Fj.ijrmms.2009.11.003.
Yang, S.-Q., Tian, W.-L. and Ranjith, P., 2017- Experimental investigation on deformation failure characteristics of crystalline marble under triaxial cyclic loading.” Rock Mechanics and Rock Engineering 50(11): 2871-2889. https://doi.org/10.1007/s00603-017-1262-7.