Static and cyclic laboratory testing of brisbane rocks
Brisbane kayaçlarının statik ve tekrarlı yüklerle laboratuvar testleri
- Tez No: 708178
- Danışmanlar: PROF. DR. DAVID JOHN WILLIAMS
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of Queensland
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 271
Özet
Yeraltı tesislerinin ulaşım tünelleri, elektrik santrali mağaraları, radyoaktif atık depoları, su ve gaz depolama gibi amaçlarla kullanımı artmaktadır. Kırılma, yeraltı tesisleri için performansları için büyük önem taşıyan kırılgan kayaların bir kırılma mekanizmasıdır. Kaya kırılma mekaniği araştırmalarında şu anki geliştirme aşamasındaki en büyük zorluk, laboratuvar ölçeğinde küçük, sağlam kaya numuneleri üzerinde ölçülen parametre değerlerinin büyük ölçekli eklemli kaya kütlelerine ekstrapolasyonudur. Bu nedenle, kaya kütlelerinin/malzemelerinin stabilitesini değerlendirmek ve kaya kütleleri içindeki yapıların güvenli tasarımı için çatlak büyümesini anlamak çok önemlidir. Bu tezin amacı, monotonik statik ve döngüsel yükleme koşulları altında, kayaların dolaylı çekme dayanımı ve kırılma tokluğu değeri gibi çekme dayanımı parametrelerini araştırmaktır. Kayaların dolaylı çekme dayanımı başlangıçta standart Brezilya testi kullanılarak araştırıldı. Bununla birlikte, bunun test edilen kırılgan kayaları ezdiği bulundu ve teorik olarak beklendiği gibi disk numunelerinde daha güvenilir çapsal çekme yarma çatlakları elde etmek için farklı açılardaki çelik yükleme yayları değerlendirildi. Kaydedilen maksimum nihai yük ve en uygun çekme yarma çatlağı, yükleme ark açısı 2α = 30 ile elde edildi. Ancak, nihai yükün en yüksek standart sapması, standart Brezilya test sonuçlarından elde edilmiştir. Kırılma mekaniğindeki en temel parametre, bir malzemenin çatlak ilerlemesine karşı direncini tanımlayan kırılma tokluğudur. Kırılma tokluğu, çatlak başlangıcı ve müteakip ilerleme için gerekli olan stres yoğunluğu faktörünün kritik durumuna karşılık gelen önemli bir malzeme parametresidir. Kırılma tokluğu araştırmaları için Cracked Chevron Çentikli Brezilya Diski (CCNBD) kaya numuneleri üzerinde hem statik hem de döngüsel yükleme testleri gerçekleştirilmiştir. Tutarlı kırılma tokluğu değerleri elde etmek için iki test yöntemi kullanılmıştır. Bir dizi deneyden sonra, SR yöntemi ile elde edilen kırılma tokluğu değerinin CCNBD yöntemi ile elde edilen değerden daha yüksek olduğu bulunmuştur. CCNBD numunelerinin kırılma tokluğunu hesaplamak için formülde kullanılan kritik gerilme yoğunluk faktörünün (SIF), ISRM tarafından önerilen yöntemde çok önemli bir faktör olduğu anlaşılmıştır (ISRM, 1995). Döngüsel yükleme testlerinde, artan döngüsel yükleme altında kırılma tokluğundaki azalmanın statik kırılma tokluğunun %48'ine kadar olduğu bulunmuştur. Deneysel sonuçlar, dinamik döngüsel yükleme testlerinde zikzak çentikli çatlağın ucunda, yükleme genliğinden güçlü bir şekilde etkilenen sürekli geri dönüşü olmayan hasar birikimini gösterdi. Statik testlerin aksine, döngüsel testler chevron çentikli çatlağın ucunun önünde çok daha fazla ezilmiş malzeme üretti. Öte yandan, sinüzoidal döngüsel yükleme testleri ile dolaylı çekme mukavemetindeki (ITS) azalma statik ITS'nin %30'u kadar bulunurken, aynı vadi değerleriyle artan döngüsel yükleme ITS'de 35'e kadar azalmaya neden olmaktadır. Statik ITS'nin %'si. Yorulma hasarı sürecinin temel özelliklerini mikroskobik düzeyde incelemek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleme kullanıldı. SEM araştırmaları, parçacık sınırlarının kaya yorulmasında önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Statik kırılma ile karşılaştırıldığında, temel farklılıklar iki katlıdır: (a) üretilen parça sayısı, statik yükleme altında olduğundan çok daha fazladır ve (b) döngüsel yükleme altında tane gevşemesi nedeniyle taneler arası çatlaklar oluşur. Ana karakteristik, muhtemelen parçacıklar arasındaki temaslarda başlayan ve muhtemelen zayıf matris içindeki sürtünmeli kayma nedeniyle çok küçük parçaların üretiminin eşlik ettiği döngüsel yükleme altında parçacık kırılmasıdır. Parçacık sınırlarındaki nokta temaslarının, stres konsantrasyonu bölgeleri (yani girintiler) olduğuna inanılmaktadır. Bu bölgelerden taneler arası çatlaklar çıkabilir ve taneler arası çatlaklar bazen temas noktalarından geçer. Bu aşama, hasarın istikrarlı bir şekilde ilerlemesi ile ilişkilendirilebilir ve kayaçta, taneler arası çatlakların oluşumunun öncüsü olan genel bir“gevşeme”meydana getirir.
Özet (Çeviri)
The use of underground facilities for purposes such as transportation tunnels, power station caverns, radioactive waste repositories, and water and gas storage is increasing. Fracture is a failure mechanism of brittle rocks that is of great importance to their performance for underground facilities. A major challenge in rock fracture mechanics research at its current stage of development is the extrapolation of parameter values measured at laboratory-scale on small, intact rock specimens to large-scale jointed rock masses. Understanding crack growth is therefore very important for assessing the stability of rock masses/materials and for the safe design of structures within rock masses. The aim of this thesis is to investigate the tensile strength parameters of rocks, such as the indirect tensile strength and fracture toughness value, under monotonic static and cyclic loading conditions. The indirect tensile strength of rocks was initially investigated using the standard Brazilian test. However, this was found to crush the brittle rocks tested, and steel loading arcs of different angles were assessed to obtain more reliable diametral tensile splitting cracks in disc specimens, as expected theoretically. The maximum recorded ultimate load and most appropriate tensile splitting crack was obtained with a loading arc angle 2α = 30. However, the highest standard deviation of the ultimate load was obtained from the standard Brazilian test results. The most fundamental parameter in fracture mechanics is the fracture toughness, which describes the resistance of a material to crack propagation. Fracture toughness is an important material parameter that corresponds to the critical state of the stress intensity factor required for crack initiation and subsequent propagation. Both the static and cyclic loading tests were carried out on Cracked Chevron Notched Brazilian Disc (CCNBD) rock specimens for fracture toughness investigations. In order to yield consistent fracture toughness values, two test methods were performed: CCNBD and short rod (SR) tests. After a series of experiments, the fracture toughness value obtained by the SR method was found to be higher than the value obtained by the CCNBD method. It was realised that the critical stress intensity factor (SIF) used in the formula for calculating the fracture toughness of the CCNBD specimens is a crucial factor in the method proposed by the ISRM (ISRM, 1995). In the cyclic loading tests, the reduction in fracture toughness under increasing cyclic loading was found to be up to 48% of the static fracture toughness. The experimental results showed continuous irreversible damage accumulation at the tip of the chevron notched crack in the dynamic cyclic loading tests, strongly influenced by the loading amplitude. Contrary to the static tests, the cyclic tests produced much more crushed material in front of the tip of the chevron notched crack. On the other hand, the reduction in the indirect tensile strength (ITS) was found to be 30% of the static ITS with sinusoidal cyclic loading tests, whereas increasing cyclic loading with the same valley values cause a reduction of the ITS by up to 35 % of the static ITS. In order to examine the major characteristics of the fatigue damage process at the microscopic level, scanning electron microscope (SEM) imaging was used. SEM investigations show that particle boundaries play an important role in rock fatigue. When compared with static rupture, the main differences are two-fold: (a) the number of fragments produced is much greater under cyclic loading than under static loading, and (b) intergranular cracks are formed due to grain loosening under cyclic loading. The main characteristic is particle breakage under cyclic loading, which probably starts at contacts between particles and is accompanied by the production of very small fragments, probably due to frictional sliding within the weak matrix. It is believed that point contacts at particle boundaries are regions of stress concentration (i.e. indenters). Transgranular cracks may emanate from these regions, and intergranular cracks sometimes pass through the contact points. This stage can be correlated with a steady progression of damage and produces a general ―loosening‖ of the rock, which is a precursor to the formation of intergranular cracks.
Benzer Tezler
- Kazıkların eksenel ve yatay yük taşıma kapasiteleri
The bearing capacity of piles under axial and lateral loading
NİLAY DURLANIK
- Zur dimensionierung der monopile-gründungen von offshore-windenergieanlagen
Başlık çevirisi yok
HACI ERCAN TAŞAN
- Siltli ve killi zeminlerin tekrarlı yükler altındaki davranışı
The cyclic behavior of silty and clayey soils under cyclic loads
MEHMET BARIŞ CAN ÜLKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiZemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYFER ERKEN
- Cyclic volumetric and shear strain responses of fine-grained soils
İnce daneli zeminlerin tekrarlı yükler altındaki hacim ve makaslama birim deformasyon davranışı
HABİB TOLGA BİLGE
Doktora
İngilizce
2010
Deprem MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. KEMAL ÖNDER ÇETİN
- Siltli kumlar ve Kumlu siltlerde sıvılaşma
The Liquefaction of silty sands and sandy silts
CENGİZ KILIÇ
