مدل سازی تحلیلی عملکرد سنگ دوزهای تزریقی فعال و غیرفعال در شیروانی های سنگی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد ژئوتکنیک دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

2 گروه مهندسی ژئوتکنیک، دانشکده فنی مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

از راه‌های جلوگیری از شکست صفحه ای در شیروانی های سنگی، استفاده از سنگ دوزها است. سنگ دوزهای تزریقی غیرفعال با لغزش کوچک بلوک سنگ فعال شده و از سست شدگی و کاهش اتصال بین قطعات سنگی جلوگیری می‌کنند. در نوع پیش تنیده، نیروی کششی مطلوبی به سنگ دوز اعمال شده و انتهای آن بر صفحه بلوک سنگی پیچ و مهار می‌شوند. این مکانیزم موجب می‌شود تا لایه‌های سنگی بهم فشرده شده و اصطکاک بین آن‌ها بیشتر فعال شود و احتماال هیچ جا به جایی بین لایه‌ها ایجاد نشود. اگر نیروی پیش تندگی کافی نباشد، امکان لغزش در لایه‌های سنگی بعد از نصب سنگ دوز پیش تنیده نیز به وجود می‌آید. در این مطالعه، عملکرد سنگ دوزهای تمام تزریقی در حالت غیر فعال و پیش تنیده در شیروانی های سنگی بصورت تحلیلی مدل می‌شوند و اثرات پارامترهای مختلف همچون زاویه قرارگیری سنگ دوز نسبت به صفحه لغزش، زاویه اصطکاک ناپیوستگی و زاویه زبری آن، مقاومت سنگ اطراف سنگ دوز، نیروی پیش تنیدگی و ویژگی‌های مکانیکی سنگ دوز را بر روی نیروی مقاوم ایجاد شده توسط سنگ دوز، بصورت کمی مطالعه می‌شوند. جهت مدل‌سازی تحلیلی، فرض می‌شود که لغزش سنگ موجب اعمال لنگر خمشی به سنگ دوز و تشکیل دو مفصل خمشی در آن می‌شود. فاصله بین دو مفصل خمشی که در طرفین ناپیوستگی قرار دارند بصورت تیر دو سرگیردار در نظر گرفته شده و بار وارد بر آن که همان عکس العمل محیط اطراف سنگ دوز است بصورت یکنواخت فرض می‌شود. نتایج نشان می‌دهند پیش تنیده کردن بطور موثری موجب پایداری بیشتر شیروانی‌ها می‌شود، بویژه اگر مقاومت سنگ اطراف سنگ دوز زیاد باشد و نتوان سنگ دوز را به صورت زاویه دار نسبت به ناپیوستگی قرار داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Analytical simulation of passive and pre-tensioned grouted rockbolts performances in bedding rock slopes

نویسندگان [English]

  • Mir Mahdi Rashedi 1
  • Masoud Ranjbarnia 2
1 Department of geotechnical engineering, Faculty of civil engineering, university of Tabriz
2 Department of Geotechnical Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Rockbolts are one of the best systems to stabilize plane failure of rock slopes. The passive bolts are loaded and activated when rock block slides while pre-tensioned types are initially loaded before any rock sliding. The pre-tensioned rock bolts make the rock layers pressed together and the friction between them is activated before slipping, and probably no displacement between the layers is occurred. If a slippage occurs after the installation of a pre-tensioned rock-bolt, an excessive load is applied. In this paper, the bolt contribution generated by the pre-tensioned and passive rock-bolt in discontinuity is analytically simulated, and the effect of roughness angle, inclination of the bolt to the joint plane, pre-tensioned force, and strength of the rock are evaluated. For modeling, it is assumed the sliding imposes a bending moment to the rockbolt, which leads two plastic hinges to be created. The part of the bolt between two hinges (located on either side of the joint) is considered a beam with two cantilever supports, which is loaded by a uniform distribution generated by surrounding grout/ rock. The results showed that the pre-tensioned rock-bolts are effective when the resistance of the rock or grout around the bolt is high.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rock slope
  • Active and passive rock-bolt
  • Inclination of the bolt
  • Pre-tensioned force
  • Analytical modeling

مراجع

[1] D.C. Wyllie, C. Mah, Rock slope engineering, CRC Press, 2014
[2] K. Spang, P. Egger, Action of fully-grouted bolts in jointed rock and factors of influence, Rock Mechanics and Rock Engineering, 23(3( (1990( 201-229.
[3] F. Pellet, P. Egger, Analytical model for the mechanical behaviour of bolted rock joints subjected to shearing, Rock mechanics and rock engineering, 29(2( (1996( 7397.
[4] C. Li, B. Stillborg, Analytical models for rock bolts, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 36(8( (1999( 1013-1029.
[5] G. Grasselli, 3D behaviour of bolted rock joints: experimental and numerical study, International journal of rock mechanics and mining sciences, 42(1( (2005( 13-24.
[6] P. Oreste, M. Cravero, An analysis of the action of dowels on the stabilization of rock blocks on underground excavation walls, Rock mechanics and rock engineering, 41(6) (2008) 835-868.
[7] H. Jalalifar, N. Aziz, Experimental and 3D numerical simulation of reinforced shear joints, Rock Mechanics and Rock Engineering, 43(1) (2010) 95-103.
[8] H. Jalalifar, N. Aziz, Analytical behaviour of bolt–joint intersection under lateral loading conditions, Rock mechanics and rock engineering, 43(1) (2010) 89-94.
[9] F. Wang, C. Liu, Z. Gong, Mechanisms of bolt support for bedding rock slopes, Chin J Rock Mech Eng, 33(7) (2014) 1465-1470.
[10] S. Maiolino, Full scale lab testing for the determination of rock bolt contribution to reinforced joint shear strength, in:  13th ISRM international congress of rock mechanics, International Society for Rock Mechanics and Rock Engineering, 2015.
[11] C. Liu, Y. Li, Analytical Study of the Mechanical Behavior of Fully Grouted Bolts in Bedding Rock Slopes, Rock Mechanics and Rock Engineering, 50(9) (2017) 2413-2423.
[12] H. Dulacska, Dowel action of reinforcement crossing cracks in concrete, in:  Journal Proceedings, 1972, pp. 754-757.
[13] S. Bjurstrom, Shear strength of hard rock joints reinforced by grouted untensioned bolts, Proc. 3rd Cong. ISRM, Denver, 2 (1974) 1194-1199.
[14] P.M. Dight, Improvements to the Stability of Rock Walls in Open Pit Mines: By Phillip M. Dight, Monash  University, 1982
[15] A.M. Ferrero, The shear strength of reinforced rock joints, in:  International journal of rock mechanics and mining sciences & geomechanics abstracts, Elsevier, 1995, pp. 595-605.
[16] G. Xiurun, L. Jianwu, Study on the shear Resistance Behaviour of Bolted Rock Joints [J], Chinese Jounal of Geotechnical Engineering, 1 (1988) 001
[17] L.B. Martín, M. Tijani, F. Hadj-Hassen, A. Noiret, Assessment of the bolt-grout interface behaviour of fully grouted rockbolts from laboratory experiments under axial loads, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 63 (2013) 50-61.
[18] Y. Cai, Y. Jiang, I. Djamaluddin, T. Iura, T. Esaki, An analytical model considering interaction behavior of grouted rock bolts for convergence–confinement method in tunneling design, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 76 (2015) 112-126.
[19] C.H. Tan, Difference solution of passive bolts reinforcement around a circular opening in elastoplastic rock mass, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 81 (2016) 28-38.
[20] D. Oliveira, M.S. Diederichs, Tunnel support for stress induced failures in Hawkesbury Sandstone, Tunnelling and Underground Space Technology, 64 (2017) 10-23.
[21] Hibbeler RC (ed( Structural analysis, 8th edn. Pearson Prentice Hall, New Jersey, (2012) p 375.
[22] N. Barton, Review of a new shear-strength criterion for rock joints, Engineering geology, 7(4) (1973) 287-332.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 52، شماره 6
شهریور 1399
صفحه 1485-1498

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار