بررسی اندرکنش بولت-دوغاب-سنگ در آزمایش کشش بولت تزریقی و تعیین منحنی بار-جابه‌جایی به روش تحلیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر،تهران، ایران،mousahazrati@aut.ac.ir، 09124206720

2 دانشیار، دانشکده معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر،تهران، ایران،parvizz@aut.ac.ir، 09123430575

3 تهران- مبارک آباد- خ شهید محمدی- کاوه شرقی-پلاک 8- واحد 3

چکیده

هدف این مقاله بررسی اندرکنش بولت-دوغاب-سنگ در آزمایش کشش بولت تزریقی و تعیین منحنی بار-جابه‌جایی (در محل اعمال بار در شروع نقطه گیرداری) به روش تحلیلی می‌باشد. اغلب اوقات خروجی آزمایش کشش بولت فقط منحنی بار-جابه‌جایی (در محل اعمال بار) است. در این مقاله امکان استفاده از این منحنی در ارزیابی اندرکنش بولت-دوغاب-سنگ و تعیین حداکثر مقاومت برشی در محل اتصال بولت-دوغاب مورد بررسی قرار گرفته است. در این بررسی رفتار مختلف سطح تماس بولت-دوغاب شامل اتصال کامل، جداشدگی بخشی، جداشدگی با مقدار مقاومت برشی باقیمانده و جداشدگی کامل در نظر گرفته شده است. در ادامه بارگذاری، بیرون آمدن کامل بولت یا تسلیم‌شدگی المان میله بولت لحاظ شده است. با در نظر گرفتن توزیع تنش برشی در سطح تماس بولت-دوغاب و در طول بولت، توزیع تنش محوری در طول بولت تعیین شده و جابه‌جایی سر بولت نیز بدست آمده است. در این روش بولت با طول نسبتاً بلند که در پایدارسازی فضاهای زیرزمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد، در نظر گرفته شده است. در ادامه چگونگی برآورد حداکثر مقاومت برشی سطح تماس بولت-دوغاب بر اساس منحنی بار-جابه‌جایی حاصل از آزمایش کشش بولت ارائه شده است. به این منظور نتایج بدست آمده از روش تحلیلی (با تغییر پارامترهای ورودی فرضی) با نتایج حاصل از آزمایش کشش بولت به روش سعی و خطا مقایسه شده و بر مبنای آن پارامتر حداکثر مقاومت برشی سطح تماس بولت-دوغاب تعیین می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Rock Bolt-Grout-Rock Interaction in Pullout Test and Determining Load-Displacement Curve of the Bolt Head

نویسندگان [English]

  • mousa Hazrati Aghchai 1
  • Parviz Maarefvand 2
  • hossein Salari-Rad 3
1 PhD Student, Department of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology
2 Associate Professor, Department of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology
3 Assistant Prof./Mining and Metallurgical Faculty
چکیده [English]

The purpose of this paper is to investigate analytically the fully grouted rock bolt interaction with grout and rock in pullout test and to determine the load-displacement curve of the bolt head (beginning of the bonded section). Usually, the pullout test output is only the load-displacement curve. This paper discusses how to use this curve to determine the bolt-grout-rock interaction. For modeling bolt-grout interface behavior, coupling (compete for bonding), partial decoupling, decoupling with the residual shear strength, and complete decoupling have been considered. With increasing the applied load, two possible cases including complete pullout and bolt shank yielding are considered. Based on experimental results, a model for the shear stress along a fully grouted bolt is assumed. According to this model, the distribution of axial stress in the bolt and displacement of the bolt head is determined. It is also assumed that the bolt is sufficiently long, which is usually used in underground excavations. Based on the presented analytical method, the bolt head load-displacement curve is determined by assuming input parameters. This curve is compared with a pullout test result.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fully grouted Rock bolt
  • Pullout test
  • Bolt-Grout-Rock interaction
  • Analytical method
  • load-displacement curve
[1]    Ö. Aydan, Rock Reinforcement and Rock Support, CRC Press, 2018.
[2]    C. Li, B. Stillborg, Analytical models for rock bolts, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 36 (1999) 1013-1029.
[3]    G.S. Littlejohn, D.A. Bruce, Rock anchors-Design and quality control, in:  The 16th US Symposium on Rock Mechanics (USRMS), American Rock Mechanics Association, 1975.
[4]    I.W. Farmer, Stress distribution along a resin grouted rock anchor, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 12 (1975) 347-351.
[5]    S.P. Signer, Field Verification of Load Transfer Mechanics of Fully Grouted Roof Bolts, Ri 9301,  (1990) 13.
[6]    B. Stillborg, Professional users handbook for rock bolting, Trans Tech Publications, 1986.
[7]    A.J. Hyett, W.F. Bawden, R.D. Reichert, The effect of rock mass confinement on the bond strength of fully grouted cable bolts, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and, 29 (1992) 503-524.
[8]    A.J. Hyett, W.F. Bawdent, A Constitutive Law for Bond Failure of Fully-grouted Cable Bolts Using a Modified Hoek Cell, 32 (1995) 11-36.
[9]    A.J. Hyett, M. Moosavi, W.F. Bawden, Load distribution along fully grouted bolts, with emphasis on cable bolt reinforcement, International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 20 (1996) 517-544.
[10]   P.K. Kaiser, S. Yazici, J. Nose, Effect of stress change on the bond strength of fully grouted cables, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 29 (1992) 293-306.
[11]   S. Yazici, P.K. Kaiser, Bond strength of grouted cable bolts, International journal of rock mechanics and mining sciences & geomechanics abstracts, 29 (1992) 279-292.
[12]   B. Benmokrane, A. Chennouf, H.S. Mitri, Laboratory evaluation of cement-based grouts and grouted rock anchors, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and, 32 (1995) 633-642.
[13]   F.F. Ren, Z.J. Yang, J.F. Chen, W.W. Chen, An analytical analysis of the full-range behaviour of grouted rockbolts based on a tri-linear bond-slip model, Construction and Building Materials, 24 (2010) 361-370.
[14]   M.L. Blanco, M. Tijani, F. Hadj-Hassen, A new analytical solution to the mechanical behaviour of fully grouted rockbolts subjected to pull-out tests, Construction and Building Materials, 25 (2011) 749-755.
[15]   M.L. Blanco, 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.
[16]   L. He, X.M. An, Z.Y. Zhao, Fully Grouted Rock Bolts: An Analytical Investigation, Rock Mechanics and Rock Engineering, 48 (2015) 1181-1196.
[17]   Y. Cai, T. Esaki, Y. Jiang, An analytical model to predict axial load in grouted rock bolt for soft rock tunnelling, Tunnelling and Underground Space Technology, 19 (2004) 607-618.
[18]   Y. Cai, T. Esaki, Y. Jiang, A rock bolt and rock mass interaction model, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41 (2004) 1055-1067.
[19]   S. Ma, J. Nemcik, N. Aziz, An analytical model of fully grouted rock bolts subjected to tensile load, Construction and Building Materials, 49 (2013) 519-526.
[20]   S. Ma, J. Nemcik, N. Aziz, Z. Zhang, Analytical model for rock bolts reaching free end slip, Construction and Building Materials, 57 (2014) 30-37.
[21]   S. Ma, Z. Zhao, W. Nie, X. Zhu, An Analytical Model for Fully Grouted Rockbolts with Consideration of the Pre- and Post-yielding Behavior, Rock Mechanics and Rock Engineering, 50 (2017) 3019-3028.
[22]   S. Ma, Z. Zhao, W. Nie, Y. Gui, A numerical model of fully grouted bolts considering the tri-linear shear bond-slip model, Tunnelling and Underground Space Technology, 54 (2016) 73-80.
[23]   J. Nemcik, S. Ma, N. Aziz, T. Ren, X. Geng, Numerical modelling of failure propagation in fully grouted rock bolts subjected to tensile load, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 71 (2014) 293-300.
[24]   C. Cao, T. Ren, C. Cook, Y. Cao, Analytical approach in optimising selection of rebar bolts in preventing rock bolting failure, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 72 (2014) 16-25.
[25]   M. Ghadimi, K. Shahriar, H. Jalalifar, A new analytical solution for the displacement of fully grouted rock bolt in rock joints and experimental and numerical verifications, Tunnelling and Underground Space Technology, 50 (2015) 143-151.
[26]   M. Ghadimi, K. Shahriar, H. Jalalifar, An Analytical Model to Predict Shear Stress Distribution in Fully Encapsulated Rock Bolts, Geotechnical and Geological Engineering, 33 (2015) 59-68.
[27]   M. Ghadimi, K. Shahriar, H. Jalalifar, Improvement of rock bolt profiles using numerical method, International Journal of Mining and Mineral Engineering, 6 (2015) 373.
[28]   C. Chunlin Li, A new energy-absorbing bolt for rock support in high stress rock masses, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 47 (2010) 396-404.
[29]   R. Guan, Z. Huanchun, Z. Chuangbing, Testing study on working mechanism of fully grouted bolts of thread steel and smooth steel, Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 23(3) (2004) 469-475.