Cường độ kéo tách và phát triển vết nứt của đá đồng nhất theo lớp trong thí nghiệm Brazilian

Cường độ kéo tách và phát triển vết nứt của đá đồng nhất theo lớp được nghiên cứu.bằng thí nghiệm Brazilian trên đá gneiss và slate, 2 mẫu đá đặc trưng có tính dị hướng theo lớp của đá
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cường độ kéo tách và phát triển vết nứt của đá đồng nhất theo lớp trong thí nghiệm Brazilian Hội nghị Khoa học kỷ niệm 50 năm ngày thành lập Viện KHCN Xây dựng CƯỜNG ĐỘ KÉO TÁCH VÀ PHÁT TRIỂN VẾT NỨT CỦA ĐÁ ĐỒNG NHẤT THEO LỚP TRONG THÍ NGHIỆM BRAZILIAN *Đinh Quốc DânTÓM TẮT: Cường độ kéo tách và phát triển vết nứt của đá đồng nhất theo lớp được nghiên cứubằng thí nghiệm Brazilian trên đá gneiss và slate, 2 mẫu đá đặc trưng có tính dị hướng theo lớp củađá. Với332 mẫu thí nghiệm tương ứng với ma trận {7x7} các trường hợp khác nhau thể hiện tính dị hướngthông qua thế nằm của mặt yếu và phương của tải trọng tác dụng. Kết hợp mô phỏng số các trườnghợp đã cho kết quả ảnh hưởng của tính dị hướng tới kết quả cường độ kéo tách và sự hình thànhphát triển vết nứt của đá trong không gian 3 chiều. Đồng thời, kết quả mô phỏng số đã làm sáng tỏtính phức tạp của cơ chế phá hoại trong từng mẫu đá, sự phát triển vết nứt trong mẫu tương ứngvới mức độ thay đổi đặc trưng tính dị hướng của đá.TỪ KHOÁ: thí nghiệm Brazilian; cường độ kéo tách; đá dị hướng; mặt phân lớp; hệ số dịhướng1 GIỚI THIỆUThí nghiệm Brazilian hay còn gọi thí nghiệm kéo tách là phương pháp gián tiếp xác địnhcường độ kéo cho đá và các vật liệu dòn khác. Thí nghiệm này được sử dụng rộng rãi trongcơ học đá nhờ việc chuẩn bị mẫu đơn giản, thiết bị thí nghiệm trên máy chuyên dụng hoặcđơn giản trên máy nén một trục sử dụng mẫu đĩa tròn hay trụ tròn chịu nén xuyên tâm. Dướilực nén đối xứng phân bố đều trên 2 cung tròn của ngàm gia tải, theo lý thuyết, mẫu thínghiệm bị phá hoại theo trạng thái ứng suất 2 trục (nén theo phương thẳng đứng và kéo theophương ngang) phát triển từ tâm mẫu. Cường độ kéo lớn nhất khi phá hoại xảy ra tại tâmmẫu và kết quả mẫu bị tách thành 2 nửa [1].Thí nghiệm Brazilian được phát triển từ năm 1943 [2]. Những nghiên cứu liên quan đếncường độ kéo cho đá đồng nhất đã được nghiên cứu nhiều, tuy nhiên những nghiên cứutrên đá dị hướng cho đến giờ còn hạn chế [3-5]. Việc diễn giải kết quả thí nghiệm cho đá dịhướng còn giới hạn do phương trình đầy đủ trường ứng suất-biến dạng và cơ chế phá hoạicơ học chưa thoả đáng [1, 6-12]. Rất ít những nghiên cứu có tính hệ thống kể đến ảnh hưởngcủa cấu trúc phân lớp (thế nằm, mặt yếu) đến cường độ kéo cho tới thời điểm hiện nay [5, 7,13]. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm bằng thí nghiệm Brazilian cho các mẫu có hướng khácnhau theo mặt yếu và hướng tải trọng tác dụng lại càng giới hạn, dẫn đến diễn giải kết quảthí nghiệm cường độ kéo trong nhiều trường hợp chưa chính xác. 97* Đinh Quốc Dân, Viện CN Địa kỹ thuật – Viện KHCN Xây dựng,dinhdan@yahoo.com 98 (a) Mô hình thí nghiệm (b) Mẫu cát kết bị tách thành 2 n ửa Hình 1. Thí nghiệm Brazilian theo đề xuất của ISRM [14].2 LỰA CHỌN MẪU THÍNGHIỆMMẫu đá được lựa chọn có đặc trưng mức độ đồng nhất khoáng vật và tính dị hướng của cấutrúc khác nhau phụ thuộc vào mức độ phong hoá của đá và nguồn gốc thành tạo từ macma,trầm tích hay biến chất. Mức độ dị hướng của một loại đá cụ thể được định nghĩa bởi sựhiện diện của cấu trúc phần tử về mặt tổng thể như là thế nằm, mức độ phân tầng, phân lớp,nhỏ hơn là cấu trúc phân phiến, khe nứt, dứt gẫy hay rạn nứt hoặc liên kết. Đồng nhất theolớp cũng là đặc trưng phổ biến được biết đến trong khối đá biến chất theo lớp như đáphiến sét (slate), gneiss, filit (phyllites) hoặc đá phiến (schists). Điểm đáng chú ý của các đánày là đã trải qua quá trình thành tạo có thể đã bộ lộ tính dị hướng theo một hay nhiều hướngnhư trong mặt phân lớp và thế nằm như đá phiến sét. Những hướng này nhiều khi khôngsong song với nhau dẫn đến đặc trưng tuyến tính theo lớp có t hể không trùng với đặc trưngphân lớp.Do tính đặc trưng dị hướng riêng biệt nên đá biến chất được lựa chọn nghiên cứu, cụ thể:mẫu đá Leubsdorfer Gneiss (Le.Gs) lấy từ mỏ đá thung lũng Flöha (Germany) and Mosel Slate(My.Sc) lấy từ vùng Mayen-Koblenz (Germany). Các đá biến chất này có tính dị hướngđặc trưng bởi tầng, lớp hoặc thế nằm giống như đá phiến dầu (shales), cát kết, sét kết, đávôi hoặc than đá. Trong những loại đá này, đặc trưng dị hướng là kết quả kết hợp phức tạpcủa quá trình lý hoá kết hợp với sự chuyển dời, ngưng tụ, nén chặt, xi măng hoá....Ứng xử cơ học của đá theo trạng thái cấu trúc phân tử thường được biết đến như thế nằm,phân tầng, phân lớp thể hiện tính dị hướng của đá [3, 17]. Thí nghiệm trong phòng và môphỏng từng trường hợp thí nghiệm được tiến hành trên vật liệu đá đồng nhất theo lớp Le.GsGneiss và My.Sc Slate được tiến hành bởi Dinh [15] bao gồm cả các thí nghiệm xác địnhthông số vật liệu khác của 2 loại mẫu đá này như kết quả thí nghiệm nén 1, 3 trục, ...