مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل

مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل

ارزیابی تغییرات ضریب شکل ذرات بالاست مکعبی و هرمی تحت اثر شکست

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی تبریز (سهند)، تبریز، ایران
2 دکتری ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، مرکز تحقیقات زلزله، دانشگاه صنعتی تبریز (سهند)، ایران.
3 محقق پسا دکتری دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی تبریز (سهند)
4 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی تبریز (سهند)
10.22075/jtie.2026.41951.1780
چکیده
شکل هندسی مصالح دانه‌ای در مقیاس مهندسی، به‌ویژه در شرایطی که شکست ذرات رخ می‌دهد، نقش مهمی در ارزیابیِ عملکردِ مصالح، در سازه‌های عمرانی دارد. در این پژوهش، تأثیر شکست دانه‌ها بر تغییراتِ ضریبِ شکل دانه‌های گوشه‌دار با هندسه‌های هرمی و مکعبی در محدوده اندازه‌ی بالاستِ راه‌آهن (۲ تا ۶ سانتی‌متر) بررسی شد. برای حذف عدم تشابه مصالحِ طبیعی، از دانه‌های مصنوعیِ ساخته‌شده با بتن پودریِ واکنش‌پذیر (RPC) استفاده گردید که دارای مقاومت فشاریِ مشابه سنگدانه‌های طبیعی می‌باشند. دانه‌های هرمی و مکعبی، تحت بارگذاری فشاری تا مرحله گسیختگی قرار گرفتند و تغییرات هندسی آن‌ها با استفاده از ضریبِ شکلِ نسبی مورد ارزیابی قرار گرفتند. بدین منظور توزیع ضرایب شکل در چهار بازه‌ی کم، متوسط، زیاد و بسیار زیاد مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که هندسه ذرات تأثیر قابل‌توجهی بر نحوه شکست و توزیع ضرایب شکل دانه‌ها، پس از بارگذاری دارد. بطوریکه در نمونه‌های هرمی، حدود ۸۴ درصد از دانه‌ها در محدوده ضرایب شکل متوسط و مابقی در محدوده کم قرار گرفتند. در حالی‌که در نمونه‌های مکعبی، حدود ۲۵ درصد از دانه‌ها در محدوده‌های زیاد و بسیار زیاد، ۶۹ درصد در محدوده متوسط و تنها 5/6 درصد در محدوده کم قرار گرفتند. بر اساس این نتایج، شکل هندسی اولیه دانه‌ها عامل اصلی در تغییر میزان حفظ یا کاهش ضریب شکل پس از شکست محسوب می‌شود. تحلیل توزیع اندازه ذرات نشان داد فاکتور شکست هاردین برای دانه‌های هرمی (۲۰/۷۷ درصد) بیشتر از دانه‌های مکعبی (۱۲/۹۱ درصد) است، علی‌رغم کاهش بیشتر ضریب شکل نسبی در دانه‌های مکعبی، که حاکی از مکانیزم‌های متمایز مؤثر بر میزان شکست و تغییر شکل است. همچنین پراکندگی ضریب شکل دانه‌های هرمی نسبت به دانه‌های مکعبی، در بازه‌های معرفی شده کمتر است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of Shape Factor Variations in Cubic and Pyramidal Ballast Particles under Breakage

نویسندگان English

Amir JABARI 1
Vahid GORBANPOOR 2
Haleh MESHKINGHALAM 3
Mehrdad EMAMI TABRIZI 4
1 MSc Student, Civil Engineering Faculty, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
2 PhD, Civil Engineering Faculty, Sahand Earthquake Resaerch Center (SERC), Sahand University of Technology, SUT, Tabriz, Iran.
3 Postdoctoral researcher, Civil Engineering Faculty, Sahand Earthquake Resaerch Center (SERC), Sahand University of Technology, SUT, Tabriz, Iran.
4 Civil Engineering Faculty Sahand University of Technology SUT
چکیده English

Particle shape plays a key role in the mechanical performance of coarse-grained materials in civil engineering applications, particularly when particle breakage occurs. This study experimentally investigates the effect of particle breakage on shape factor changes of angular railway ballast particles with pyramidal and cubic geometries in the ballast size range of 2–6 cm. To minimize the inherent variability of natural aggregates, artificial particles were fabricated from reactive powder concrete (RPC), with compressive strength comparable to that of natural ballast. Pyramidal and cubic particles were then subjected to compressive loading until failure, and their geometric changes were quantified using the relative shape factor. The shape factor distributions were classified into four categories: low, medium, high, and very high. The results show that the initial particle geometry strongly affects both breakage behavior and the post-loading distribution of shape factors. For pyramidal particles, about 84% fell within the medium range, and the remaining particles were classified as low. In contrast, cubic particles exhibited a wider distribution: 25% were in the high and very high ranges, 69% in the medium range, and only 6.5% in the low range. These findings indicate that the initial particle geometry is a governing factor in the extent to which the shape factor is retained or reduced after breakage. PSD analysis showed a higher Hardin breakage factor for pyramidal particles (20.77%) than for cubic particles (12.91%), despite cubic particles having a greater reduction in relative shape factor, suggesting distinct mechanisms govern breakage extent and shape change. Furthermore, pyramidal particles showed less dispersion among the defined shape factor ranges than cubic particles, indicating greater geometric stability of pyramidal forms under compressive loading.

کلیدواژه‌ها English

Shape factor
Reactive Powder Concrete
Granular materials
Ballast
Confined static loading

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 24 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 21 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 24 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 24 مهر 1405
  • تاریخ انتشار 24 مهر 1405