Reliability assessment of Needle Penetration Index for estimating compressive strength of some sedimentary rocks from the Qom Formation, Central Iran

Document Type: Research Paper

Authors

Department of Geology, Faculty of Sciences, Bu-Ali Sina University, Mahdieh Ave, Hamedan 65175-38695, Iran

Abstract

In this paper, the needle penetrometer test was utilized to explore the reliability of the Needle Penetration Index (NPI) for estimating the Unconfined Compressive Strength (UCS) of sedimentary rocks including gypsum, marl, siltstone and sandstone collected from the Qom Formation. Following the UCS and NP test, regression analyses were carried out to control the predictive performances of NPI. Statistic performance indices such as determination coefficient (R2) the Root Mean Square Error (RMSE) and Variance Account For (VAF) are calculated. Regression analyses suggest meaningful relationships between UCS and NPI, for gypsum, marl, siltstone and all rock types as whole. The results are reasonably meaningful, excluding for sandstone which NPI does match with values of UCS prediction. As NPI could only penetrate to a maximum of 10 mm depth, it is not representative of intrinsic properties (e.g. texture and mineralogy) that control their UCS. Cross-plot of UCS/NPI vs. UCS and regression analysis was carried out to overcome this uncertainty. Results obtained from this purposed approach suggest that it is more reliable than those achieved from UCS vs. NPI. The derived equations are in good corresponding with those suggested by other researchers. Additionally, control data test was applied to make sure their validation.

Keywords


Article Title [Persian]

ارزیابی اعتبار شاخص نفوذ سوزن برای برآورد مقاومت فشاری برخی سنگ‌های رسوبی سازند قم، ایران مرکزی

Author [Persian]

  • مجتبی حیدری
دانشگاه بوعلی سینا
Abstract [Persian]

در این مقاله، اعتبار شاخص نفوذ سوزن (NPI) حاصل ازآزمایش نفوذ سوزن، به منظور تخمین مقاومت فشاری تک محوری سنگ‌های رسوبی شامل ژیپس، مارن، سیلتستون و ماسه سنگ سازند قم ارزیابی‌شده‌است. کارایی شاخص نفوذ سوزن، با انجام آزمایش‌های نفوذ سوزن و مقاومت فشاری تک محوری با استفاده از آنالیز رگرسیونی و محاسبه شاخص‌های آماری مانند ضریب تعیین (R2)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و شاخص عملکرد (VAF) بررسی شد. بررسی‌های رگرسیونی، بین UCS و NPI ، یکبار برای ژیپس، مارن، سیلتستون و ماسه سنگ به صورت مجزا و یکبار برای تمامی سنگ ها انجام شد. نتایج برای تمامی سنگها به استثنای ماسه سنگها، بطور قابل توجهی معنا دار است. با توجه به اینکه شاخصNPI از نفوذ سوزن تا عمق 10 میلیمتری قشرسطحی سنگ بدست آمده است، نمی‌تواند نمایانگر ویژگی‌های ذاتی سنگ (مانند بافت و کانی‌شناسی و ...) باشد. ویژگیهای ذاتی مقاومت فشاری تک‌محوری سنگ را کنترل می‌کنند. از ترسیم نسبت UCS/NPI در مقابل مقاومت فشاری تک محوری و تحلیل رگرسیونی برای رفع این عدم اطمینان استفاده شد. این روش در مقایسه با روش مرسوم ترسیم "مقاومت فشاری تک محوری در مقابل شاخص نفوذ سوزن" ، نتایج قابل اطمینان-تری نشان داد. روابط استخراج شده، مطابقت خوبی با روابط پیشنهاد شده توسط سایر محققین دارد. افزون بر این، داده های کنترلی برای اطمینان ازصحت روابط بکار برده شد.

Keywords [Persian]

  • مقاومت فشاری تک محوری
  • آزمایش نفوذ سوزن
  • شاخص نفوذ سوزن
  • سازند قم