نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

مطالعه شکست درزه های ناممتد صفحه‌ای و پلکانی بسته با استفاده از نرم‌افزار PFC2D

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی معدن، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران.
2 گروه مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایران.
چکیده
در این مقاله با استفاده از نرم‌افزار PFC2D ، به مطالعه رفتار برشی درزه‌های ناممتد صفحه‌ای و پلکانی بسته پرداخته شده است. به این منظور مدلی با ابعاد 150× 150میلی‌متر در محیط نرم‌افزار ساخته شد. سپس میکروپارامترهای کالیبره شده در مدل اعمال شد. به منظور بررسی تاثیر درزه های بسته بر روی مکانیزم شکست، مدل درزه صاف smooth joint، در نرم‌افزار انتخاب شد. آزمایش‌های برش مستقیم بر روی دو دسته مدل با درزه های از پیش ایجاد به صورت هم سطح و پلکانی و تنش عمودی 0.1 مگاپاسکال انجام شده است. طول درزه‌های ایجاد شده در مدل‌ها 2، 4 و 6 سانتیمتر و فاصله عمودی بین درزه‌ها در حالت پلکانی 5 سانتیمتر در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می‌دهد که مود شکست و الگوی شکست تابع فاصله‌داری طولی و عرضی درزه‌ها می‌باشد. ابتدا شکست در پل سنگ اتفاق می‌افتد و سپس درزه بسته برش می‌خورد. با افزایش طول درزه مقاومت برشی درزه کاهش می‌یابد. با افزایش زاویه‌داری پل سنگ مقاومت کششی کم می‌شود.
کلیدواژه‌ها

[1] Esterhuizen GS, Dolinar DR, Ellenberger JL. Pillar strength in underground stone mines in the United States. Int J Rock Mech Min Sci. 2011;48(1):42-50.
[2] Esterhuizen GS, Tyrna PL, Murphy MM. A case study of the collapse of slender pillars affected by through-going discontinuities at a limestone mine in Pennsylvania. Rock Mech Rock Eng. 2019;52(12):4941- 4952.
[3] Yang SQ, Jing HW, Huang YH, Ranjith PG, Jiao YY. Fracture mechanical behavior of red sandstone containing a single fissure and two parallel fissures after exposure to different high temperature treatments. J Struct Geol. 2014;69:245-264.
[4] Cao RH, Cao P, Lin H, Fan X, Zhang CY, Liu TY. Crack initiation, propagation, and failure characteristics of jointed rock or rock-like specimens: a review. Adv Civ Eng. 2019;6975751.
[5] Xie HP, Zhu JB, Zhou T, Zhang K, Zhou CT. Conceptualization and preliminary study of engineering disturbed rock dynamics. Geomech Geophys Geo-energ Geo-resour. 2020;6(2):34.
[6] Zhou X-P, Zhang J-Z, Yang S-Q, Berto F. Compression-induced crack initiation and growth in flawed rocks: A review. Fatigue Fract Eng Mater Struct. 2021;1–27.
[7] Bobet A, Einstein HH. Fracture coalescence in rock-type materials under uniaxial and biaxial compression. Int J Rock Mech Min Sci. 1998;35(7):863- 889.
[8] Yang SQ, Jing HH. Evaluation on strength and deformation behavior of red sandstone under simple and complex loading paths. Eng Geol. 2013;164:1-17.
[9] Yang SQ, Tian WL, Huang YH, Ranjith PG, Yu Y. An experimental and numerical study on cracking behavior of brittle sandstone containing two non-coplanar fissures under uniaxial compression. Rock Mech Rock Eng. 2016;49(4):1497-1515.
[10] Wong LNY, Xiong Q. A method for multiscale interpretation of fracture processes in Carrara marble specimen containing a single flaw under uniaxial compression. J Geophys Res–Sol Ea. 2018;123(8):6459- 6490.
[11] Liu XW, Liu QS, Liu B, Zhu YG, Zhang PL. Failure behavior for rocklike material with cross crack under biaxial compression. J Mater Civ Eng. 2019;31(2):06018025.
[12] Du K, Yang CZ, Su R, Tao M, Wang SF. Failure properties of cubic granite, marble, and sandstone specimens under true triaxial stress. Int J Rock Mech Min Sci. 2020;130:104309.
[13] Liu K, Zhao J, Wu G, Maksimenko A, Haque A, Zhang QB. Dynamic strength and failure modes of sandstone under biaxial compression. Int J Rock Mech Min Sci. 2020;128:104260.
[14] Wang HY, Dyskin A, Pasternak E, Dight P. 3D crack growth in biaxial compression: influence of shape and inclination of initial cracks. Rock Mech Rock Eng. 2020;53(7):3161-3183.
[15] Wang HY, Dyskin A, Pasternak E, Dight P, Sarmadivaleh M. Experimental and numerical study into 3D crack growth from a spherical pore in biaxial compression. Rock Mech Rock Eng. 2020;53(1):77-102.
[16] Mughieda O, Karasneh I. Coalescence of offset rock joints under biaxial loading. Geotech Geo Eng. 2006;24(4):985-999.
[17] Prudencio M, Van Sint Jan M. Strength and failure modes of rock mass models with non-persistent joints. Int J Rock Mech Min Sci. 2007;44(6):890-902.
[18] Yang SQ, Huang YH, Ranjith PG. Failure mechanical and acoustic behavior of brine saturated sandstone containing two pre-existing flaws under different confining pressures. Eng Fract Mech. 2018;193:108-121.
[19] Huang D, Gu D, Yang C, Huang R, Fu G. Investigation on mechanical behaviors of sandstone with two preexisting flaws under triaxial compression. Rock Mech Rock Eng. 2015;49: 375-399.
[20] Ghazvinian, A., Sarfarazi, V., Schubert, W., Blumel, M., 2012. A study of the failure mechanism of planar non-persistent open joints using PFC2D. Rock Mech. Rock. Eng. 45 (5), 677–693.
[21] SARFARAZI V, HAERI H, SHEMIRANI A B, HEDAYAT A, HOSSEINI S S. Investigation of ratio of TBM disc spacing to penetration depth in rocks with different tensile strengths using PFC2D [J]. Computers and Concrete, 2017, 20(4): 429−437. DOI: 10.12989/cac.2017.20.4.429.
[22] CHEN S J, YIN D W, JIANG N, WANG F, GUO W J. Simulation study on effects of loading rate on uniaxial compression failure of composite rock-coal layer [J]. Geomechanics and Engineering, 2019, 17(4): 333−342. DOI: 10.12989/gae.2019.17.4.333.
[23] LIU Guang, SUN Wai-ching, LOWINGER S M, ZHANG Zhen-hua, HUANG Ming, PENG Jun. Coupled flow network and discrete element modeling of injectioninduced crack propagation and coalescence in brittle rock [J]. Acta Geotechnica, 2019, 14(13): 843−868. DOI: 10.1007/s11440- 018-0682-1.
[24] YIN Peng-fei, YANG Sheng-qi. Discrete element modeling of strength and failure behavior of transversely isotropic rock under uniaxial compression [J]. Journal of the Geological Society of India, 2019, 93(2): 235−246. DOI: 10.1007/s12594-019-1158-0.
[25] CAO R H, CAO P, LIN H, PU C Z, OU K. Mechanical behavior of brittle rock-like specimens with pre-existing fissures under uniaxial loading: Experimental studies and particle mechanics approach [J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2016, 49(3): 763−783. DOI: 10.1007/s00603-015-0779-x.
[26] WU Shun-chuan, XU Xue-liang. A study of three intrinsic problems of the classic discrete element method using flat-joint model [J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2016, 49(5): 1813−1830. DOI: 10.1007/s00603-015-0890-z.
[27] POTYONDY D O. The bonded-particle model as a tool for rock mechanics research and application: Current trends and future directions [J]. Geosystem Engineering, 2015, 18(1):1−28. DOI: 10.1080/12269328.2014. 998346.
[28] Cheng, C., Chen, X., & Zhang, S. (2016). Multipeak deformation behavior of jointed rock mass under uniaxial compression: insight from particle flow modeling. Engineering Geology, 213, 25-45.
[29] Itasca Consulting Group, Inc. (2014a). PFC (particle flow code in 2 and 3 dimensions), version 5.0 [User’s manual]. Minneapolis, MN: IC