نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

بررسی تاثیر ناهمگنی بر مکانیزم شکست نمونه‌های سنگی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.
چکیده
سنگ ها به علت اینکه از کانی‌های مختلف تشکیل شده‌اند معمولا دارای ساختاری ناهمگن می‌باشند. این ساختار ناهمگن همواره فرایند توسعه ترک و گسیختگی نمونه‌های سنگی را تحت تاثیر قرار می‌دهد. از طرف دیگر در اکثر مطالعات مربوط به مکانیک گسیختگی سنگ‌ها، نمونه‌های سنگی همگن در نظر گرفته می‌شوند و یا به اثرات ناشی ناهمگنی نمونه‌ها توجهی نمی‌شود. در این مطالعه، تلاش شده است تا با استفاده از تغییر میزان پراکندگی (واریانس) خواص مکانیکی سنگ، ناهمگنی خواص مکانیکی در نمونه‌های سنگی شبیه‌سازی شود و اثرات آن بر مکانیزم شکست سنگ‌ها مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور از نرم افزار PFC برای شبیه سازی نمونه‌های سنگی استفاده شده است. این نرم‌افزار بر مبنای پارامترهای میکرمکانیکی اعمالی به پیوندها و مقایسه خواص مکانیکی نمونه شبیه‌سازی شده با نتایج آزمون‌های آزمایشگاهی کالیبره می‌شود. مدل پیوندی استفاده شده در مدل‌سازی، مدل پیوند مسطح است. در این مدل، هر پیوند به صورت یک سطح محدود بین دو سطح فرضی می‌باشد که این سطح خود به چندین قسمت تقسیم شده است که هر کدام از این قسمت‌ها دارای مقاومت اولیه‌ایی هستند. بر این اساس یکی از پارامترهای موثری که رفتار مکانیکی نمونه‌های شبیه‌سازی شده تاثیر می‌گذارد مقاومت چسبندگی بین پیوندها می‌باشد. در این مطالعه با در نظر گرفتن مقدار پراکندگی مختلف برای چسبندگی پیوندها، نمونه‌هایی با ناهمگنی مختلف شبیه‌سازی شده است. همچنین برای بررسی جامع‌تر موضوع، سعی شده از سنگ‌های مختلف با شاخص شکنندگی متفاوت استفاده شود. برای این منظور سه نمونه سنگ یا شبه‌سنگ، از جمله گچ، ماسه‌سنگ و گرانیت با نسبت شاخص‌های شکنندگی 6.6، 13.7 و 22.4 انتخاب شده است. نتایج شبیه‌سازی‌های انجام شده نشان می‌دهد که شکل شکست نمونه با تغییر انحراف استاندارد چسبندگی بین پیوندها، تغییر می‌کند. بنابراین برای تعیین مقدار انحراف استاندارد چسبندگی در شبیه سازی باید شکل شکست نمونه شبیه سازی شده با شکل شکست نمونه در آزمایشگاه مطابقت داشته باشد.
کلیدواژه‌ها