بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق تأثیر جهت یابی، فراوانی و تعداد دسته ناپیوستگی هاي متقاطع در مقاومت سنگ تحت تنش هاي سه محوري به روش تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه هاي سنگ فاقد ناپیوستگی، داراي یک دسته ناپیوستگی، دو دسته ناپیوستگی، سه دسته ناپیوستگی متقاطع منفرد و سه دسته ناپیوستگی متقاطع که یک دسته آنها داراي 4 ناپیوستگی موازي بوده در گروه هاي مختلف داراي زاویه شیب صفحه ناپیوستگی ها با جهت افقی - جهت تنش جانبی - به ترتیب 0، 30، 45، 60 و 90 درجه در کل شامل 20 گروه آماده سازي شده و مقاومت هر گروه تحت فشاري هاي جانبی مختلف به ترتیب 0، 5 ،7 و 10، 14 و 20 مگاپاسکال اندازه گیري شده است. با افزایش زاویه جهت یافتگی ناپیوستگی ها از مقدار 0 تا 30 درجه مقاومت محوري - σ1 - تحت فشار جانبی ثابت، اندکی کاهش می یابد به طوري که مقدار آن کمتر از مقاومت سنگ سالم است. با افزایش زاویه جهت یافتگی از مقدار 30 تا 45 و 60 درجه مقاومت محوري به شدت کاهش می یابد و در زاویه جهت یافتگی برابر 60 درجه، مقاومت محوري حداقل می گردد. سپس با افزایش زاویه جهت یافتگی از مقدار 60 درجه تا 90 درجه مقاومت محوري - σ1 - افزایش می یابد اما مقاومت محوري در 90 درجه کمتر از مقاومت سنگ سالم است. مقاومت یک محوري - σc - سنگ داراي ناپیوستگی به ویژه وقتی که جهت یاقتگی 60 درجه است، حدوداً به مقدار صفر نزدیک می شود اما مقاومت محوري - σ1 - آن تحت تنش هاي سه محوري داراي مقدار قابل توجهی است. با افزایش فشار جانبی میزان تأثیر زاویه جهت یافتگی در مقاومت محوري - σ1 - کاهش مییابد و ناپیوستگی ها تحت مقدار فشارهاي جانبی زیاد مقاومت بیشتري از خود نشان می دهند. با افزایش تعداد دسته ناپیوستگی ها ناحیه شانه اي شکل - ν - کاهشِ مقاومت متأثر از زاویه جهت یافتگی ناپیوستگی ها، گسترش می یابد و به جاي یک نقطه مقاومت محوريِ حداقل در 60 درجه، نقطه مقاومت محوري حداقل دیگري در زاویه جهت یافتگی برابر 30 درجه نیز حاصل میشود.
افزایش تعداد دسته ناپیوستگی ها و فراوانی آنها در کاهش مقاومت سنگ تحت تنش سه محوري مؤثر هستند. تأثیر جهت یابی، تعداد دسته ناپیوستگی ها و فراوانی آنها در فشارهاي جانبی زیاد کاهش یافته و مقاومت سنگ درزه دار به سمت سنگ سالم میل می کند.
کلمات کلیدي: جهت یابی، فراوانی، تعداد دسته ناپیوستگی هاي متقاطع، مقاومت، تنش هاي سه محوري.
1 مقدمه
ویژگی هاي ناپیوستگی ها بارزترین عوامل کنترل کننده مقاومت سنگ تحت اثر تنش هاي سه محوري هستند. وجود ناپیوستگی ها باعث شده است که مقاومت توده سنگ تحت تنش هاي سه محوري به عنوان موضوعی مهم در مکانیک سنگ مطرح شود. ناپیوستگی ها به علت کاهش مقاومت، توده سنگ را ضعیف تر، تغییر شکل پذیر تر و به شدت ناهمسانگرد می سازند. به علت این که ناپیوستگی ها نقش اساسی در مقاومت سنگ تحت تنش هاي سه محوري دارند، تأثیر ویژگی هاي مختلف ناپیوستگی در مقاومت سنگ تحت تنش هاي سه محوري توسط محققان متعددي مورد بررسی قرار گرفته است - جیگر، 1960، بینیاوسکی، 1967، فیرهورس و واورسیک، 1970، براون و ترالُپ،1970، اینشتین و هرشفیلد، 1973، لاما، 1974، لیندهلم و همکاران، 1974،یاجی، 1984، آرورا، 1987، شئوري و همکاران، 1989، راُي، 1993، رامامورتی و آرورا، 1994، سینگ و سینگ،1999، رامامورتی، 2001، سینگ و همکاران، 2002 ، رامامورتی، 2008،امیت و سینگ، 2010، کاراکو و همکاران، . - 2010 تأثیر پارامترهایی همچون جهت یابی و فراوانی ناپیوستگی ها در مقاومت سنگ تحت تنش هاي سه محوري تا کنون تنها براي یک دسته ناپیوستگی مورد بررسی قرار گرفته است.امیت و سینگ - 2010 -
اخیراً توده سنگ داراي یک دسته درزه و زوایاي صفحه درزه با تنش اصلی از 0 تا 90 درجه تحت فشار جانبی 2، 4، 6، 8، و 10 مگاپاسکال به روش عددي و با استفاده از نرم افزاز سه بعدي - 1997 - FALC3D مدل سازي نمودند. نتایج همبسگی خوبی با تئوري جیگر نشان داد. نکته جالب توجه این است که در نرم افزاز FALC براي مدل سازي درزه ها از تئوري جیگر استفاده می شود. تئوري جیگر به علت ساده سازي بیش از حد با نتایج تجربی انطباق نشان نمی دهد. بنابرین روش عددي با استفاده از نرم افزاز FALC کاري شبیه محاسبات رابطه تئوري جیگر انجام می دهد. مدل سازي تجربی ناپیوستگی هاي متقاطع کار سختی بوده به این علت پژوهش هاي اندکی در خصوص تأثیر دسته ناپیوستگی هاي متقاطع آن هم در مقاومت فشاري یک محوري سنگ انجام شده است - لاما، 1974، سینگ و همکاران، - 2002 و هنوز تأثیر تعداد دسته ناپیوستگی هاي متقاطع در مقاومت سنگ تحت تنش هاي سه محوري به روش تجربی مورد بررسی جدي قرار نگرفته است. در این تحقیق تأثیر جهت یابی ناپیوستگی ها، تأثیر دسته ناپیوستگی هاي متقاطع داراي فراوانی مختلف در مقاومت سنگ تحت تنش سه محوري مورد پژوهش قرار می گیرد.
2 آماده سازي، انجام آزمایش ها و تحلیل نتایج
نمونه هاي فاقد ناپیوستگی، داراي یک دسته ناپیوستگی، دو دسته ناپیوستگی، سه دسته ناپیوستگی متقاطع منفرد و سه دسته ناپیوستگی متقاطع که یک دسته آنها داراي 4 ناپیوستگی موازي در گروه هاي مختلف داراي زاویه شیب صفحه ناپیوستگی ها با جهت افقی - جهت تنش جانبی - به ترتیب 0، 30، 45، 60 و 90 درجه در کل شامل 20 گروه آماده سازي شدند. مقاومت هر گروه تحت فشاري هاي جانبی مختلف به ترتیب 0، 5 ،7 و 10، 14 و 20 مگاپاسکال با استفاده از دستگاه آزمایش سه محوري به صورت چند مرحله اي بر اساس استاندارد انجمن بین المللی مکانیک سنگ - 1983 - و انجمن امریکایی آزمون مواد - 1997 - تعیین شد و براي هر فشار جانبی تعداد سه آزمایش انجام شد. آماده سازي نمونه هاي به ویژه داراي سه دسته ناپیوستگی متقاطع که یک دسته از آنها داراي 4 ناپیوستگی موازي است کاري حجیم و مشکل است، به طوري که هر نمونه متشکل از تعداد 20 قطعه در کنار هم است. آزمایش چنین نمونه هایی تحت تنش هاي سه محوري و بازیابی آنها پس از پایان آزمایش ها از داخل سلول سه محوري نیز بسیار دشوار بود. به رغم سخت و طاقت فرسا بودن آماده سازي و آزمایش نمونه ها پروژه به مرحله اجرا در آمد. پنج گروه از نمونه هاي داراي سه دسته ناپیوستگی متقاطع و عمود برهم شامل یک دسته در جهت قائم و عمود بر دو دسته دیگر و دو دسته ناپیوستگی دیگر نیز متقاطع و عمود بر هم طوري که یک دسته داراي 4 ناپیوستگی موازي و جهت یافتگی صفحه آنها با حالت افقی به ترتیب داراي زوایاي 0، 30، 45، 60 و 90 در شکل - 1 - نشان داده شده است.
