بخشی از مقاله
خلاصه
در این مطالعه به بررسی اثر بار کششی راکبولت بر رفتار درزه مجاور با استفاده از نرم افزار Franc 2D پرداخته شده است. در مدل ارائه شده دو راکبولت به فاصله ثابت 4a از یکدیگر قرار گرفته و میزان بار کششی وارد شده بر هر یک از آنها 10 MPa میباشد. درزه به طولهای متغیر a، 2a و 4a با فاصلهداری مرکز درزه تا مرکز فاصله بین راکبولتها 4a و درزه تحت زاویه ثابت 30 درجه نسبت به امتداد قائم قرار دارد. نتایج مدلسازی نشان داد که در یک درزه با جهتداری و فاصلهداری ثابت، طول رشد ترک داخلی بیشتر از طول رشد ترک خارجی است. با افزایش طول درزهها، تمرکز تنش کششی 1 در نوک درزه افزایش مییابد و باعث افزایش طول رشد ترک میشود. همچنین نتایج نشان داد که طول رشد ترک داخلی همواره بیشتر از طول رشد ترک خارجی می باشد.
کلمات کلیدی: : مدلسازی عددی، نرمافزار Franc 2D، تأثیر طول درزه، رفتار برشی درزه، راکبولت
1. مقدمه
راکبولتها به عنوان یک نگهداری مؤثر در پروژههای معدنی و عمرانی کاربرد دارد. راکبولتها را میتوان به انواع مختلف فعال و غیر فعال تقسیم-بندی نمود که عبارتند از: راکبولتهای شکاف و گوه، راکبولتهای رزینی، راکبولتهای دوغابی و... . طراحی راکبولتها همچنان تجربی بوده و اندرکنش بین راکبولت و سنگ پیچیده میباشد.
هر چند با مطالعات برجا میتوان از عملکرد راکبولت و اندرکنش آن با سنگ اطلاعات مفیدی را کسب نمود ولی انجام این کار مشکل و پرهزینه میباشد. روش معمول برای بررسی عملکرد راکبولت استفاده آزمایش کشش راکبولت میباشد. از اوایل دهه 1980، مطالعات متعددی در مورد نصب راکبولت در تستهای مختلف انجام شده است[1] Freeman .[1-3] روند بارگذاری راکبولت و توزیع تنشهای برشی در امتداد راک-بولت را بررسی نمود و مفاهیمی همانند نقطه خنثی و طول مؤثر را ارائه داد. مطابق این مفاهیم زمانیکه نیروی محوری در راکبولت ماکزیمم است، جابجایی تودهسنگ و راکبولت در نقطه خنثی یکسان است.
[4] Indraratna یک مدل ریاضی برای طراحی راکبولتهای دوغابی مطابق معیار الاستوپلاستیک ارائه نمود. [5] Jiang at al معیار ریاضی دیگری در رابطه با اتساع تودهسنگ تحت اثر راکبولت ارائه نمود. مطالعات دیگر نشان دادند زمانی که لغزش اتفاق میافتد، نقطه خنثی مفهوم ندارد .[6-9] مطالعه اندرکنش بین راکبولت و سنگ اطراف با استفاده از تئوری بار-فیبر - بافت - قابل ارزیابی میباشد. این تئوری بر اساس تئوری الاستیک برقرار است [11] Whittle .[10] مدلی بر اساس تئوری الاستیک ارائه نمود که بر اساس آن می- توان رفتار کشش راکبولت را مطالعه نمود. در مطالعات گذشته، اندرکنش درزه مجاور راکبولت بررسی نشده است. هدف این مقاله بررسی تأثیر طول درزههای مجاور یک راکبولت بر مکانیزم شکست آن منطقه میباشد.
2. مدلسازی
در این مطالعه به بررسی اثرات بار کششی راکبولت بر رفتار درزه مجاور با استفاده از نرم افزار Franc 2D پرداخته شده است. شکل 1 نشان دهنده مدل شماتیک مورد بررسی در این مطالعه میباشد که نشان میدهد دو راکبولت به فاصله ثابت 4a از یکدیگر قرار دارند و میزان بار وارد شده بر هر یک از آنها 10 مگاپاسکال به صورت کششی است و یک درزه که فاصله مرکز آن تا مرکز فاصله بین راکبولتها 4a میباشد درون توده سنگی با مشخصات چقرمگی 1,1، نسبت پواسون 0,3، مدول یانگ 6000 مگاپاسکال و چگالی 3,5 کیلوگرم بر متر مکعب قرار دارد. در این بررسی طول درزه به صورت متغییر به اندازههای a، 2a، 4a و تغییرات زاویه درزه با امتداد قائم به صورت ثابت به اندازه =30 درجه در نظر گرفته شده است.
3. بررسی نتایج مدلسازی
شکل-2 الف مدلسازی انجام شده را برای درزه با طول a تحت زاویه 30 درجه نسبت به امتداد قائم نشان داده است همان طور که مشاهده میشود درزه بعد از اعمال بار وارد شده بر راکبولت در امتداد طول آن از نوک درزه، شروع به رشد و گسترش کرده است. نوک ترک شماره - tip1 - 1 درزه به اندازه 5a نسبت به امتداد درزه رشد کرده که ابتدا تحت زاویه 1 حدود 35 درجه به اندازه a و سپس تحت زاویه 2 حدود 50 درجه نسبت به امتداد درزه به اندازه 4a به سمت خارج رشد کرده و نوک ترک شماره - tip2 - 2 درزه به همان صورت اشاره شده در ترک شماره 1 نسبت به امتداد درزه به سمت خارج رشد داشته است و درزه داخل توده سنگ مورد نظر رشد کرده و به هیچ عنوان باعث شکست در دیواره اعمالی بار نشده است.
شکل -2 ب به بررسی کانتورهای تنش 1 وارد بر درزه پرداخته است که مقدار تنش وارد بر نوک درزه رشد کرده 3,1415 مگاپاسکال و بیشترین مقدار تنش 7,230 مگاپاسکال و کمترین مقدار تنش - 0,2033 مگاپاسکال بر سایر نقاط توده سنگ وارد می شود.
شکل -3 الف مدل سازی انجام شده را برای درزه با طول 2a تحت زاویه 30 درجه نسبت به امتداد قائم نشان داده است همان طور که مشاهده میشود درزه بعد از اعمال بار وارد شده بر راکبولت در امتداد طول آن از نوک درزه، شروع به رشد و گسترش کرده است. نوک ترک شماره - tip1 - 1 درزه به اندازه 5a نسبت به امتداد درزه رشد کرده که تحت زاویه 1 حدود 55 درجه و نوک ترک شماره - tip2 - 2 درزه به اندازه 6a و تحت زاویه 2 حدود 50 درجه نسبت به امتداد درزه به سمت خارج رشد داشته است و درزه داخل توده سنگ مورد نظر رشد کرده و به هیچ عنوان باعث شکست در دیواره اعمالی بار نشده است.
شکل -3 ب به بررسی کانتورهای تنش 1 وارد بر درزه پرداخته است که مقدار تنش وارد بر نوک درزه رشد کرده 3,1465 مگاپاسکال و بیشترین مقدار تنش 7,247 مگاپاسکال و کمترین مقدار تنش - 0,2089 مگاپاسکال بر سایر نقاط توده سنگ وارد میشود.
