بخشی از مقاله
چکیده:
انفجار سنگ ، شکست ناپایدار سنگ های بی دوام و شکننده ، بیش از 100 سال است که تا حد زیادی در ارتباط با مکانیک سنگها و مهندسی خاک و پی مورد توجه بوده است . شناخت کنونی در مورد مکانیزم مکانیکی انفجار و ترکیدن سنگ براساس تئوری کولمب ، یعنی تئوری شکست برش فشردگی است. این مقاله مجموعه هایی از پدیده های کششی و برش کششی انفجار سنگ را شرح می دهد و هدف آن ارائه روشی برای آنالیز و بررسی حالت شکستگی و فرآیند اتلاف انرژی آن براساس تئوری گریفیت می باشد . باور بر این است که - 1: حالت های شکستگی انفجار سنگ باید شامل برش فشردگی، برش کششی و شکستگی های ناشی از کشش به تنهایی باشد . - 2 زاویه گسستگی جرم سنگ با رخداد تنش کششی کاهش می یابد . - 3 مقدار انرژی سینتیکی در انرژی حاصل از تغییر شکل نسبی رها شده از انفجار سنگ ممکن است بسیار بزرگ تر از انرژی انتقال یافته به انرژی سطح باشد - 4. شناخت حالت های شکستگی ناشی از کشش و برش کششی انفجار سنگ ممکن است اصل تفکر در مورد کنترل انفجار سنگ را تغییر دهد ، یعنی ، از حفظ کاهش تنش فشردگی اولیه تا محدود کردن ایجاد تنش کششی را باعث میگردد.
کلمات کلیدی: شکست ، شکستگی برش کششی ، معیار گریفیت ، تغییر شکل نسبی
.1مقدمه
انفجار و شکست سنگ ، شکست بی ثبات سنگ های بی دوام و شکننده ، بارها در پروژه های مهندسی روی زمین و زیرزمین در جنوب غربی چین اخیراً روی داده است و در مهندسی زمین شناسی و مکانیک های سنگ مشکلاتی را بوجود آورده است . عوامل مربوط به انفجار سنگ معمولاً بدین ترتیب مورد توجه قرار می گیرند :
- 1 تنش یا تاب بالای پوسته . این تنش که در جنوب غربی چین شناخته شده است با ساختار زمین شناسی و مکان نگاری مطرح می شود . حرکت تکتونیک - زمین ساختی - فعال تنش بالای وسته ای را القاء می کند و مجموعه ای از نواحی با تنش زمین شناسی متراکم مواجه می شوند . بسیاری از تنش های ارزیابی شده در محل ، ، متجاوز از 20 Mpa هستند و حداکثر مقدار آن حتی به 57/27 Mpa در موقعیت سه ایستگاه قوه محرکه مولد برق xiaowan که در رودخانه Lancang استان یونان Yunnan قرار دارد ، می رسد .
- 2 سنگ و یا صخره سخت و سنگین . بیشتر ساختارهای کلیدی در سنگ های سخت و سنگین جای دارند ، مانند گرانیت ، گنیس ، مرمر یا سنگ ماسه ضخیم سخت با تاب فشردگی تک محوری - - UCS بیش از . 60 Mpa
- 3 حفاری ، در چند دهه اخیر ، بسیاری از پروژه های مهندسی زیر زمینی با حفاری های بزرگ مقیاس مواجه بوده است . با توجه به ایستگاه قوه محرکه مولد برق Xiaowan بعنوان یک مثال ، ارتفاع شیب برش در مکان سد به 980 m می رسد و ضخامت سنگ حفاری شده بیش از 90 متر است و برای ایستگاه 2 قوه محرکه مولد برق جینپینگ در رودخانه یا لونگ در استان سی چو آن ، هندسه نیروگاه زیر زمینی به عرض 28/9 ، به ارتفاع 73 m و طول 277 m می باشد .
تحقیق در مورد انفجار سنگ از زمانی که 7 واقعه در معادن طلای آفریقای جنوبی در سال 1908 رخ داد . از تاریخچه بلندی برخوردار است . بعد از آن ، انفجار سنگ چندین بار در معادن عمیق در آفریقای جنوبی ، آلمان ، روسیه ، لهستان ، انگلستان ، شیلی ، کانادا و ایالات متحده و سایر کشورها یا نواحی رخ داد . اولین ثبت انفجار و ریزش سنگ در چین ، انفجار زغال سنگ در معدن زغال سنگ شنگلی در فوشون ، شمال شرقی چین در سال 1933 است . از آن پس انفجار و ریزش سنگ در معادن ، تونل های انحرافی ، بزرگ راه ها ، راه آهن ، نیروگاه های زیر زمینی و غیره بارها تکرار شده است . قابل توجه ترین انفجار و ریزش سنگ ها در تونل بزرگ راه ارلانگ شان ، تونل راه آهن کواین لینگ و تونل انحرافی ایستگاه 2 قوه محرکه مولد برق جینپینگ شب شده است .
روند عالی در رابطه با تحقیقات نظری در طی چند دهه گذشته ایجاد شده است ، چندین مجموعه از معیارها و روش های ارزیابی برای بررسی رخداد و شدت انفجار و ریزش سنگ پیشنهاد شده است ، مانند روش هوئک ، روش ترچانینوف ، روش کی دی بینسکی ، معیار روسنس ، روش GU ، معیار XU-Wang ، معیار HOU و معیار Tao و .... . - 1 - به هر حال بیشتر معیارها و یا روش ها براساس یک مفهوم مشترک هستند ، یعنی نسبت به مقاومت که نشان می دهد انفجار سنگ در حالت گسیختگی فشردگی و تراکم شکل می گیرد . بعنوان یک شرط لازم ، محققین تلاش می کنند از تئوری کولمب برای تجزیه و تحلیل علل پدیده های انفجار و ریزش سنگ ، پیش بینی وسعت خسارت و پیدا کردن معیارهای احتمالی کنترل مهندسی استفاده کنند . مشکلات در تئوری کولمب زمانی پیش بینی می شود که در اصل انفجار ریزش سنگ طبق این جنبه ها وجود داشته باشد :
- 1 تئوری کولمب در اصل برای بررسی فشردگی و شکست برش استفاده می شود . لیکن در واقع ، انفجار و ریزش سنگ اغلب در سنگ های بی دوام و شکننده زمانی رخ می دهد که تنش اصلی بسیار کمتر از UCS آن باشد .
2 طبق تئوری کولمب ، زاویه شکستگی - گسیختگی - سنگ ، یعنی زاویه میان سطح شکستگی و می تواند به این صورت بیان شود - 1 - در حالی که، زاویه اصطکاک داخلی سنگ است که معمولاً کمتر از می باشد . بنابراین زاویه گسیختگی باید بطور نظری بیش از باشد . متأسفانه اغلب می تواند در سطح حفاری تا کوچک باشد که شکستگی تیغه مانند نامیده می شود . در دیوار پهلویی فضای زیر زمین ، زاویه می تواند حتی بعنی شکستگی سطح باشد .
Jaeger و - 2 - Cook سعی کردند از تئوری گریفت برای شرح مکانیزم شکستگی مواد شکننده استفاده کنند. به هر حال ، تئوری گریفیت بطور مناسب برای شرح پدیده شکستگی و هدایت کنترل واقعه در یک توده سنگ بکار گرفته شده است . دلیل اصلی این است که تئوری گریفیت بطور طبیعی فقط در مکانیزم شکستگی کششی و برش کششی قابل استفاده در نظر گرفته می شود . اعتقاد بر این است که بیشتر توده های سنگی تحت تنش برش فشردگی و تراکم هستند و مقدار زیادی از تنش فشردگی در توده سنگ شکل نخواهد گرفت چون ناپیوستگی در توده سنگ از مقاومت کششی برخوردار نمی باشد . در حقیقت ، سوء تفاهم می باشد . این مقاله براساس تئوری گریفیت سعی می کند به بررسی و تحلیل پدیده شکستگی توده های شکننده سنگ در حین حفاری بپردازد ، مانند زاویه کوچک گسیختگی ، مکانیزم های مکانیکی و فرآیند انرژی و سعی دارد یک اصل نظری برای کنترل آسیب به سنگ را ارائه دهد .
- 2 پدیده شکستگی نوعی سنگ های شکننده در حفاری در این بخش ، ما بطور خلاصه برخی از پدیده های گسستگی توده های سنگ را معرفی می کند که توسط حفاری در حین ایجاد و ساخت ایستگاه قوه محرکه مولد برق در جنوب غربی چین القاء می شود .
1-2 پدیده های گسستگی در حفاری پایه - پی ریزی - سد ایستگاه قوه محرکه مولد برق Xiaowan ایستگاه قوه محرکه مولد برق Xiaowan در رودخانه Lancang در استان Yunnan ساخته می شود . سد به ارتفاع 292 متر با دو کمان منحنی است . حداکثر ارتفاع حفاری عمودی فوندانسیون 90 متر است . فوندانسیون سد از جنس گنیس همراه با UCS تحت فشار 95-170 ، زاویه اصطکاک داخلی و ضریب ارتجاعی - کشسانی - 34-42 Gpa می باشد . تنش اصلی با انواع شیب از 20 تا Mpa 35 و حداکثر مقدار در عمق 50 متر زیر سطح زیرین دره که به 57/37 Mpa می رسد ، اندازه گرفته شد . هسته های سنگ به شدت از شکستگی به شکل ورقه ای نازک برخوردار است .
مجموعه ای از پدیده های انفجار سنگ می تواند در سطح حفاری مشاهده شود . بعلاوه ، همچنین پیاز - پوسته و سایر حالت های خاص شکستگی وجود دارد . تصویر 1 نشان می دهد که زاویه شکستگی بسیار کوچک است حتی کمتر از .
الف - سطوح بزرگ شبیه به ورقه های شکستگی
ب - پولک های تیز با جابجایی برش باز
ج - شکستگی با کمان شکسته
د - باز شدن سطح شکستگی در حفره ها
- 2-2 شکستگی توده های سنگ اطراف در نیروگاه زیرزمینی بزرگ مقیاس
ایستگاه 1 قوه محرکه مولد برق در رودخانه یا لونگ ، استان سی چو آن به ارتفاع سد 305 متر ساخته می شود . گودال های زیر زمینی شامل نیروگاه های اصلی ، مخزن ترانسفورماتور و مجموعه ای از تونل ها می باشد . اندازه نیروگاه اصلی ، 277 m × 73 m × 28/9 m است . UCS سنگ های اطراف ، مرمر لایه لایه شده ضخیم ، از 50 تا Mpa 129 تغییر می کند . ضریب الاستیکی 20-45 Gpa و زاویه اصطکاک داخلی است . حداکثر تنش اصلی داخلی در اطراف تأسیسات حدود 35/7 Mpa می باشد . شکستگی ها در حین حفاری فضاهای زیرزمینی در اصل دو نوع شکستگی را در بر می گیرد : - 1 شکستگی فلسی و کوچک توسط عملیات اکستروژن - با فشار بیرون راندن - در پایه طاق بالایی یا موقعیتی که انحناء بزرگ تری دارد و - 2 شکافتن ورقه ای در دیوار کناری - شکل . - 2
