بخشی از مقاله
چکیده
چقرمگی شکست مود یک سنگ - KIC - یکی از پارامترهاي مهم در مطالعات شکست سنگ است که به عنوان بارزترین پارامتر شکست و بیانگر مقاومت ماده سنگی در برابر رشد ترك می باشد. با وجود طبقه بنديهایی که براي آزمایشهاي چقرمگی شکست وجود دارد، بدلیل زمان بر بودن آماده سازي نمونه آزمایش، شکست پیش از موعد نمونهها و دشواري در تعیین کردن اندازه ثابت شیار چورونی استفاده آنها براي توصیف ویژگیهاي سنگ و پیشنهاد شاخص شکست،زیاد گسترده نیست. بنابراین وجود یک روش ساده براي تعیین کردن چقرمگی شکست مفید خواهد بود. بنابراین محققان مختلف سعی کردند تا از طریق روشهاي غیر مستقیم و از روي پارامترهاي مکانیکی دیگر چقرمگی شکست را تعیین کنند.
در این پژوهش به بررسی تجربی ارتباط بین چقرمگی شکست و مقاومت کششی در سنگ آهک سروك پرداخته شد. بعد از اندازهگیري چقرمگی شکست و مقاومت کششی در آزمایشگاه، یک رابطه خطی تجربی بین چقرمگی شکست و مقاومت کششی سنگ آهک مورد مطالعه به صورت KIC=0.243σt پیشنهاد شد. با بررسی نتایج تحقیقات دیگر که در این زمینه بر روي مواد سنگی و خاکی انجام شده، دیده میشود که آنها نیز به یک رابطه خطی رسیدهاند اما ضرایب رابطه براي سنگها، خاکها و روشهاي آزمایش مختلف، کمی متفاوت است.
کلمات کلیدي: چقرمگی شکست، مقاومت کششی، آهک سروك.
1 مقدمه
شکست شکننده سنگ درنتیجه انتشار ترك اتفاق میافتد، بنابراین میتوان آن را مثل یک مسئله مکانیک شکست شرح داد. چقرمگی شکست سنگ - KIc - یکی از پارامترهاي مهم هم در مطالعات تئوریکی و هم در کاربردهاي وابسته به شکست سنگ است. همانطور که میدانیم رشد ترك اغلب ماهیتی ناگهانی و ناپایدار دارد.بدین سبب تخمین مقدار چقرمگی شکست جهت فهم رفتار محیطهاي سنگی از اهمیت ویژهاي برخوردار است.تا کنون سه روش براي اندازه گیري چقرمگی شکست سنگ توسط ISRM پیشنهاد شده است. تست اول، آزمایش بارگذاري کششی بر نمونه Chevron Notched Short Rod، آزمایش دوم، آزمایش بارگذاري خمشی سه نقطهاي بر نمونه Chevron Notched Round Bar و آزمایش سوم، آزمایش بارگذاري فشاري قطري بر نمونهChevron Notched Brazilian Diskمیباشد.
با وجود طبقه بنديهایی که براي آزمایش چقرمگی شکست وجود دارد، بدلیل زمان بر بودن آماده سازي نمونه آزمایش، شکست پیش از موعد نمونهها و دشواري در تعیین کردن اندازه ثابت ناچ - شیار چورونی - استفاده آنها براي توصیف ویژگیهاي سنگ و پیشنهاد شاخص شکست، زیاد گسترده نیست. بنابراین وجود یک روش ساده براي تعیین کردن چقرمگی شکست مفید خواهد بود. بر این اساس محققان مختلف سعی کردند تا از طریق روشهاي غیر مستقیم و از روي پارامترهاي مکانیکی دیگر چقرمگی شکست را تعیین کنند. به این منظورتحقیقات مختلفی براي تعیین کردن رابطه بین چقرمگی شکست و پارامترهاي مکانیکی مانند استحکام کششی، مقاومت فشار تک محوري، چگالی و غیره انجام شد.
در این تحقیق سعی شده تا رابطهاي بین مقاومت کششی و چقرمگی شکست مود یک سنگ اهک سروك برقرار شود. روشهاي تعیین چقرمگی شکست و رابطه آن با دیگر پارامترهاي مکانیکی مانند مقاومت کششی - σt - مورد توجه بسیاري از مطالعات محققان بوده است. بنابراین از آزمایش برزیلی براي بدست آوردن مقاومت کششی و از آزمایش بارگذاري خمشی سه نقطهاي بر روي نمونه میلهاي شیاردار چورونی که به اختصار CB خوانده میشود، براي تعیین چقرمگی مود I شکست سنگ آهک استفاده شده است.
1-1مرورتاریخچه
بر اساس کارهاي آزمایشگاهی که Gunsallus و همکارانش - 1984 - انجام دادند، یافتند که مود I چقرمگی شکست چندین تیپ از سنگ و خاك، بطور مستقیم با مقاومت کششی آنها متناسب است. بیش از این، Whittaker و همکارانش - 1992 - بعضی از روابط تقریبی موجود بین چقرمگی شکست و مقاومت کششی، مقاومت فشاري، مقاومت بار نقطه اي،سفتی و سرعت امواج صوتی از سنگ را بر پایه داده هاي آزمایشگاهی که از منابع متعددي جمع آوري کرده بودند، را ارائه دادهاند. بر این اساس رابطه بین مودI شکستگی و مقاومت کششی، تیپ هاي مختلفی از سنگ ها که شامل زغال سنگ نیز می شدند توسط این محققین به صورت رابطه 1 داده شد.
که در آن σt مقاومت کششی و KIC چقرمگی شکست مودI است. ضریب همبستگی مساوي، r2 =0.62 است. Zhang و همکارانش - 1998 - نیز با استفاده از داده هاي آزمایشگاهی خود، یک رابطه غیر خطی بین مودIشکستگی و مقاومت کششی براي چند نوع سنگ بدست آوردند - معادله: - 2ضریب همبستگی براي رابطه آنها برابر با ، r2 =0.94 بود. با توجه به مطالعات پیشین، Haberfield و Johnston - 1989 - مطالعات گسترده اي بر روي ارتباط بین مقاومت کششی و چقرمگی مودI شکست طیف گسترده اي از سنگ و خاك مانند گل سنگ ملبورن، شیل روغنی، گرانیت، مرمر، میکریت،بازالت و سینیت انجام دادند. معادله3 بر اساس کارهاي جانستون و همکارانش که بر روي سنگ هاي ضعیف کار شده بود و هم بر اساس کارهاي هریسون و همکارانش که بر روي خاك انجام شده بود بدست آمد:
که a0 ثابت است. با توجه به مقایسهاي که توسط هریسون و همکارانش انجام گرفته، a0=15.4 براي انواع خاك بررسی شده و a0=13.6 براي انواع سنگ نرم در نظر گرفته شده است. - 2002 - Zhang همه داده هاي آزمایشی در دسترس را براي پیدا کردن یک رابطه کلی بین چقرمگی شکست مودI سنگ و مقاومت کششی سنگ مورد بررسی قرار داد. ژانگ رابطهي خود را به صورت معادله 4 ارائه داد.
