بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش با شبیه سازي عددي بار انفجار بر توده سنگ، رفتار توده سنگ و تاثیر وجود ناپیوستگی ها در سنگ مورد بررسی قرار گرفته است. به دلیل وجود ناپیوستگی ها در سنگ شبیه سازي به صورت ناپیوسته انجام می شود. در این مقاله به طور خاص به شبیه سازي هاي انجام شده، در نرم افزار عددي UDEC پرداخته شده است. به دلیل ناتوانی UDEC در شبیه سازي بار انفجار از نرم افزار Lsdyna استفاده شده و نتایج آن به عنوان اطلاعات ورودي براي UDEC مورد استفاده قرار میگیرد.
در این پژوهش با بررسی سه گزینه مختلف تاثیر بار انفجار بر توده سنگ درزه دار، عکسالعمل گسل با شیبهاي مختلف نسبت به بار انفجار و نحوه گسترش ترك هاي القایی انفجار بررسی شده است. بطور کلی ناپیوستگیها به عنوان سطوح انعکاسی عمل کرده و در شرایط مختلف چون شیب گسل میتواند موجب کاهش یا افزایش بار انفجار در محیط سنگی شوند. علاوه بر پارامترهاي مربوط به مواد منفجره روند شکل گیري ناپیوستگی ها نیز در میزان گسترش ترك ها موثر میباشد.
1 مقدمه
انفجار زمانی رخ میدهد که یک ماده بسیار فعال شعلهور شده و باعث آزاد شدن سریع انرژي گردد. پس از اشتعال ماده منفجره، امواج فشاري در تمام جهات گسترش مییابند که به این امواج، امواج برخورد گویند. چگونگی و نحوه گسترش این امواج تابعی از شکل اولیه خرج - ماده منفجره - است؛ بطوريکه خرج غیرمتقارن، در قسمتی که میزان ماده منفجره بیشتري دارد فشار بیشتري ایجاد خواهد کرد - Jong- Ho Shin,et al 2009 -
تغییرات فشار ناشی از انفجار نسبت به زمان در فاصله کناري مشخص، منحنی فشار - زمان - منحنی اضافه فشار - نامیده میشود - شکل. - 1 این منحنی از تفاوت بین فشار ناشی از انفجار و فشار محیط رسم میگردد. با توجه به شکل1، قبل از زمان ، موج شوك به نقطه ارزیابی نرسیده و تنها فشار جوي محیط وجود دارد. بلافاصله پس از رسیدن جبهه شوك به نقطه ارزیابی، فشار بصورت آنی افزایش یافته و به حداکثر مقدار خود - - میرسد.
تعیین فشار اوج ایجاد شده در اثر انفجار از اهمیت بسزایی برخوردار است. زیرا فشار اوج برابر با بالاترین فشار اولیهاي است که بر یک سازه وارد میشود و بزرگی آن نیز تابعی از جرم معادل خرج، فاصله کناري، چگالی محیط و فشار جوي محیط میباشد - . - UFC 3-340-02, 2008 .
فشار پس از مقدار اوج، در مدت زمان ، بلافاصله بصورت تابع نمایی کاهش مییابد و به فشار جوي محیط میرسد. به عبارتی دیگر، در زمان اضافه فشار به صفر تقلیل مییابد و پس از آن با اضافه فشاري منفی که حالت مکش خواهد داشت ادامه پیدا میکند و در نهایت پس از مدت زمان ، امواج فشار در نقطهي ارزیابی میرا شده و میزان فشار برابر با فشار جوي اولیه است. مساحتی که زیر فاز مثبت منحنی فشار - زمان قرار دارد به نام ضربه - تکانه - مثبت انفجار و محدوده باقی مانده به نام تکانه منفی شناخته شده است. از آنجایی که، تأثیر ناحیه کوچک فشار منفی در قیاس با میزان تخریب ناشی از فشار مثبت ناچیز میباشد، در محاسبات عملی از اثر فاز منفی صرفنظر میگردد . - UFC 3-340-02, 2008 -
2 بررسی روشهاي تحلیل اثر بارهاي انفجاري بر روي سازههاي زیرزمینی
ماهیت دینامیکی فشار ناشی از انفجار و انتشار آن در زمین و تأثیر آن بر سازههاي زیرزمینی، بررسی اندرکنش این سازهها با محیط متنوع اطراف را به مسالهاي نسبتاً پیچیده تبدیل نموده است. در این راستا تلاشهاي بسیاري توسط محققین مختلف براي تعریف و ارائه پارامترهاي مختلف مرتبط با انفجار مانند منحنی توزیع فشار، ابعاد گودال فشار، انتشار و میرایی این امواج در محیطهاي سنگی و خاکی و همچنین اثرات آن بر سازههاي مدفون در قالب مطالعات میدانی - تجربی - و نیمه تجربی و همچنین توسعه روشهاي عددي صورت گرفته است.
3 بکارگیري روشهاي عددي در مدلسازي بار انفجار در توده سنگ
امروزه روشهاي تحلیل عددي جزء فراگیرترین و پرکاربردترین روشها در ژئومکانیک میباشند. با استفاده از این روشها میتوان تغییرات تنش و تغییرشکل را در نقاط مختلف یک مدل تعیین کرد. در مدلسازي در روشهاي عددي یک سازه بزرگ به المانهاي کوچکتري تقسیم شده سپس معادلات مشخصه المانهاي منفرد و اندرکنش آنها برقرار میشود. سرانجام این معادلات که از لحاظ عدد و رقم، بزرگ میباشند به طور همزمان و به طور اندرکنشی، حل میشوند.
کارایی روشهاي عددي براي تحلیل تنش در سنگ در وضیعتهاي مختلف متفاوت بوده و ضروري است در مورد اینکه یک مسأله خاص با کدام یک از روشهاي عددي تحلیل گردد، تصمیمگیري شود. روشهاي عددي براي تحلیل تنش در مسائل به دو دسته روش هاي مرزي و روش هاي ناحیهاي میتوان تقسیمبندي می شوند. روشهاي اجزاي محدود و تفاضل محدود جزء روشهاي ناحیهاي هستند که در آنها توده سنگ به عنوان یک محیط پیوسته در نظر گرفته میشود. روش المان مجزا نیز یک روش ناحیهاي است که هر بلوك مجزاء از سنگ را با المان مخصوص به خود مدل میکند.
1-3 مدل شکستگی هاي حاصل از انفجار در توده سنگ درزدار
در انفجار وقتی که موج فشاري به سطح آزاد یا شکاف می رسد منعکس شده و به موج کششی تبدیل میشود که ممکن است ترك کششی یا در صورت پیشرفت تنش کششی، شکست ایجاد کند. به اعتقاد برخی محققان ترك در برخورد موج حجمی و موجهاي منعکس شده بوجود میآید ولی به نظر برخی دیگر نیروي فشاري گازها در ایجاد ترك مهم تر است. مشخصه ها ي توده سنگ توسط مشخصات سنگ بکر و ناپیوستگی ها مانند درزه و گسل تعیین میشود.
حضور ناپیوستگی ها تاثیر مهمی روي واکنش هاي توده سنگ به بارهاي استاتیکی با دینامیکی دارد و انجام آنالیز عددي را پیچیده تر میکند. اصولا معیار گسیختگی کولمب معمولترین روش براي مطالعات مهندسی است . - Wang, Z.L., Konietzky, H., 2009 - در مطالعه انجام شده توسط Wang, Z. L.,et al, - 2009 - بعد از ترکیب دو روش LS-DYNA و UDEC جزئیات ساختار درزه، چگالی بار، تنش زمین، تاثیر سطح آزاد روي ایجاد شکستگی و تکامل آنها بررسی شدند.
