بخشی از مقاله
چکیده
از روشهاي ارزیابی ویژگیهاي مقاومتی سنگ بکر، بررسی مقاومت خرده ذرات مربوط به آن سنگ در قالب آزمایشهاي بارگذاري مستقیم بر نمونه و آزمایش نفوذ استاتیکی است. در این تحقیق ضمن معرفی دستگاه طراحی و ساخته شده براي انجام آزمایشهاي بارگذاري مستقیم بر خرده ذرات مجزا، به تشریح بخشها و عملکرد دستگاه مذکور پرداخته و تکرارپذیري نتایج بدست آمده از آزمایشهاي بارگذاري و نفوذ استاتیکی بر نمونههاي همگن از جمله 40 عدد بلور هم بعد نمک، 20 عدد گلوله پلاستیکی و 20 عدد نمونه از یک نوع سنگ آهک میکرایتی بررسی و نمودار هاي رفتاري مربوط به آنها رسم شدهاند.
تصویربرداري از شکل ذرات قبل و بعد از آزمایش صورتگرفته و با مقایسه آنها امکان بررسی نحوه شکست ذرات فراهم گردیده است. جهت بررسی تکرارپذیري نتایج استخراج شده از دستگاه طراحی شده، در تمامی آزمایشها، همخوانی نتایج و شباهت رفتاري ذرات آزمایش شده در قالب نمودارهاي رفتار جمعی نمایش داده شده و با یکدیگر مقایسه شدهاند. و در پایان درجه اعتبار نتایج به دست آمده با استفاده از تئوري کاهش نمونهها مورد بررسی قرار گرفتهاست.
1 مقدمه
پیشرفت تکنولوژي همواره التزام دستیابی به دستگاههاي آزمایشگاهی نوین جهت گسترش فعالیتهاي پژوهشی در راستاي تولید دادههاي علمی دقیق و معتبر را به همراه داشتهاست. علم مکانیک سنگ به عنوان یکی از زیر شاخههاي اصلی زمین شناسی مهندسی نیز از این اصل مستثنی نبودهاست. در سالهاي اخیر آزمایشهاي جدیدي جهت بررسی پارامترهاي فیزیکی و مکانیکی سنگ پیشنهاد شده است.
بخشی از این آزمایشها در زمینهي بررسی پارامترهاي مقاومتی سنگ و با هدف تعیین مقاومت تک محوري سنگ بکر با استفاده از روشهاي غیر مستقیم بوده است. در این میان میتوان به آزمایشهاي شاخص پانچ بلوکی "Block punch index test"، شاخص پانچ استوانهاي "cylindrical punch index test"، مغزه خفه کن "Core strangle test" و آزمایش نفوذ میخ در بلوك سنگی " "Nail penetration test اشاره داشت.
در تمام روش هاي مذکور سعی بر آن بوده تا با کمترین صرف هزینه و زمان در آمادهسازي نمونههاي سنگی و به صورت غیر مستقیم مقاومت تک محوري محصور نشده سنگ بکر محاسبه شود. با توجه به این که آزمایش هاي فوق از جمله روشهاي غیر مستقیم در ارزیابی مقاومت تک محوري سنگ بکر هستند، ولی به حجم نسبتاً بالایی از نمونهها نیازمندند.
تعیین پارامترهاي مقاومتی سنگ با استفاده از خرده ذرات مجزا در صورت عدم دسترسی به مغزه حفاري و یا بلوك سنگی می تواند به عنوان یک روش غیر مستقیم جایگزین در تعیین پارامترهاي مقاومتی سنگ در نظر گرفته شود. استفاده از خردههاي حفاري در تعیین پارامترهاي مقاومتی سنگ در حفاريهاي عمیق چاههاي نفت، در حین حفاري و قبل از بالا کشیدن مغزههاي حفاري، تعیین پارامترهاي مقاومتی مصالح خرده سنگی و سنگهاي تزئینی بدون نیاز به مغزه گیري، ارزیابی سختی سازندهاي موجود در مسیر دستگاههاي حفاري در حین حفاري را به عنوان برخی از جنبههاي کاربردي این آزمایش می توان ذکر کرد.
کوچک بودن ابعاد نمونه در این آزمایشها در اغلب موارد محدودیتهایی را به وجود میآورد. کاهش اندازه ذرات، کاهش مقاومت نمونه مورد آزمایش را در پی خواهد داشت. در بارگذاريهاي معمول این امر باعث گسیختگی نمونههاي چند میلیمتري در مدت زمانی کوتاه میشود. در واقع سرعتهاي بارگذاري در آزمایشهاي مرسوم بر چنین نمونههایی به نوعی اعمال نیروي دینامیکی بر آنها محسوب میشود.
از طرفی در چنین مدت زمان محدودي امکان بررسی رفتار ذرات در مقابل نیروي اعمالی وجود نخواهد داشت. بنابرین جهت انجام چنین آزمایشهایی طراحی سیستم اعمال بار با خصوصیاتی از جمله اعمال تدریجی بار به صورت یکنواخت و با قابلیت کنترل میزان بارگذاري در مدت زمان مورد نظر ضروري است. نرخ بارگذاري در چنین دستگاههاي آزمایشگاهی به نحوي است که نمونه در یک بازهي زمانی مناسب به مقاومت حدي خود برسد به نحوي که نمودار تنش-کرنش مربوطه، رفتار نمونهي مورد آزمایش را نمایش دهد.
در این مقاله ضمن معرفی دستگاه بارگذاري بر خرده ذارت مجزاي ساخته شده، تکرار پذیري دستگاه مربوطه با آزمایش بر مواد مختلف، مورد بررسی قرار گرفتهاست.
2 مشخصات دستگاه
دستگاه طراحی و ساخته شده در این تحقیق با نام دستگاه بارگذاري بر خرده ذرات مجزا، از سه واحد اصلی اعمال نیرو، ثبت داده و پردازش داده تشکیل شدهاست
شکل -1 دستگاه بارگذاري بر خرده ذارت مجزا، الف - واحد اعمال نیرو، ب - واحد ثبت داده ج - واحد پردازش داده.
اجزاي تشکیل دهنده واحد اعمال نیرو عبارتند از: - 1 نیروسنج الکترونیکی - 2 گیج قرائت جابهجایی، - 3کرنش سنج الکترونیکی، - 4 فکهاي بارگذاري، - 5 موتور محرك نیرو.
