مکانیک سنگ
سال:1396 | دوره:1 | شماره:2 |تعداد مقالات:8

چقرمگی شکست مبین مقاومت در برابر گسترش ترک و یکی از مهم ترین پارامترهای مکانیک شکستی سنگ ها و سایر جامدات است. آزمون های مختلفی به منظور تعیین چقرمگی شکست مود I سنگ ها ارایه شده که نتایج آن ها در عمل با یکدیگر تفاوت دارند، در این مقاله از بین روش های مختلف تعیین چقرمگی شکست سنگ ها در مود I، دو آزمون نمونه استوانه ای با شیار مستقیم و نمونه دیسکی با شیار مستقیم به منظور تعیین میزان اختلاف مقادیر چقرمگی شکست انتخاب شدند. نتایج حاصل مبین اختلافی 5/13 درصدی، بین مقادیر چقرمگی شکست این دو آزمون که اختلاف چندان زیادی نبود، است. به منظور بررسی علل تفاوت مقادیر چقرمگی شکست، مدل سازی عددی این دو آزمون با روش المان محدود سه بعدی صورت گرفت. نتایج مدل سازی عددی نشان دهنده حجم یکسان ناحیه پلاستیک نوک ترک در این دو آزمون بود، در نتیجه صحت نظریه الاستیک خطی برای هر دو آزمون به یک مقدار است. عامل دیگری که برای بررسی علت تفاوت مقادیر چقرمگی شکست در این دو آزمون مورد بحث واقع شد، نسبت ضخامت شیار به طول نمونه بود که با توجه به کمتر بودن این نسبت در نمونه های استوانه ای با شیار مستقیم و در نتیجه صحیح تر بودن فرض شیار به عنوان یک ترک در این نمونه ها، آزمون نمونه استوانه ای با شیار مستقیم مقادیر قابل اعتمادتری از چقرمگی شکست ارایه می کنند.

در اغلب پروژه های تونلی برای برآورد اولیه پاسخ دینامیکی تونل ها در برابر بارگذاری لرزه ای از روش های تحلیلی فرم بستهاستفاده می شود. در این مقاله برای بررسی اعتبار این روش های تحلیلی، ابتدا پوشش مدور خط 6 مترو تهران با استفاده از روش های تحلیلی تحت بارگذاری لرزه ای بیضی شدگی قرار گرفت و سپس برای اعتبار سنجی روش های تحلیلی از نرم افزار تفاضل محدود V 8. 0FLAC2Dتحت شرایط اندرکنشی مختلف استفاده شد. اعتبار سنجی نتایج نشان دهنده ی این است که روش پنزین تحت شرایط عدم لغزش در برآورد نیروی محوری اختلاف بسیار زیادی با مدل سازی عددی دارد و نیروی محوری را بسیار دست پایین می گیرد. همچنین روش ونگ و روش پارک و همکاران تحت شرایط عدم لغزش در برآورد نیروی محوری از دقت بسیار بالایی برخوردار بوده و تقریبا نتایج یکسانی را با مدلسازی عددی نشان می دهند. در رابطه با ممان خمشی روش پارک و همکاران نسبت به روش های تحلیلی دیگر در حالت عدم لغزش نتایج دقیق تری را ارائه می دهد و اختلاف بسیار کمی با مدل سازی عددی دارد. در انتها یک بررسی عددی لرزه ای شبه استاتیکی تحت شرایط اندرکنشی واقعی خاک و پوشش انجام شد. نتایج نشان می دهد که شرایط واقعی اندرکنشی در برآورد نیروی محوری نقش بسیار مهمی را دارد و یکی از مهمترین نقاط ضعف روش های تحلیلی بارگذاری لرزه ای تونل ها عدم شبیه سازی واقعی شرایط اندرکنشی پوشش تونل و خاک است.

استفاده از ماشین های تونل بری مکانیزه تمام مقطع تحت شرایط زمین شناسی مختلف، به منظور حفاری تونل های طویل در سال های اخیر گسترش زیادی پیدا کرده است. انتخاب ماشین تونل بری تمام مقطع مناسب، یکی از مراحل مهم و تعیین کننده در پیش برد فرآیند حفاری است. در این راستا می توان با توجه به مشخصات محیط حفاری و ماشین تونل بر، مناسب ترین ماشین را انتخاب کرد. در گام نخست از این تحقیق معیارهایی از قبیل: شاخص RQD، مقاومت فشاری، مقاومت کششی، ناپایداری سینه کار، ناپایداری دیواره ها، فاصله داری ناپیوستگی ها، هجوم آب مچاله شوندگی، زون های گسلی، حفرات انحلالی، قطر تونل، شیب تونل، شعاع انحنای مسیر در مسیر قطعه دوم تونل امام زاده هاشم (ع) مورد ارزیابی قرار گرفت و در گام بعد به بررسی و انتخاب مناسب ترین ماشین تونل بری مکانیزه از میان چهار ماشین پیشنهادی پرداخته شد. بدین ترتیب با استفاده از روش Fuzzy-TOPSIS و بهره گیری از نظرات خبرگان، مناسب ترین ماشین تونل بری مکانیزه برای حفاری قطعه دوم تونل امام زاده هاشم (ع) انتخاب شد. نتایج حاصل از بررسی نشان داد که با توجه به معیار های مذکور ماشین تونل بری Double Shield Universal TBM مناسب ترین گزینه برای حفاری قطعه دوم تونل امام زاده هاشم (ع) می باشد.

پی های سنگی در مقایسه با پی های خاکی به دلیل ماهیت سنگی آن ها دارای مقاومت و صلبیت بیشتری بوده و به همین دلیل در مقابل بسیاری از بارهای وارده، باربری لازم را از خود نشان می دهند. اما عواملی از قبیل خردشدگی توده سنگ، وجود ناپیوستگی ها، هوازدگی شدید، وجود حفرات کارستی، گسله داری و غیره موجب کاهش باربری آن ها می شود. جزیره خارک یکی از مهم ترین پایانه های صادرات نفت ایران است که در آن مخازن عظم ذخیره سازی نفت خام با ظرفیت های مختلف ایجاد شده است. این مخازن نیاز به پی مناسب دارند که هم ظرفیت باربری کافی داشته و هم بتواند نشست را محدود کند. در این پژوهش روش های مختلف تعیین ظرفیت باربری شامل؛ استفاده از آیین نامه ها، روش های تجربی، روش های تحلیلی و روش عددی مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه ظرفیت باربری پی های سنگی مخازن ذخیره سازی نفت خام واقع در جزیره خارک توسط روش های مختلف تعیین می شود. در این ارتباط به منظور بررسی ناپیوستگی ها و عوامل ضعیف ساختاری از شاخص مقاومت زمین شناسی استفاده شده است. نتایج بررسی ها و مطالعات نشان می دهد که ناپیوستگی ها تاثیر زیادی در ظرفیت باربری پی های سنگی دارد. ظرفیت باربری و نشست پی های جزیره خارک در حد مجاز بوده و برای ساخت مخازن ذخیره سازی نفت خام مناسب است.

شناسایی مکانیزم شکست سنگ ها در شرایط مختلف بارگذاری، یکی از مهمترین پیش نیازهای طراحی سازه های سنگی است. در سال های اخیر، از یک سو توسعه روزافزون سازه های سنگی و از سوی دیگر افزایش طیف بارهای دینامیک باعث شده تا اهمیت این مساله بیش از پیش مطرح شود. هدف از این مطالعه بررسی تاثیر نرخ بارگذاری بر مکانیزم شکست سنگ است. برای این منظور تعدادی نمونه برزیلی از یک نوع ماسه سنگ همسان و همگن تهیه شده و این نمونه ها با استفاده از یک دستگاه بارگذاری جابه جایی کنترل تحت بار یکنواخت با شش نرخ بارگذاری متفاوت (3/0، 6/0، 2/1، 4/2، 8/4، 6/9 میلی متر بر دقیقه) قرار داده می شود، همچنین به منظور رفتارنگاری فرآیند شکست سنگ در حین بارگذاری، سیستم ثبت امواج صوتی ساطع شده (AE) از سنگ نیز مورد استفاده قرار گرفته است. بررسی های انجام شده نشان می دهد که تغییر در نرخ بارگذاری باعث تغییر اساسی در مکانیزم شکست سنگ می شود به طوری که افزایش نرخ بارگذاری باعث می شود تا درصد ترک های کششی ایجاد شده در نمونه کاهش یابد و به تعداد ترک های برشی اضافه شود.

معمولا پارامترهای اپراتوری و پارامترهای مربوط به عملکرد ماشین های حفر تونل رابطه معناداری با شرایط زمین شناسی مسیر تونل نشان می دهند. این رابطه مبنای بسیاری از روابط و مدل های تجربی برای پیش بینی عملکرد ماشین می باشد. با مشخص بودن شرایط زمین شناسی مسیر تونل با استفاده از این مدل ها می توان تخمینی از نحوه ی عملکرد ماشین به دست آورد. بدیهی است به صورت معکوس، با مشخص بودن پارامترهای عملکرد واقعی ماشین در یک تونل حفرشده، نیز می توان به صورت غیرمستقیم تا حدودی پی به شرایط زمین شناسی مسیر تونل برد. این موضوع به ویژه در تونل هایی که با استفاده از ماشین های حفر تونل سپردار حفاری می شوند، می تواند برای شناخت ویژگی های زمین حفر شده بسیار مفید باشد. در این مقاله نیز با توجه به ابهاماتی که به ویژه در مورد موقعیت گسل فعال پورکان-وردیج در مسیر تونل انتقال آب کرج (قطعه ی دوم) وجود دارد، سعی شده است با استفاده از برخی شاخص ها از جمله پارامترهای اپراتوری و پارامترهای مربوط به عملکرد ماشین به صورت غیرمستقیم شرایط زمین شناسی مسیر تونل در محدوده ی اطراف گسل تفسیر گشته و ضخامت و موقعیت زون گسله تعیین گردد.

در این تحقیق با استفاده از کد جریان ذره دو بعدی (PFC2D) تاثیر شکل نوک برنده بر مکانیزم خردشدگی سنگ بررسی شده است. به این منظور، دو مدل عددی با مقاومت کششی متفاوت MPa 5 و MPa 25 ساخته و به ترتیب تحت تنش محصورکننده MPa5 و MPa20 قرار گرفتند. 8 برنده با اشکال هندسی متفاوت با نرخ m/s 02/0 به سطح سنگ برخورد کرده تا اینکه mm 4 در سنگ نفوذ نماید. بطور کلی 16 مدلسازی انجام شد. سنگ زیر برنده سه رفتار مکانیکی مختلف را نشان می دهد که عبارتند از: ناحیه شکسته شده زیر برنده، ناحیه پلاستیک دارای ترک های موضعی زیر ناحیه شکسته شده و ناحیه الاستیک. زمانیکه مقاومت کششی سنگ MPa 5 است، تنش شکست حاصل از تیغه مقعر شکل کمترین و تعداد ترک های ایجاد شده بیشترین است. این بدین معنی است که در سنگ با مقاومت MPa 5، شکل برنده تاثیر زیادی بر تنش شکست و وسعت شکست سنگ دارد. زمانیکه مقاومت کششی سنگ MPa 25 است، تیغه U شکل بیشترین شکست را ایجاد می کند ولی تنش شکست حاصل از تیغه ها یکسان است. این بدین معنی است که در سنگ با مقاومت MPa 25، شکل برنده تاثیری بر تنش شکست ندارد ولی وسعت شکست را کنترل می کند. بطور کلی تیغه مقعر شکل و U شکل با کمترین تنش مصرفی، بیشترین شکست را در سنگ با مقاومت کششی MPa 5 و MPa 25 ایجاد می کنند. با افزایش مقاومت کششی، تنش شکست افزایش می یابد مادامی که وسعت شکست کم می شود.

یک دستگاه تست سه محوره واقعی که قابلیت انجام آزمایش های شکست هیدرولیکی را در مقیاس آزمایشگاهی داشته باشد توسط نویسندگان در دانشگاه صنعتی شاهرود طراحی و ساخته شد. در راستای بررسی ارتباط فشار شکست با دو پارامتر ویسکوزیته سیال و قطر گمانه، که می توانند نتایج حاصل از روش شکست هیدرولیکی را در مسیر تعیین تنش های برجای زمین تحت تاثیر قرار دهند، آزمایشات شکست هیدرولیکی به کمک این دستگاه انجام شدند. به همین منظور نمونه های بتنی به ابعاد cm3 30*30*30، که در مرکز آن ها سوراخ با قطرهای mm 30، mm 50 و mm 80 ایجاد شده بود، مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج حاصل از این آزمایشات نشان دادند که با افزایش قطر گمانه فشار سیال برای شکست سنگ کاهش می یابد. در قسمت دوم 3 نوع روغن هیدرولیک با ویسکوزیته های متفاوت (H46، H68 و H100) در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان داد که با افزایش ویسکوزیته سیال، فشار شکست کاهش می یابد.