Analytical and Numerical Methods in Mining Engineering (Sep 2023)
بررسی عددی اثر نسبت ناهمسانگردی، زوایه‌ی لایه‌بندی و طول ترک بر ضریب شدت تنش در سنگ فیلیت
Abstract
بررسی رفتار سنگ تحت تنش یکی از موارد مهم در طراحی سازه‌های سنگی است. ناهمسانگردی یکی از شاخصه‌های سنگ‌های رسوبی و دگرگونی است که در پایداری سازه‌های روباز و زیرزمینی تأثیرگذار است. سنگ‌های ناهمسانگرد خواص مکانیکی متفاوتی در جهت‌های مختلف دارند که در طراحی سازه‌های سنگی بایستی مدنظر قرار گیرد. به جهت اهمیت این موضوع، بررسی‌های گسترده‌ای برای شناسایی اثر ناهمسانگردی در رفتار مکانیکی سنگ شده است. روش‌های عددی که قادر به شبیه‌سازی فرایند ترک‌خوردگی در سنگ هستند، می‌توانند شکست، تمرکز و گسترش ریزترک‌ها را در اطراف فضای زیرزمینی پیش‌بینی کنند. بررسی تغییرات ضریب شدت تنش در سنگ‌های ناهمسانگرد و زاویه ترک با محور بارگذاری که در آن کشش و برش خالص و حالت ترکیبی رخ می‌دهد، سؤال اصلی این تحقیق است. در این تحقیق از روش المان محدود و نرم‌افزار آباکوس به دلیل توانایی آن در شبیه‌سازی سنگ ناهمسانگرد برای بررسی تغییرات ضریب شدت تنش استفاده شد، بدین منظور اثر نسبت ناهمسانگردی بر ضریب شدت تنش نمونه‌های ایزوتروپ عرضی در زوایای مختلف لایه‌بندی موردتحقیق قرار گرفت. با در دست داشتن مشخصات مدل‌های دیسکی CCNBD متعلق به سنگ فیلیت مطابق با استاندارد‌های ISRM نمونه‌هایی با نسبت ناهمسانگردی E/E'=1.8) و(E/E'=4 در زوایای مختلف لایه‌بندی (ψ=0-30°-45°-60°-75°-90°) و در زوایای مختلف ترک با امتداد بارگذاری (β) و در طول ترک‌های مختلف (12-24-36 میلی‌متر) با مدل‌سازی عددی موردبررسی قرار گرفت. در همه حالت‌های بررسی‌شده در طول ترک‌های مختلف و در نسبت ناهمسانگردی‌های مختلف برای یک زاویه لایه‌بندی یکسان ضریب شدت تنش مود کشش در مقدار β=0 حداکثر بوده و در β=90° حداقل است و ضریب شدت تنش مود برشی در β=0 و β=90° حداقل و β بین 30 تا 40 درجه حداکثر است. تغییر زاویه ترک نسبت به محور بارگذاری (β) در همه حالت‌های طول ترک و نسبت ناهمسانگردی تأثیر محسوسی در ضریب شدت تنش مود کشش و برش دارد. درواقع حالت کشش خالص در زوایای مختلف لایه‌بندی لزوماً در زاویه صفر درجه با محور بارگذاری (β=0) رخ نمی‌دهد و این زاویه کاملاً متأثر از زوایای لایه‌بندی (Ѱ شیستوزیته) است.
Keywords
