مطالعه رشد ترك زيربحراني در سنگ تحت مد II بارگذاري

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي معدن

كارشناسي ارشد

در مكانيك شكست كلاسيك، وقتي ضريب شدت تنش به ضريب شدت تنش بحراني، برسد يا از آن فراتر برود، ترك¬ها گسترش مي-يابند. در صورتي كه در شرايطي رشد ترك مي¬تواند در يك ضريب شدت تنشي كمتر از حالت بحراني رخ دهد، كه به آن رشد ترك زير بحراني(SCG)، گويند. مطالعه رشد ترك زيربحراني براي بررسي رفتار طولاني مدت سنگ تحت بارهاي وارده و در نتيجه ارزيابي پايداري طولاني مدت سازه هاي زيرزميني و سطحي در توده¬هاي سنگ از اهميت بالايي برخوردار است. رشد ترك زير بحراني يكي از اصلي ترين دلايل رفتارهاي وابسته به زمان در سنگ¬ها بوده كه عمدتاً به ترك ناشي از خوردگي تنشي نسبت داده مي شود. خوردگي تنشي، واكنش شيميايي بين سيليس موجود در ناحيه نوك ترك تحت تنش و آب است. با اين حال، رشد ترك زير بحراني نيز تحت تأثير عوامل محيطي قرار دارد. تحقيقات قابل توجهي براي تعيين پارامترهاي رشد ترك زير بحراني در حالت مد I انجام شده است، اما مطالعات صورت گرفته در مورد پارامترهاي رشد ترك زير بحراني در حالت مد II بارگذاري محدود مي¬باشد، هر چند كه اين مد بارگذاري، در بسياري از مسائل مهندسي سنگ داراي كاربردهاي مهمي مي باشد. به عنوان مثال، براي پايداري وابسته به زمان حفاري¬هاي زيرزميني و سطحي در سنگ، رشد وابسته به زمان شكستگي¬هاي برشي اغلب مهم¬تر از رشد ترك¬هاي كششي است. هدف از اين مطالعه درك اثر حرارتي به عنوان يكي از مهمترين عوامل محيطي بر رفتار شكست سنگ هورنفلس است كه به ترتيب در دماي 25 درجه سانتيگراد (بدون عمليات حرارتي)، 250 ، 500 و 750 درجه سانتي گراد حرارت داده شده¬اند. در اين مطالعه به منظور تعيين پارامتر¬هاي رشد ترك زيربحراني از آزمايش نرخ تنش ثابت و همچنين از يكي از انواع آزمايش مكانيك شكست موجود براي بارگذاري مد II (آزمايش خمش چهارنقطه) استفاده شده¬است. آزمايشات در سه نرخ جابجايي ثابت 06/0 ميلي¬متر بر دقيقه، 6/0 ميلي¬متر بر دقيقه و 6 ميلي¬متر بر دقيقه و در هر حالت سه آزمايش براي كنترل تكرارپذيري انجام شد. بر اساس نتايج، چقرمگي شكست نمونه هاي هورنفلس با افزايش دما تا 250 درجه سانتي¬گراد، افزايش و سپس با افزايش دماي عمليات حرارتي كاهش يافت. با افزايش دماي عمليات حرارتي از 250 درجه سانتي گراد، به دليل خرابي حرارتي ساختار كريستالي كوارتز و ايجاد شكستگي هاي بين دانه اي وسيع تر، چقرمگي به شدت كاهش يافت. با افزايش دما اندازه دانه و بازشدگي متوسط ترك ابتدا كاهش و سپس افزايش يافت در حالي كه اعوجاج روندي عكس نسبت اندازه دانه و بازشدگي متوسط را دارا مي باشد. در اين مطالعه سرعت رشد ترك زيربحراني با استفاده از پارامتر¬هاي رشد ترك زيربحراني و ضريب شدت تنش در مد II بارگذاري محاسبه گرديد. نتايج حاصل از آزمايش نشان داد كه براي مقدار معين ضريب شدت تنش KII، بيشترين سرعت ترك زيربحراني براي دماي 750 درجه سانتي¬گراد (10+1×87/7-10-7×63/4 متر بر ثانيه) و كمترين سرعت ترك زيربحراني براي دماي 250 درجه سانتي¬گراد (10-4×80/6-10-10×2 متر بر ثانيه) رخ مي دهد.

215107

مكانيك سنگ

مهندسي معدن

دانشگاه صنعتي اصفهان

لهراسب فرامرزي

عليرضا باغبانان، حميد هاشم الحسيني

محمود بهنيا