مطالعه آزمايشگاهي پيش‌بيني زمان شكست در سنگ‌هاي ترد با استفاده از روش آزادسازي تنش

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي معدن

كارشناسي ارشد

شكست در سنگ‌هاي ترد به عنوان يكي از عوامل اصلي ايجاد ناپايداري در شيرواني معادن روباز وسازه‌هاي زيرزميني عمل مي‌كند. پيش‌بيني زمان شكست در سنگ‌هاي ترد مي‌تواند نقش حياتي در پايداري معادن روباز و زيرزميني، ارزيابي خطر ريزش شيرواني‌هاي معادن روباز و بهينه‌سازي عمليات حفاري ايفا ‌كند. در اين پژوهش با تمركز بر سنگ توف به عنوان نمونه‌اي از سنگ‌هاي ترد، رويكرد آزمايشگاهي شامل انجام آزمايش‌هاي تحت نرخ كرنش ثابت 10^(-3) s^(-1) و آزمايش‌هاي آزادسازي تنش بر روي 8 نمونه‌ استوانه‌اي و 6 نمونه ديسكي و همچنين تحليل‌هاي عددي مدل‌هاي برگر و كاچانوف انجام شد تا رفتار وابسته به زمان شكست بررسي شود. مقاومت فشاري تك‌محوري 107 مگاپاسكال و مقاومت كششي غيرمستقيم 6/8 مگاپاسكال (حدود 5/7 درصد مقاومت فشاري)، كرنش محوري 6/0 % ارزيابي شد. مقادير ديناميكي به طور قابل توجهي بالاتر از مقادير استاتيكي ارزيابي شد (33 درصد براي مدول يانگ و 71 درصد براي نسبت پواسون). آزمايش‌هاي وابسته به زمان از طريق روش آزادسازي تنش در 4 سيكل‌ با سطوح تنش 75%، 85%، 93% و 95% از مقاومت نهايي براي نمونه‌هاي استوانه‌اي و 50%، 75%، 90% و 100% از مقاومت كششي غير مستقيم براي نمونه‌هاي ديسكي‌ اجرا گرديد كه منجر به ثبت كاهش تنش 5/1 تا 2/3 مگاپاسكال در نمونه‌هاي استوانه‌اي و 18/0 تا 23/0 مگاپاسكال در نمونه‌هاي ديسكي شد. در فواصل بين سيكل‌هاي بارگذاري آزمايش اندازه‌گيري سرعت موج P انجام و داده‌هاي مربوط به سرعت و شكل موج ثبت شد. تحليل داده‌هاي مربوط به موج‌ها حاكي از كاهش سرعت و دامنه موج با افزايش سطح تنش اعمالي بود. مدل برگر و كاچانوف بر روي داده‌هاي تجربي برازش شدند و زمان‌هاي شكست پيش‌بيني‌شده براي نمونه‌هاي استوانه‌اي‌ در 93% مقاومت فشاري تك محوري 163 تا 5170 ثانيه و براي نمونه‌هاي ديسكي‌ در 100% مقاومت كششي غير مستقيم 28 تا 59 ثانيه تخمين زده شد. كيفيت برازش (R²) براي مدل برگر حدود 97/0 و براي مدل كاچانوف حدود 99/0 بود كه قابل قبول است و برازش بهتر مدل كاچانوف را نشان مي‌دهد. نتايج اين تحقيق مي‌تواند براي ارزيابي زمان شكست شيرواني معادن روباز و يا سقف معادن زيرزميني و همچنين خردايش سنگ در فرآوري مواد معدني كاربرد داشته باشد.

235500

مكانيك سنگ

مهندسي معدن

دانشگاه صنعتي اصفهان