تحلیل شکست توده‌های سنگیِ ترک‌دار تحت بار فشار-برشی

نوع مقاله: مقاله علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران

چکیده

سنگ که به عنوان ماده اصلی موجود در معادن، سدها، چاههای نفت و گاز و بسیاری دیگر از سازههای مهندسی مورد مطالعه محققین است، ساختاری شکننده دارد. این شکنندگی ناشی از وجود ریز ترکهای فراوان در سنگ میباشد که تحت اثر بارگذاریهای مختلف همانند زلزله، شروع به رشد میکنند و باعث خرابی سازههای مهندسی و تحمیل هزینههای سنگین میشوند. ترک­ها بسته به موقعیت قرارگیری­شان، می­توانند تحت بارهای مختلفی کشش، برش و فشار قرار گیرند. توده های سنگی که در زیر زمین قرار دارند، به واسطه­ی وجود توده­های بالادستی، همواره تحت فشار قرار می­گیرند. بنابراین، در اینگونه سنگ­ها، بارگذاری فشاری-برشی مود غالب بوده و باید مورد بررسی قرار گیرد. لذا، در این مقاله، به تحلیل شکست قطعات سنگی­ترک­دار تحت بارگذاری فشاری-برشی پرداخته می­شود. برای این منظور، یک روش تنش-پایه، بر اساس معیار بیشنه تنش محیطی ارائه می­گردد. ابتدئاً، ترک به صورت یک شیار U شکل باریک در نظر گرفته می­شود تا از پیچیدگی­های تعریف تماس در لبه­های ترک اجتناب گردد. سپس تنش مماسی در اطراف شیار با کمک روش اجزا محدود محاسبه می­گردد. در آخر، با یک تناسب ساده، بار شکست قطعه­ی سنگی تخمین زده می­شود. برای ارزیابی، روش پیشنهادی، از نتایج آزمایشگاهی که در مقالات علمی چاپ شده است، استفاده می­گردد. ارزیابی­ها نشان می­دهد که روش پیشنهادی قادر به تخمین بار شکست با درضد قابل قبولی می­باشد.

کلیدواژه‌ها


[1]- Aliha, M. R. M., Ashtari, R., and Aystollshi, M. R., 2006, Mode I and mode II fracture toughness testing for a Coarse Grain Marble, Applied Mechanics and Materials, 5-6, pp.181-188.

[2]- Akbardoost, J., Ayatollahi, M. R., Aliha, M. R. M., Pavier, M. J. and Smith, D. J., 2014, Size-dependent fracture behavior of Guiting limestone under mixed mode loading, International journal of rock mechanics & mining sciences, pp.369-380

[3]- Tang, S. B., Bao, C. Y., and Liu, H. Y., 2017, Brittle fracture of rock under combined tensile and compressive loading conditions, Canadian Geotechnical Journal, 54, 1, pp.81-101

[4]- Al-Shayea, N. A., 2005, Crack propagation trajectories for rocks under mixed mode I–II fracture, Engineering Geology, 81, pp.84– 97.

[5]- Li, X. F., Liu, G. L., and Lee, K. Y., 2009, Effects of T-stresses on fracture initiation for a closed crack in compression with frictional crack faces, International Journal of Fracture, 160, pp.19–30.

[6]- Erdogan, F. and Sih, G. C., 1963, On the crack extension in plates under plane loading and transverse shear, Journal of Basic Engineering, Transactions of ASME, 85, pp.519-25.

[7]- Schmidt, R. A., 1980, A microcrack model and its significance to hydraulic fracturing and fracture toughness testing, Proc 21st US Symp On Rock Mech, pp.581-590.

[8]- Ayatollahi, M. R. and Aliha, M. R. M., 2007, Wide range data for crack tip parameters in two disc-type specimens under mixed mode loading, Computational Materials Science, 38, pp.660-70.