مطالعه عددی و تجربی مسیر رشد ترک مود ترکیبی در سنگها با استفاده از یک قطعه جدید آزمایشگاهی

در بسیاری از کاربردهای عملی زمین شناسی در مهندسی سنگ، مانند فرایند برش، استخراج و انفجار سنگ و تحلیل پایداری شیبهای سنگی، بررسی مسیر شکست اقدامی مهم در جهت بهینه سازی اندازه قطعات سنگی یا کنترل پایداری سازه های سنگی ترکدار به شمار می رود. شکست در اغلب سازه های سنگی ترکدار بواسطه بارگذاری های پیچیده و معمولاً تحت ترکیبی از تغییر شکل های کششی-برشی (مود ترکیبیI/II) اتفاق می افتد. در این مقاله، یک قطعه جدید آزمایشگاهی برای بررسی رفتار رشد ترک مود ترکیبی کششی- برشی در مواد سنگی پیشنهاد می گردد. این قطعه، نمونه مثلثی شکل با ترک لبه ای زاویه دار و تحت بارگذاری خمش سه نقطه ای(ECT) می باشد. هندسه ساده، تهیه و آماده سازی آسان قطعه پیشنهادی، بارگذاری ساده و امکان آزمایش با فیکسچرهای متداول موجود، اعمال بار فشاری به جای بار کششی که برای آزمایش مواد سنگی مناسبتر است و توانایی ایجاد تمام ترکیبهای بارگذاری مود I و مود II، از جمله مزایای اولیه این قطعه می باشد. رفتار گسترش ترک مود ترکیبی با استفاده از این قطعه پیشنهادی به صورت تئوری و تجربی بر روی سنگ مرمر نی ریز مورد بررسی قرار گرفت. روش گسترش نموی ترک برای شبیه سازی مسیر شکست در قطعه مذکور برای ترکیب های مختلف مود I/II استفاده گردید. نشان داده شد که شبیه سازی اجزاء محدود با استفاده از معیار ماکزیمم تنش محیطی تعمیم یافته GMTS)،گسترش مسیر ترک در قطعات شکسته شده را به خوبی پیش بینی می نماید. بنابراین مسیر ترک مشاهده شده و زاویه شروع شکست نمونه های سنگی آزمایش شده می تواند به صورت تئوری و با بکارگیری ضرایب شدت تنش و تنش T (KI,KII,T-stress)، به خوبی تخمین زده شود.

Keywords:

سنگ , قطعه جدید آزمایشگاهی , ترک , مسیر شکست مود ترکیبی , مطالعه تئوری و تجربی