ارزیابی گسترش ترک در نمونه های سنگی تحت آزمایش برزیلی با استفاده از روش بر هم نگاری تصاویر دیجیتال

ویژگیهای مکانیکی سنگ، پارامتر بسیار موثری در طراحی های مهندسی نفت، مهندسی معدن، مهندسی عمران و محیط زیستی است. یکی از این ویژگیها نحوه ی گسترش ترک است. نحوه ی گسترش ترک به معنی نقطه ی شروع، مسیر توسعه و ریخت شناسی کلی آن در مواد سنگی است. روشهای گوناگونی برای بررسی ترک در توده های سنگی وجود دارد. به عنوان مثال در آزمایش کشش غیر مستقیم که با نام برزیلی شناخته میشود، تنش تراکمی در راستای قائم بر نمونه وارد شده و در نتیجه عمود بر آن، در راستای افقی رژیم تنش وارده بر نمونه از نوع کششی است و در نتیجه سطح شکستگی در راستای قائم شروع می شود و رشد میکند. طبق استانداردهای ISRM و ASTM، شروع ترک باید از مرکز نمونه باشد و به سمت بالا و پایین رشد کند. برای بررسی چگونگی گسترش ترک در نمونه های تحت آزمایش برزیلی روشهای گوناگونی وجود دارد. در این پژوهش، تالش بر بکارگیری روشی غیر مخرب و بدون تماس مستقیم با نمونه برای بررسی نقطه ی شروع تغییر شکل نمونه و رشد میدان استرین و درنهایت شروع ترک و مسیر گسترش آن بوده است. بدین ترتیب ابتدا نمونه های دیسکی پس از بریده شدن از مغزه های سنگ و آماده سازی برای انجام آزمایش برزیلی، با الگوی خاصی که مختص روش برهمنگاری تصاویر دیجیتال است رنگ آمیزی شده و تحت آزمایش برزیلی قرار میگیرد. در این پژوهش حین انجام آزمایش برزیلی، پدیده ی شکست سنگ و گسترش ترک در آن، با دوربینی با قدرت فیلمیرداری ۲۴۰ فریم بر ثانیه ضیط شد و سپس فایل فیلم به فریم هایش تجزیه شد. در نهایت تصاویر فریم فیلم به نرم افزار GOM Correlate منتقل و خروجی گرفته شد. خروجی این نرم افزار نقاط شروع )هسته های استرین( و گسترش میدان استرین را در اختیار قرار داد. از تحلیل این تصاویر میتوان به این نتیجه رسید که از میان پارامترهای موثر بر مسیر رشد ترک اصلی در آزمایش برزیلی، وجود ریزترک پیش از بارگذاری از سایرین حائز اهمیت بیشتری است. نحوه ی قرارگیری این ریزترک در حین آزمایش و برخورد یا عدم برخورد آن با مسیر استاندارد گسترش ترک در آزمایش برزیلی میتواند رفتار متفاوتی از سنگ را ر قم زند. در شرایط بکر و برای نمونه های بدون بلورین فاقد سیمان، مسیر رشد ترک اصلی بستگی به مقاومت نمونه دارد و اگر مقاومت نمونه باال باشد، ترک اصلی به صورت بین دانه ای رشد می نماید و در غیر این صورت، رشد آن به صورت درون دانه ای خواهد بود. در نمونه های سست، بافت سنگ تاثیری در مسیر ترک اصلی نداشته و ترک در مسیر استاندارد خود تشکیل میگردد.

Keywords:

مکانیک سنگ , بر هم نگاری تصاویر دیجیتال , آزمایش برزیلی , Digital Image Correlation , Rock Mechanics