بررسی عددی اثر نسبت ناهمسانگردی، زوایه ی لایه بندی و طول ترک بر ضریب شدت تنش در سنگ فیلیت

بررسی رفتار سنگ تحت تنش یکی از موارد مهم در طراحی سازه های سنگی است. ناهمسانگردی یکی از شاخصه های سنگ های رسوبی و دگرگونی است که در پایداری سازه های روباز و زیرزمینی تاثیرگذار است. سنگ های ناهمسانگرد خواص مکانیکی متفاوتی در جهت های مختلف دارند که در طراحی سازه های سنگی بایستی مدنظر قرار گیرد. به جهت اهمیت این موضوع، بررسی های گسترده ای برای شناسایی اثر ناهمسانگردی در رفتار مکانیکی سنگ شده است. روش های عددی که قادر به شبیه سازی فرایند ترک خوردگی در سنگ هستند، می توانند شکست، تمرکز و گسترش ریزترک ها را در اطراف فضای زیرزمینی پیش بینی کنند. بررسی تغییرات ضریب شدت تنش در سنگ های ناهمسانگرد و زاویه ترک با محور بارگذاری که در آن کشش و برش خالص و حالت ترکیبی رخ می دهد، سوال اصلی این تحقیق است. در این تحقیق از روش المان محدود و نرم افزار آباکوس به دلیل توانایی آن در شبیه سازی سنگ ناهمسانگرد برای بررسی تغییرات ضریب شدت تنش استفاده شد، بدین منظور اثر نسبت ناهمسانگردی بر ضریب شدت تنش نمونه های ایزوتروپ عرضی در زوایای مختلف لایه بندی موردتحقیق قرار گرفت. با در دست داشتن مشخصات مدل های دیسکی CCNBD متعلق به سنگ فیلیت مطابق با استاندارد های ISRM نمونه هایی با نسبت ناهمسانگردی E/E'=۱.۸) و(E/E'=۴  در زوایای مختلف لایه بندی (ψ=۰-۳۰°-۴۵°-۶۰°-۷۵°-۹۰°) و در زوایای مختلف ترک با امتداد بارگذاری (β) و در طول ترک های مختلف (۱۲-۲۴-۳۶ میلی متر) با مدل سازی عددی موردبررسی قرار گرفت. در همه حالت های بررسی شده در طول ترک های مختلف و در نسبت ناهمسانگردی های مختلف برای یک زاویه لایه بندی یکسان ضریب شدت تنش مود کشش در مقدار β=۰ حداکثر بوده و در β=۹۰° حداقل است و ضریب شدت تنش مود برشی در β=۰ و β=۹۰° حداقل و β بین ۳۰ تا ۴۰ درجه حداکثر است. تغییر زاویه ترک نسبت به محور بارگذاری (β) در همه حالت های طول ترک و نسبت ناهمسانگردی تاثیر محسوسی در ضریب شدت تنش مود کشش و برش دارد. درواقع حالت کشش خالص در زوایای مختلف لایه بندی لزوما در زاویه صفر درجه با محور بارگذاری (β=۰) رخ نمی دهد و این زاویه کاملا متاثر از زوایای لایه بندی (Ѱ شیستوزیته) است.

کلیدواژه ها:

ضریب شدت تنش ، ناهمسانگردی ، ایزوتروپ عرضی ، چقرمگی شکست و تحلیل عددی