مطالعه آزمایشگاهی تاثیر پدیده آرچینگ در ثبت مقدار تنش ها توسط سلول فشار در محیط های ماسه ای

پدیده آرچینگ بعنوان فرایندی شناخته می شود که در محیطهای دانه ای رخ داده و در آن توزیع تنش به دلیل در هم قفل شدگی دانه ها تغییر می کند. این فرایند را میتوان هم در تستهای آزمایشگاهی و هم در ساختارهای زمینی و بصورت برجا مشاهده کرد. زمانی که در سازه های زیرزمینی آرچینگ فعال رخ می دهد، عموما مشاهده می شود که مقدار فشاری که از طرف روباره به سازه مدفون وارد می شود بسیار کمتر از مقداری است که از فرض تنش قائم ناشی از وزن طبقات محاسبه می شود. از آنجایی که این پدیده تاثیرات فراوانی بر مهندسی ژئوتکنیک، مکانیک سنگ، ژئومکانیک و دیگر زمینه ها داشته است، محققین برای درک مکانیزم آن ، دهه ها مشغول به مطالعه بوده اند. در مطالعه آزمایشگاهی حاضر، یک سلول فشار طراحی و ساخته شده است که با استفاده از این سلول و تجهیزاتی مانند سنسور هیدرولیکی فشار، فشارسنج های دیجیتال، سامانه های اعمال فشار محوری و منفذی میتوان پدیده آرچینگ را مطالعه کرد. در این آزمایش ها که به صورت بارگذاری و باربرداری بر روی ماسه های دانه ای انجام می شود پدیده آرچینگ در حالت های مختلف دانه بندی و شرایط اشباع و .... بررسی می شود. در این مطالعه تاثیر آرچینگ در سه محیط سیال، جامد و ترکیب سیال و جامد مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین از سه نوع ماسه با دانه های درشت تا ریز استفاده شده تا به اثر سایز دانه ها بر شدت پدیده ارچینگ پی برد. نتایج حاصل از آزمایش دو رفتار متفاوت از ماسه های دانه ای را در مرحله رفت (بارگذاری) و برگشت (باربرداری) نشان می دهند. به این صورت که در مرحله رفت در تمامی حالت های آزمایش شده، تنش ثبت شده در ماسه یک رفتار خطی از خود نشان می دهد درحالی که در مرحله برگشت یک رفتار نمایی از ماسه ثبت شده است که این رفتار نمایی متناسب با شرایط محیط آزمایش دست خوش تغییر می شود. پدیده فوق در اثر قفل شدگی دانه ها در هم و مقاومت در برابر باربرداری ایجاد می شود. در این مقاله به بررسی پدیده قوس زدگی و عوامل موثر بر آن و تاثیر این پارامتر مهم در پروژه های نفتی و ژئومکانیکی پرداخته شده است.