توصیف تاثیر ریزترک های ناشی از تنش بر مقاومت آزمایشگاهی و گسترش شکستگی در سنگ های شکننده با استفاده از روش عنصر محدود گسسته- رویکرد شبکه میکرو شکستگی گسسته FDEM-𝝁DFN

قیمت: 43,000 تومان

دانلود رایگان مقاله

خرید ترجمه مقاله

عنوان فارسی

توصیف تاثیر ریزترک های ناشی از تنش بر مقاومت آزمایشگاهی و گسترش شکستگی در سنگ های شکننده با استفاده از روش عنصر محدود گسسته- رویکرد شبکه میکرو شکستگی گسسته FDEM-𝝁DFN

عنوان لاتین

Characterizing the influence of stress-induced microcracks on the laboratory strength and fracture development in brittle rocks using a finite-discrete element method-micro discrete fracture network FDEM-mDFN approach

ناهمگنی جزئی ذاتی از سنگ است و ممکن است به اشکال مختلفی وجود داشته باشد که شامل ناهمگنی کانی شناختی، ناهمگنی هندسی، مرزهای ضعیف دانه ها و ریز-نقص ها هستند. ریز ترک ها معمولا در سنگ های بلورین به دو شکل قابل مشاهده هستند: طبیعی و حاصل تنش؛ میزان ریز ترک خوردگی ناشی از تنش با عمق و تنش برجا افزایش می یابد. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند که خواص فیزیکی سنگ ها نظیر مقاومت، تغییر شکل پذیری، سرعت موج P و نفوذ پذیری تحت تاثیر افزایش شدت ریزترک ها قرار می گیرند. در مطالعه حاضر، روش عنصر محدود گسسته (FDEM) برای مدل کردن ناهمگنی ریز ترک بکار می رود که از طریق وارد کردن مجموعه ریز ترک های نمونه به این مدل با استفاده از رویکرد پیشنهادی شبکه ریز شکستگی گسسته (𝝁DFN) صورت می گیرد. ویژگی های ریزترک ها لازم برای ایجاد مدل های 𝝁DFN از طریق تحلیل تصویری مقاطع نازک گرانیت لاک دو بونت اقتباس شده از نوشتجات منتشر شده، بدست می آیند. مجموعه ای از آزمایش های آزمایشگاهی دو بعدی شامل آزمایش های فشاری تک محوری، سه محوری و برزیلی شبیه سازی می شود و نتایج با داده های آزمایشگاهی مقایسه می گردند. مدل هایFDN 𝝁FDEM- نشان می دهند که ناهمگنی ریز دارای اثری قوی هم بر رفتار مکانیکی و هم بر الگوی شکستگی حاصل دارد. افزایش شدت ریز ترک منجر به کاهش مقاومت نمونه و تغییرات ویژگی پوش مقاومت سنگ می شود. ورقه ورقه شدن و تقسیم محوری بیشترین حالت شکست در محدودیت کم هستند در حالی که شکست برشی حالت غالب شکستگی در محدودیت زیاد است. نتایج عددی حاصل از آزمایش های فشاری شبیه سازی شده نشان می دهد که ریز ترک خوردگی فقط جزء چسبندگی مقاومت را کاهش می دهد، و جزء اصطکاکی مقاومت بی تاثیر می ماند. نتایج حاصل از آزمایش های برزیلی شبیه سازی شده نشان می دهد که مقاومت کششی تحت تاثیر حضور ریز ترک ها قرار می گیرد و با افزایش شدت ریز ترک ها مقاومت کششی کاهش می یابد. اهمیت ناهمگنی ریز ترک ها در ایجاد یک پوش شکست دو خطی یا S شکل و اثرات آن بر سازوکارهایی که منجر به آسیب ورقه ورقه شدن در نزدیکی یک فضای زیرزمینی می شوند نیز مورد بحث قرار می گیرند.

Heterogeneity is an inherent component of rock and may be present in different forms including mineral heterogeneity, geometrical heterogeneity, weak grain boundaries and micro-defects. Microcracks are usually observed in crystalline rocks in two forms: natural and stress-induced; the amount of stressinduced microcracking increases with depth and in-situ stress. Laboratory results indicate that the physical properties of rocks such as strength, deformability, P-wave velocity and permeability are influenced by increase in microcrack intensity. In this study, the finite-discrete element method (FDEM) is used to model microcrack heterogeneity by introducing into a model sample sets of microcracks using the proposed micro discrete fracture network (mDFN) approach. The characteristics of the microcracks required to create mDFN models are obtained through image analyses of thin sections of Lac du Bonnet granite adopted from published literature. A suite of two-dimensional laboratory tests including uniaxial, triaxial compression and Brazilian tests is simulated and the results are compared with laboratory data. The FDEM-mDFN models indicate that micro-heterogeneity has a profound influence on both the mechanical behavior and resultant fracture pattern. An increase in the microcrack intensity leads to a reduction in the strength of the sample and changes the character of the rock strength envelope. Spalling and axial splitting dominate the failure mode at low confinement while shear failure is the dominant failure mode at high confinement. Numerical results from simulated compression tests show that microcracking reduces the cohesive component of strength alone, and the frictional strength component remains unaffected. Results from simulated Brazilian tests show that the tensile strength is influenced by the presence of microcracks, with a reduction in tensile strength as microcrack intensity increases. The importance of microcrack heterogeneity in reproducing a bi-linear or S-shape failure envelope and its effects on the mechanisms leading to spalling damage near an underground opening are also discussed.