Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Hashemalhosseini,Alireza Baghbanan,Lohrasb Faramarzi
حمید هاشم الحسینی (استاد راهنما) علیرضا باغبانان (استاد راهنما) لهراسب فرامرزی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hamid Amrollahi
حمید امراللهی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده معدن
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386
: Rock fracture toughness, a fundamental parameter in rock fracture mechanics, describes the intrinsic resistance of rock against initiation and propagation of macroscopic fractures. This parameter is used in a wide variety of applications in different fields of rock mechanics. Thus, measuring accurate and precise value of this parameter is very important. However, measurement method(s) of this parameter is still a matter of debate in the literature. On the other hand, rock properties in microscale are always leading factors in physical/mechanical behavior of rock. In many cases this relation is properly understood but so far, enough insight about how grain size distribution affects fracture toughness is not provided. Although experimental tests have a significant role in rock fracture toughness studies, numerical techniques in numerous instances show more advantages and capabilities. However, scanty attempts concerning use of numerical methods in this field are reported. In the present research, via more than 140 experimental tests, fracture toughness of three marbles (i.e. Neiriz, Baghat and Maron), which are different only in grain size distribution, are measured under mode I, mixed mode I-II and mode II loadings using both Hollow Centre Cracked Disc (HCCD) and Cracked Chevron-Notched Brazilian Disc (CCNBD) testing specimens. Quantification of the marbles grain size distributions is achieved directly from their thin sections. Based on determined grain size distributions, numerical samples of the marbles are modeled using Distinct Element Method (DEM) so that, macroscopic behaviors from numerical triaxial compressive tests are in agreement with the responses from the tests in laboratory. Afterward, using these numerical samples, fracture toughness tests in the experimental part of the research are simulated. Independent from the testing specimen, comparison between the marbles results shows that mode I fracture toughness ( K IC ) is correlated inversely with grain size. For each marble, HCCD specimen, in comparison with CCNBD, yields lower values of fracture toughness. This difference is negligible in pure mode I loading; however, becomes larger as loading condition transits from mode I to mode II. So that, pure mode II fracture toughness ( K IIC ) values from the two specimens are not comparable. Among measured physical/mechanical parameters, Brazilian tensile strength ( ? tB ), Schmidt hammer hardness and P-wave velocity ( V P ) are correlated with K IC . In numerical pure mode II fracture
چقرمگی شکست سنگ، یک پارامتر بنیادی در مکانیک شکست سنگ است که مقاومت ذاتی سنگ را در برابر آغاز و گسترش ترک توصیف می?کند. این پارامتر کاربردهای فراوانی در زمینه?های گوناگون مکانیک سنگ دارد. از این رو اندازه?گیری صحیح و دقیق این پارامتر اهمیت ویژه?ای دارد. با این حال هنوز بحث پیرامون تعیین روش(های) اندازه?گیری آن ادامه دارد. از سوی دیگر خصوصیات سنگ در مقیاس میکرو همواره عوامل تعیین کننده?ای در رفتار فیزیکی/مکانیکی سنگ هستند. چگونگی این اثرگذاری در بسیاری از موارد به خوبی روشن شده است اما تاکنون آگاهی کافی درباره?ی اثر توزیع دانه?بندی بر چقرمگی شکست سنگ فراهم نشده است. اگر چه آزمون?های تجربی در مطالعات چقرمگی شکست سنگ از جایگاه ویژه?ای برخوردار هستند اما روش?های عددی در موارد زیادی مزایا و قابلیت?های بیشتری از خود نشان می?دهند. با این وجود، تاکنون اقدامات اندکی برای استفاده از روش?های عددی در این زمینه گزارش شده است. در این تحقیق، با بیش از 140 آزمون تجربی، چقرمگی شکست سه مرمریت (نیریز، باغات و مارون) که تنها در توزیع دانه?بندی متفاوت هستند، توسط دو نمونه?ی دیسک ترک?دار با سوراخ مرکزی (HCCD) و دیسک برزیلی با شکاف V شکل(CCNBD) تحت بارگذاری?های مودهای I، ترکیبی I-II و II اندازه?گیری شده?اند. توصیف کمّی توزیع دانه?بندی مرمریت?ها مستقیماً از مقاطع نازک آنها تعیین شده است. بر اساس این توزیع دانه?بندی، نمونه?های عددی مرمریت?ها به گونه?ای با روش اجزای مجزا (DEM) مدل شده?اند که در آزمایش مقاومت فشاری سه محوره همان پاسخ ماکروسکپی واقعی (آزمایشگاهی) را ارائه کنند. آنگاه با استفاده از این نمونه?های عددی، آزمایش?های تجربی چقرمگی شکست انجام شده شبیه?سازی شده?اند. مستقل از نوع نمونه?ی آزمایشگاهی، با مقایسه?ی چقرمگی شکست مرمریت?ها نشان داده شد که اندازه?ی دانه?بندی همبستگی معکوس با چقرمگی شکست مود I (KIC) خالص دارد. در هر مرمریت، همواره نمونه HCCD در مقایسه با نمونه?ی CCNBD، چقرمگی شکست کمتری بدست می?دهد. این اختلاف در مود I خالص ناچیز است اما با افزایش سهم بارگذاری مود II این اختلاف برجسته?تر می?شود تا آنجایی که نتایج این دو نمونه در بارگذاری مود II خالص عملاً قابل مقایسه نیستند. از میان پارامترهای فیزیکی/مکانیکی اندازه?گیری شده مقاومت کششی برزیلی (?tB)، سختی چکش اشمیت و سرعت گذر موج فشاری (VP) با KIC همبسته هستند. در آزمایش?های عددی چقرمگی شکست مود II (KIIC) خالص، نمونه?ها در شرایطی بارگذاری شده?اند که از لحاظ تئوری پیش?بینی می?شود شکست برشی خالص را تجربه می?کنند. اما نتایج نشان داده?اند که در این شرایط عملاً بارگذاری مود II خالص وجود ندارد بلکه همواره مولفه?ای از مود I نیز اعمال می?شود. در نتایج عددی نیز نمونه HCCD در مقایسه با نمونه?ی CCNBD مقادیر چقرمگی شکست کمتری بدست می?دهد با این تفاوت که در روش عددی این اختلاف چشمگیرتر است. بطور کلی، روش عددی مقادیر چقرمگی شکست را بالاتر از نتایج تجربی تعیین کرده است. با این حال بهترین هماهنگی?های روش عددی با نتایج تجربی، از بین مرمریت?ها، مودهای بارگذاری و نمونه?های آزمایشگاهی به ترتیب در نیریز، مود I خالص و HCCD مشاهده می?شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی