Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Hashemalhosseini,Alireza Baghbanan,Lohrasb Faramarzi
حميد هاشم الحسيني (استاد راهنما) عليرضا باغبانان (استاد راهنما) لهراسب فرامرزي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hamid Amrollahi
حميد امراللهي

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
چکيده چقرمگي شکست سنگ، يک پارامتر بنيادي در مکانيک شکست سنگ است که مقاومت ذاتي سنگ را در برابر آغاز و گسترش ترک توصيف مي?کند. اين پارامتر کاربردهاي فراواني در زمينه?هاي گوناگون مکانيک سنگ دارد. از اين رو اندازه?گيري صحيح و دقيق اين پارامتر اهميت ويژه?اي دارد. با اين حال هنوز بحث پيرامون تعيين روش(هاي) اندازه?گيري آن ادامه دارد. از سوي ديگر خصوصيات سنگ در مقياس ميکرو همواره عوامل تعيين کننده?اي در رفتار فيزيکي/مکانيکي سنگ هستند. چگونگي اين اثرگذاري در بسياري از موارد به خوبي روشن شده است اما تاکنون آگاهي کافي درباره?ي اثر توزيع دانه?بندي بر چقرمگي شکست سنگ فراهم نشده است. اگر چه آزمون?هاي تجربي در مطالعات چقرمگي شکست سنگ از جايگاه ويژه?اي برخوردار هستند اما روش?هاي عددي در موارد زيادي مزايا و قابليت?هاي بيشتري از خود نشان مي?دهند. با اين وجود، تاکنون اقدامات اندکي براي استفاده از روش?هاي عددي در اين زمينه گزارش شده است. در اين تحقيق، با بيش از 140 آزمون تجربي، چقرمگي شکست سه مرمريت (نيريز، باغات و مارون) که تنها در توزيع دانه?بندي متفاوت هستند، توسط دو نمونه?ي ديسک ترک?دار با سوراخ مرکزي (HCCD) و ديسک برزيلي با شکاف V شکل(CCNBD) تحت بارگذاري?هاي مودهاي I، ترکيبي I-II و II اندازه?گيري شده?اند. توصيف کمّي توزيع دانه?بندي مرمريت?ها مستقيماً از مقاطع نازک آنها تعيين شده است. بر اساس اين توزيع دانه?بندي، نمونه?هاي عددي مرمريت?ها به گونه?اي با روش اجزاي مجزا (DEM) مدل شده?اند که در آزمايش مقاومت فشاري سه محوره همان پاسخ ماکروسکپي واقعي (آزمايشگاهي) را ارائه کنند. آنگاه با استفاده از اين نمونه?هاي عددي، آزمايش?هاي تجربي چقرمگي شکست انجام شده شبيه?سازي شده?اند. مستقل از نوع نمونه?ي آزمايشگاهي، با مقايسه?ي چقرمگي شکست مرمريت?ها نشان داده شد که اندازه?ي دانه?بندي همبستگي معکوس با چقرمگي شکست مود I (KIC) خالص دارد. در هر مرمريت، همواره نمونه HCCD در مقايسه با نمونه?ي CCNBD، چقرمگي شکست کمتري بدست مي?دهد. اين اختلاف در مود I خالص ناچيز است اما با افزايش سهم بارگذاري مود II اين اختلاف برجسته?تر مي?شود تا آنجايي که نتايج اين دو نمونه در بارگذاري مود II خالص عملاً قابل مقايسه نيستند. از ميان پارامترهاي فيزيکي/مکانيکي اندازه?گيري شده مقاومت کششي برزيلي (?tB)، سختي چکش اشميت و سرعت گذر موج فشاري (VP) با KIC همبسته هستند. در آزمايش?هاي عددي چقرمگي شکست مود II (KIIC) خالص، نمونه?ها در شرايطي بارگذاري شده?اند که از لحاظ تئوري پيش?بيني مي?شود شکست برشي خالص را تجربه مي?کنند. اما نتايج نشان داده?اند که در اين شرايط عملاً بارگذاري مود II خالص وجود ندارد بلکه همواره مولفه?اي از مود I نيز اعمال مي?شود. در نتايج عددي نيز نمونه HCCD در مقايسه با نمونه?ي CCNBD مقادير چقرمگي شکست کمتري بدست مي?دهد با اين تفاوت که در روش عددي اين اختلاف چشمگيرتر است. بطور کلي، روش عددي مقادير چقرمگي شکست را بالاتر از نتايج تجربي تعيين کرده است. با اين حال بهترين هماهنگي?هاي روش عددي با نتايج تجربي، از بين مرمريت?ها، مودهاي بارگذاري و نمونه?هاي آزمايشگاهي به ترتيب در نيريز، مود I خالص و HCCD مشاهده مي?شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی