ارزیابی سه آزمون رایج جهت تعیین چقرمگی شکست مود I استاتیکی سنگ ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک سنگ، دانشکده ی مهندسی معدن، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 گروه مکانیک سنگ، دانشکده‌ی مهندسی معدن، دانشکده فنی، دانشگاه تهران.

چکیده

چقرمگی شکست مبین مقاومت در برابر گسترش ترک می باشد که یکی از مهمترین پارامترهای مکانیک شکستی سنگ ها و سایر جامدات می باشد. چقرمگی شکست مود I سنگ ها یکی از خواص ذاتی بسیار مهم آن ها جهت پیش بینی گسترش ترک در کشش و در فرآیند شکست هیدرولیکی می باشد. تاکنون، روش های متنوعی جهت تعیین چقرمگی شکست مود I سنگ ها ارائه شده است که نتایج آن ها در عمل انطباق چندان مناسبی با یکدیگر ندارند. در این مقاله سه آزمون نمونه ی استوانه ای با شیار چورون، آزمون برزیلی و آزمون برزیلی مسطح شده، جهت تعیین مقدار چقرمگی شکست مود I برروی نمونه ی سنگی بازالت انتخاب شدند. پس از بررسی نتایج آزمایشگاهی و مدلسازی عددی با روش المان محدود سه بعدی، نهایتا، آزمون نمونه ی استوانه ای با شیار چورون به دلیل رشد پایدار یک ترک طبیعی، کم تر بودن حجم ناحیه ی پلاستیک نسبت به حجم کل نمونه و در نتیجه صحت بیش تر فرض الاستیک خطی در این نمونه، همچنین عدم تاثیر شرایط مرزی بر مقادیر چقرمگی شکست و آماده سازی نسبتا مناسب آن بهترین آزمون در بین سه آزمون اشاره شده جهت تعیین چقرمگی شکست مود I سنگ ها تشخیص داده شد.

کلیدواژه‌ها


Abe, H., Mura, T., & Keer , L. (1976). Growth rate of a penny-shaped crack in hydraulic fracturing of rocks. Journal of Geophysical Research, 81, 5335-5340.
Awaji, H., & Sato, S. (1978). Combined mode fracture toughness measurement by the disc test. Journal of Engineering Material Technolgy, 100(4), 175-182.
Ayatollahi, M. R., & Akbardoost, J. (2013). Size and geometry effects on rock fracture toughness: Mode I fracture. rock mechanic rock engineering, 47, 677–687.Chang, S., Lee, C., & Jeon, S. (2002). Measurement of rock fracture toughness under modes I and II and mixed-mode conditions by using disc-type specimens. Engineering Geology, 66(1-2), 79-97.
Fowell, R. (1995). Suggested Method for Determining Mode I Fracture Toughness Using Cracked Chevron Notched Brazilian Discs (CCNBD) Specimens. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 32(1), 57-64.
Funatsu, T., Shimizu, N., Kuruppu, M., & Matsui, K. (2014). Evaluation of Mode I Fracture Toughness Assisted by the Numerical Determination of K-Resistance. rock mechanic rock engineering, 48(1).
Guo, H., Aziz, N., & Schmidt, L. (1993). Rock fracture-toughness determination by the Brazilian test. Engineering Geology, 33(3), 177-188.
Kaklis, K., Agioutantis, Z., Sarris, E., & Pateli, A. (2005). A Theoretical and Numerical Study of Discs with Flat Edges under Diametral Compression (Flat Brazilian Test). 5th GRACM International Congress on Computational Mechanics. Limassol.
Keles, C., & Tutluoglu, L. (2011). Investigation of proper specimen geometry for mode I fracture toughness testing with flattened Brazilian disc method. internayional journal of fracture, 69(2), 61-75.
kuruppu, M. (1997). Fracture toughness measurement using chevron notched semi-circular bend specimen. international journal of fracture, 86(4), L33-L38.
Kuruppu, M., Obara, Y., Ayatollahi, M., Chong, K., & Funatsu, T. (2014). ISRM-Suggested Method for Determining the Mode I Static Fracture Toughness Using Semi-Circular Bend Specimen. Rock Mechanic Rock Engineering, 47(1), 267-274.
Ouchterlony, F. (1982). Extension of the Compliance and Stress Intensity Formulas for The Single Edge Crack Round Bar in Bending. Fracture Mechanics for Ceramics, Rocks And Concrete, 237-256.
Ouchterlony, F. (1988). Suggested Method for Determining Fracture Toughness Using Chevron Bend Specimens. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 25(2), 71-96.
Settari, A. (1985). Quantitative analysis of factors influencing vertical and lateral fracture growth. Low Permeability Reservoirs, 117-134.
Thiercelin, M. (1989). Fracture Toughness and Hydraulic Fracturing. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 26(3), 177-183.
Tutluoglu, L., & Keles, C. (2011). Mode I fracture toughness determination with straight notched disk. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 48(8), 1248-1261.
Valko, P., & Economides, M. (1995). Hydraulic fracture mechanics. New York: Wiley.
Wang, Q., & Xing, L. (1999). Determination of fracture toughness KIC by using the flattened Brazilian disk specimen for rocks. Engineering Fracture Mechanics, 64(2), 193-201.
Wang, Q., Jia, X., Kou, S., Zhang, Z., & Lindqvist, P.-A. (2004). The flattened Brazilian disc specimen used for testing elastic modulus,tensile strength and fracture toughness of brittle rocks: analytical and numerical results. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 41(2), 245-253.