عنوان تحقیق: مکانیزم شکست در اثر انفجار

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 75

شرح مختصر:

عبور امواج حاصل از انفجار باعث ایجاد تنش های کششی و فشاری در سنگ شده و توده سنگ را از لحاظ رفتار مکانیکی و دینامیکی تحریک می نماید . در بررسی کارایی مواد منفجر ه و به طور کلی ارزیابی کیفیت انفجار، داشتن اطلاع دقیق از رفتار سنگ تحت تنش های ناشی از انفجار و کیفیت انتقال و توزیع انرژی حاصله از آتشکاری نقش بسزایی دارند.

پديده رشد ترك در مواد سنگي مسأله پيچيده‌اي است و اغلب نيازمند تكنيك‌هاي پيشرفته‌اي جهت پيش‌بيني هندسه شكست مي‌باشد. فرايند شكست با جوانه‌زني ترك شروع مي‌شود كه وابسته به چقرمگي شكست است و بنابراين دقت هرگونه مدل‌سازي و نتايج آن به مقدار چقرمگي شكست سنگ بستگي دارد. از اين رو تعيين مقدار چقرمگي شكست اهميت ويژه‌اي دارد. اولين تلاش‌ها توسط اشميت به منظور تعيين مقدار چقرمگي شكست سنگ‌ها بر مبناي روش تست استانداردي صورت پذيرفت كه براي اندازه‌گيري چقرمگي شكست كرنش صفحه‌اي مواد فلزي پيشنهاد شده بود . به دنبال آن كارهاي آزمايشگاهي فراواني جهت تعيين چقرمگي شكست سنگ‌هاي مختلف با استفاده از نمونه‌هايي متفاوت صورت گرفت .صحت نتايج روش‌هاي تست تدوين‌شده نيازمند نمونه‌هايي با ابعاد هندسي بزرگ و هزينه‌هاي گران ماشين‌كاري بود كه در عمل تهيه آنها از موادسنگي گاهي غيرممكن و يا غيرعملي بود تا اينكه نمونه‌هاي[1] Core معرفي شدند كه نسبت به ساير نمونه‌ها مزاياي متعددي داشتند. مكانيك شكست سنگ به طور گسترده اي در فرايند آتشباري سنگها، شكست هيدروليكي، تحليل شيبهاي سنگي، ژئوفيزيك، مكانيك زلزله، استخراج انرژي ژئوترمال زمين، حفاري هاي زيرزميني، حفاري چاههاي نفت و در بسياري از مسائل كاربرد فراواني دارد . هنگامي كه يك سنگ ترك يا شكست ذاتي دارد، رفتار مكانيكي پيرامون انتهاي ترك، فاكتور مهمي است كه بايد در طراحي و پايداري فرايندهاي ذكر شده موردتوجه قرار گيرد . اين مطالعه، كاربرد مكانيك شكست را براي مشخص كردن خصوصيات شكست بررسی میکند.هدف اصلی این تحقیق بررسی مکانیزم شکست سنگ در اثر انفجار –بخش عمده شکستگی سنگ و ایجاد درز و ترک چقرمگی و مقاومت سنگ و همچنین اهداف دیگر این تحقیق تحلیل عددي و میدانی انتشار امواج و تركهاي حاصل از انفجار پیش شکافی در توده سنگ، تحلیل عددی مکانیزم شکست پایه های سنگی در معادن عمیق، تعیین چقرمگی شکست یک نوع سنگ با استفاده از یک قطعه آزمایشگاهی اصلاح شده، اندازه گيري چقرمگي شكست سنگ و بررسي خصوصيات شكست آن تحت شرايط بارگذاري مركب با استفاده از روشهاي عددي و آزمايشگاهي، تحليل اجزاء محدود نمونه CNSR جهت تعيين چقرمگي شکست مواد سنگي

کلمات کلیدی : شکتگی سنگ ،چقرمگی سنگ ،مکانیک سنگ

[1] Based Chevron Notched Specimens

فهرست مطالب

چکیده:‌ح

فصل اول کلیات... 1

مقدمه. 2

1-1-عوامل موثر بر کیفیت انتقال انرژی حاصله از آتشکاری.. 3

1-2-پارامتر های موثر در کیفیت انتقال انرژی.. 3

1-3-امپدانس سنگ و ماده منفجره3

1-4-ضریب امپدانس و ضریب جفت شدگی.. 4

1-5-تعریف متغیر های تحقیق.. 4

1-5-1-چقرمگی شکست... 4

1-5-2-مکانیک شکست... 5

1-6-مقاومت و مکانیک سنگها6

1-6-1-خواص مکانيکي سنگها6

1-6-2-مغزه گيري و آماده سازي نمونه:7

1-7- ويژگيهاي مقاومت:8

1-7-1-شکست:8

1-7-2-مقاومت پسماند:8

1-8-تعيين مقاومت فشاري يک محوره8

1-8-1-عوامل موثر بر مقاومت فشاري:9

1-9-آنالیز فرآیند شکست سنگ.... 12

1-9-1-آتشکاری سنگ، دارای دو اثر می باشد:12

1-9-1-1-فشار دینامیکی:12

1-9-1-2- فشار استاتیکی:12

1-9-2-مکانیزم آتشکاری متوسط نامحدود. 13

1-10- زون شکست (زون فشرده شده ) :14

1-11-زون شکست (زون گسیختگی) :15

1-12-زون ارتعاش الاستیک :16

فصل دومادبیات تحقیق.. 17

2-1- عمليات درمعدن. 18

2-2- مشخصات پارامترهای شکست سنگ.... 18

2-3- شکست سنگ بعد از انفجار در معدن روباز. 19

2-4 روشهای آزمایشگاهی تعیین چقرمگی شکست سنگ در حالت کشش و برش... 20

2-4-1- نمونه های (SR):20

2-4-2-نمونه های (CB) :21

2-4-3- نمونه های (CCNBD) :22

2-4-4-نمونه های (SNSCB):23

2-5-روش PTS)) :24

2-6- تحقیقات انجام شده25

فصل سومروش های تحقیقات... 29

3- روش های تحقیقاتی برای ارتعاشات ناشی از انفجار. 30

3-1- شاخص های چگالی ارتعاش... 30

3-1-1-رابطه تجربی میرایی.. 30

3-2- تعیین چقرمگی شکست یک نوع سنگ ب ااستفاده از یک قطعه آزمایشگاه ی اصلاح شده33

3-2-1- معرفی روش تست جدید. 34

3-3- اندازه گيري چقرمگي شكست سنگ و بررسي خصوصيات شكست آن تحت شرايط بارگذاري مركب... 36

3-4- تحليل اجزاء محدود نمونه CNSR جهت تعيين چقرمگي شکست مواد سنگي.. 36

فصل چهارمیافته ها و نتایج.. 39

4-1- مکانیزم شکست سنگ.... 40

4-2-چقرمگي شكست :40

4-3-حالت های مختلف گسترش ترک :40

4-4- فشار چال، فشار انفجار و نواحي اطراف چال انفجار. 41

4-5- معيارهاي تجربي پيش بيني شعاعهاي آسيب اطراف چال انفجار. 42

4-6- براساس يك معيار سرانگشتي :43

4-7- برآورد مناطق پودر شده و تركهاي شعاعي اطراف چال انفجاري.. 44

4-8- عوامل اصلي ميرايي امواج لرزهاي :45

4-9- آزمایش های میدانی.. 45

4-9-1- تعیین ماکزیمم مقدار خرج در هر تاخیر. 45

4-9-2- نمودارهای عملی آتش باری.. 47

4-9-3- تداخل طول موج.. 49

4-3- تحلیل عددی مکانیزم شکست پایه های سنگی د رمعادن عمیق.. 51

4-4- تشریح تستهاي آزمایشگاهی.. 53

4-5- خصوصيات مصالح.. 54

4-5-1-مدل المان محدود. 55

فصل پنجم نتیجه گیری.. 59

نتیجه. 60

منابع. 64

  فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل 1-1-مقایسه ی دو رفتار شکننده و شکل پذیر سنگ در اثر بار گذاری.. 9

شکل 1-2-تاثیر اثر انتهایی نمونه بر روی شکست سنگ.... 10

شکل 1-3- آزمايش مقاومت فشاري يک محوره سنگ با توجه به نسبت ارتفاع به قطر. 11

شکل 1-4-شکل شماتیکی دیاگرام تاثیرات آسیبی آتشکاری.. 14

شکل 2-1- هندسه و نحوه ی بارگذاری نمونه sr (Ouchterlony , 1988 )21

شکل 2-2- هندسه و نحوه ی بارگذاری نمونه CB ( ouchterlony , 1988)22

شکل 2-3- هندسه ، نحوه بارگذاری و مراحل ایجاد شکاف در نمونه (khan and Al –shayea ,2000) SNSCB.. 23

شکل2-4- هندسه نمونه ، نحوه بارگذاری و نمای شماتیک از نوک ترک قبل و بعد از تغییر شکل برای PTS –test ( Backers et al ,2002 )25

شکل 3-1- صورت گرافیکی نقاط اندازه گیری و منحنی رگرسیون. 32

شکل 3-2- قطعه SCB (ترک زاویه دار – تکیه گاه ها متقارن)34

شکل 3-3- قطعه ASCB (ترک مستقیم – تکیخ گاه ها نامتقارن )35

شکل 4-1-سه مود اصلی انتشار ترک.... 41

شکل 4-2- مقطع چال انفجار و مناطق پنج گانه اطراف آن براساس پیشنهاد ایورسن و هماران (2008)42

شکل 4-3-تغییرات تنش فشاری به کششی در اثر بازتاب از سطح آزاد در فاصله 20 متری از مرکز انفجار. 45

شکل 4-4-فرکانس ارتعاش از وقایع ثبت شده47

شکل 4-5-نمودار تخمین PPV براساس Q,R.. 48

شکل 4-6-نمودار برآورد ماکزیمم خرج ویژه برپایه PPV , R.. 48

شکل4-7-هندسهمدلساختهشدهواستفادهشدهدرتحلیلعددی.. 52

شکل 4-8- منحنیتیپبارجابجاییبراییکپایه. 52

شکل 4-9- منحنیرفتارپایهدرشرایطتودهسنگباصلبیتپائین.. 52

شکل 4-10 - منحنیرفتارپایهدرشرایطتودهسنگاحاطهکنندهباصلبیتبالا.. 53

شکل4-11-نحوهانجامتستبااستفادهازروش ASCB.. 54

شکل 4-12-هندسهنمونهآزمايشاصلاحشده Arcan.. 55

شکل 4-13-نمونهودستگاهاصلاحشده Arcan.. 56

شكل4-14-طرحيكمدلمشبنديشدهكاملازدستگاهونمونهاصلاحشده Arcan الف) قبلازبارگذاريب) بعدازبارگذاري 56

شکل 4-15-المانهايسينگولاراطرافراسترك.... 57

شکل 5-1- مقایسهنتایجچقرمگیشکستحاصلازتستآزمایشگاهیو. معیار MTS درمودهايمختلف.... 61

شكل5-2-تاثيرزاويهبارگذاريبرمقاديرنرخانرژيكرنشيآزادشدهكل (GT). 62

شكل5-3-تاثيرزوايايبارگذاريبرنرخانرژيآزادشدهكل،نرخانرژيآزادشدهمدكششيومدبرشي وانرژيمحاسبهشدهتوسط –J انتگرالدريكنمونهسنگآهك.... 63

شكل5-4-تاثير زواياي بارگذاري بر مقادير فاكتور شدت تنش براي يك نمونه سنگ آهك.... 63

 فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول 1-1- مغزه گيري و آماده سازي نمونه. 7

جدول 3-1- پارامترهای پایه مربوط به ارتعاشات ناشی از آتش باری و نتایج آزمایش های میدانی.. 31

جدول 4-1- روابط گوناگون برآورد منطقه پودر شده و تركهاي شعاعي اطراف چال انفجار. 44

جدول 4-2-اجازه ارتعاش ناشی از انفجار بر اساس استاندارد چین.. 46

جدول 4-3- نتایج موفقیت کاهش ارتعاشات و میزان کاهش در ارتعاشات... 50

جدول4-4اطلاعات استفاده شده در تحلیل عددی.. 51

جدول4-5-مشخصات مكانيكي سنگهاي مورد استفاده در تحليلهاي المان محدود. 54

جدول 4-6- مقایسه بین روش های مختلف ارائه شده برای اندازه گیری چقرمگی شکست سنگ.... 58