ارایه مدل خرابی ریزمکانیکی بر اساس الگوی همگن‌سازی برای سنگ ترد

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد دانشگاه امیرکبیر

2 استادیار دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 دانشجوی دکترای دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات،

4 دکترای تخصصی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

با افزایش نیاز‌های متعدد بشر، سازه‌های سنگی با کاربرد‌های متنوع معدنی، نفتی، عمرانی، دفاعی و هسته‌ای به کار گرفته شده است. این نیاز موجب افزایش ابعاد و عمق سازه‌های زیرزمینی شده که شرایط حاکم بر بارگذاری آن‌ها معمولا موجب گسترش ناحیه تخریب پیرامون فضای زیرزمینی می‌شود. شناخت رفتار غیر الاستیک سنگ تخریب شده در برگیرنده سازه‌های سنگی به ویژه پس از مقاومت حداکثر برای تحلیل پایداری سازه سنگی لازم است. روش‌های مبتنی بر مکانیک خرابی ویژگی‌های رفتار سنگ چون کاهش ظرفیت باربری پس از مقاومت حداکثر و زوال صلبیت الاستیک را به خوبی در نظر می‌گیرد. به طور کلی با دو رویکرد پدیدارشناسانه و ریزمکانیکی می‌توان خرابی سنگ را تشریح و تفسیر کرد. در این تحقیق به دلیل کارایی بیشتر مدل‌های خرابی ریزمکانیکی در برقراری ارتباط بین رفتار ریز مقیاس و بزرگ مقیاس سنگ از مدل‌های خرابی ریزمکانیکی استفاده شده است. در این مقاله، مدل خرابی ریزمکانیکی برای ریزترک‌های اصطکاکی بسته و باز با در نظر گرفتن کوپل بین لغزش اصطکاکی و بروز خرابی مورد بررسی قرار گرفته ‌است. از اینرو، ابتدا مفاهیم پایه مکانیک خرابی ریزمکانیکی ارایه شده است. برای محاسبه تانسور تاثیر از الگوی همگن‌سازی پونته کاستاندا و ویلیس استفاده شده است، سپس فرمول‌بندی این مدل‌ در محیط برنامه‌نویسی نرم‌افزار FLAC کدنویسی شده و مدل رفتاری پلاستیک- خرابی ریزمکانیکی توسعه داده شده در محیط نرم‌افزار استفاده عملی شد. برای اعتبارسنجی مدل توسعه داده شده در مقیاس آزمایشگاهی از آزمایش مقاومت فشاری تک محوره انجام شده بر روی سنگ آهک مارنی سازند پابده به عنوان مبنا استفاده شد که مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی تطابق قابل قبولی داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A proposed up-scaling based micromechanical damage model for brittle rock and its validation in the laboratory scale

نویسندگان [English]

  • mehdi zohrabi 1
  • Hamed Moladavoodi 2
  • Mehdi Zolfaghari 3
  • Kemeil Bor 4
1 amirkabir university of technology
2 Department of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology (Polytechic of Tehran)
3 Science and Research Branch of the Islamic Azad University
4 Tarbiat Modares University
چکیده [English]

Understanding the non-elastic behavior of demolished rock in the rock structures, especially after maximum resistance, is required for the stability analysis of the rocky structure. Mechanical failure theory is a method for analyzing the behavior of rocks, especially after maximum resistance. Methods based on fracture mechanics consider the behavior of the rock well, such as reducing load capacity after maximum resistance and elastic rigidity. In this research, a microstructural failure model for open and closed friction microcrack is considered, taking into account the coupling between frictional slip and damage. Therefore, the basic concepts of mechanical mechanics failure are presented first. To calculate the effect tensor, the Ponte-Castaneda and Willis (1995) homogenization pattern has been used. Then, the formulation of this model was coded in FLAC software environment and the micromechanics damage behavior model developed in the FLAC software environment was called as a new behavioral model. In order to use the developed model and validate it on a laboratory scale, a axial compressive strength test on limestone was used as the basis, and its results with acceptable numerical model were acceptable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MicroMechanical damage
  • homogenization
  • brittle rock failure
  • numerical simulation
1. Q. Zhu and J. Shao, "Micromechanics of rock damage: Advances in the quasi-brittle field," Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, vol. 9, no. 1, pp. 29-40, 2017.## 2. Marji, M. F. (2014). Numerical analysis of quasi-static crack branching in brittle solids by a modified displacement discontinuity method. International Journal of Solids and Structures, 51(9), 1716-1736.## 3. D. Halm and A. Dragon, "An anisotropic model of damage and frictional sliding for brittle materials," European Journal of Mechanics-A/Solids, vol. 17, no. 3, pp. 439-460, 1998.## 4. S. Murakami and K. Kamiya, "Constitutive and damage evolution equations of elastic-brittle materials based on irreversible thermodynamics," International Journal of Mechanical Sciences, vol. 39, no. 4, pp. 473-486, 1997.## 5. J.-F. Shao, Y. Jia, D. Kondo, and A.-S. Chiarelli, "A coupled elastoplastic damage model for semi-brittle materials and extension to unsaturated conditions," Mechanics of materials, vol. 38, no. 3, pp. 218-232, 2006.## 6. A. Mortazavi and H. Molladavoodi, "A numerical investigation of brittle rock damage model in deep underground openings," Engineering Fracture Mechanics, vol. 90, pp. 101-120, 2012.## 7. N. Xie, Q.-Z. Zhu, L. Xu, and J.-F. Shao, "A micromechanics-based elastoplastic damage model for quasi-brittle rocks," Computers and Geotechnics, vol. 38, no. 8, pp. 970-977, 2011.## 8. H. Molladavoodi, "Sliding and damage criteria investigation of a micromechanical damage model for closed frictional microcracks," Computers and Geotechnics, vol. 67, pp. 135-141, 2015.## 9. Q. Zhu, D. Kondo, J. Shao, and V. Pensee, "Micromechanical modelling of anisotropic damage in brittle rocks and application," International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 45, no. 4, pp. 467-477, 2008.## 10. Q.-Z. Zhu, J. Shao, and D. Kondo, "A micromechanics-based thermodynamic formulation of isotropic damage with unilateral and friction effects," European Journal of Mechanics-A/Solids, vol. 30, no. 3, pp. 316-325, 2011.## 11. ملاداودی. حامد، "مدل‌سازی خرابی ریزمکانیکی در محیط نرم‌افزار UDEC برای تحلیل رفتارسنگ‌های تحت ریزترک‌های باز،" مهندسی معدن. سال دهم، شماره 28، صص 1385-1405، 1394.## 12. Q.-Z. Zhu, D. Kondo, and J. Shao, "Micromechanical analysis of coupling between anisotropic damage and friction in quasi brittle materials: role of the homogenization scheme," International Journal of Solids and Structures, vol. 45, no. 5, pp. 1385-1405, 2008.## 13. D. Gross and T. Seelig, Fracture mechanics: with an introduction to micromechanics. Springer, 2017.## 14. P. Cundall, M. Coetzee, R. Hart, and P. Varona, "FLAC user’s manual," Itasca Consulting Group, USA, 1993.## 15. شرکت مهندسین مشاور ساحل امید ایرانیان, "گزارش زمین‌شناسی مهندسی تونل انتقال آب زاگرس."## 16. Atkinson, C., Smelser, R. E., & Sanchez, J. (1982). Combined mode fracture via the cracked Brazilian disk test. International Journal of Fracture, 18(4), 279-291.## 17. M. Ayatollahi and M. Sistaninia, "Mode ІІ fracture study of rocks using Brazilian disk specimens," International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 48, no. 5, pp. 819-826, 2011.## 18. آدابی، محمدحسین، "اطلس سنگ‌های رسوبی در زیر میکروسکوپ"، مرکز نشر دانشگاهی.##