توصيفگر ها :
پيشبيني زمان شكست , آزادسازي تنش , سنگهاي ترد , مدل برگر و كاچانوف , موج P
چكيده فارسي :
شكست در سنگهاي ترد به عنوان يكي از عوامل اصلي ايجاد ناپايداري در شيرواني معادن روباز وسازههاي زيرزميني عمل ميكند. پيشبيني زمان شكست در سنگهاي ترد ميتواند نقش حياتي در پايداري معادن روباز و زيرزميني، ارزيابي خطر ريزش شيروانيهاي معادن روباز و بهينهسازي عمليات حفاري ايفا كند. در اين پژوهش با تمركز بر سنگ توف به عنوان نمونهاي از سنگهاي ترد، رويكرد آزمايشگاهي شامل انجام آزمايشهاي تحت نرخ كرنش ثابت 10^(-3) s^(-1) و آزمايشهاي آزادسازي تنش بر روي 8 نمونه استوانهاي و 6 نمونه ديسكي و همچنين تحليلهاي عددي مدلهاي برگر و كاچانوف انجام شد تا رفتار وابسته به زمان شكست بررسي شود. مقاومت فشاري تكمحوري 107 مگاپاسكال و مقاومت كششي غيرمستقيم 6/8 مگاپاسكال (حدود 5/7 درصد مقاومت فشاري)، كرنش محوري 6/0 % ارزيابي شد. مقادير ديناميكي به طور قابل توجهي بالاتر از مقادير استاتيكي ارزيابي شد (33 درصد براي مدول يانگ و 71 درصد براي نسبت پواسون). آزمايشهاي وابسته به زمان از طريق روش آزادسازي تنش در 4 سيكل با سطوح تنش 75%، 85%، 93% و 95% از مقاومت نهايي براي نمونههاي استوانهاي و 50%، 75%، 90% و 100% از مقاومت كششي غير مستقيم براي نمونههاي ديسكي اجرا گرديد كه منجر به ثبت كاهش تنش 5/1 تا 2/3 مگاپاسكال در نمونههاي استوانهاي و 18/0 تا 23/0 مگاپاسكال در نمونههاي ديسكي شد. در فواصل بين سيكلهاي بارگذاري آزمايش اندازهگيري سرعت موج P انجام و دادههاي مربوط به سرعت و شكل موج ثبت شد. تحليل دادههاي مربوط به موجها حاكي از كاهش سرعت و دامنه موج با افزايش سطح تنش اعمالي بود. مدل برگر و كاچانوف بر روي دادههاي تجربي برازش شدند و زمانهاي شكست پيشبينيشده براي نمونههاي استوانهاي در 93% مقاومت فشاري تك محوري 163 تا 5170 ثانيه و براي نمونههاي ديسكي در 100% مقاومت كششي غير مستقيم 28 تا 59 ثانيه تخمين زده شد. كيفيت برازش (R²) براي مدل برگر حدود 97/0 و براي مدل كاچانوف حدود 99/0 بود كه قابل قبول است و برازش بهتر مدل كاچانوف را نشان ميدهد. نتايج اين تحقيق ميتواند براي ارزيابي زمان شكست شيرواني معادن روباز و يا سقف معادن زيرزميني و همچنين خردايش سنگ در فرآوري مواد معدني كاربرد داشته باشد.
چكيده انگليسي :
Failure in brittle rocks acts as one of the main factors causing instability in open-pit mine slopes and underground structures. Predicting the time-to-failure in brittle rocks can play a vital role in the stability of open-pit and underground mines, assessing the risk of slope failure in open-pit mines, and optimizing drilling operations. In this research, focusing on tuff as an example of brittle rocks, a laboratory approach was adopted, including conducting tests at a constant strain rate of 10^(-3) and stress relaxation tests on 8 cylindrical and 6 disc-shaped samples, along with numerical analyses of the Burger and Kachanov models, to investigate the time-dependent failure behavior. The uniaxial compressive strength was evaluated at 107 MPa, the indirect tensile strength at 8.6 MPa (approximately 8.05% of the compressive strength), and the axial strain at 0.6%. The dynamic values were significantly higher than the static values (33% for Youngʹs modulus and 71% for Poissonʹs ratio). Time-dependent tests were performed using the stress relaxation method in 4 cycles with stress levels of 75%, 85%, 93%, and 95% of the ultimate strength for cylindrical samples and 50%, 75%, 90%, and 100% of the indirect tensile strength for disc-shaped samples. This resulted in a recorded stress reduction of 1.5 to 3.2 MPa in cylindrical samples and 0.18 to 0.23 MPa in disc-shaped samples. During the intervals between loading cycles, P-wave velocity measurements were conducted, and data related to wave velocity and waveform were recorded. Analysis of the wave data indicated a decrease in wave velocity and amplitude with increasing applied stress levels. The Burger and Kachanov models were fitted to the experimental data, and the predicted failure times for cylindrical samples at 93% of the uniaxial compressive strength were estimated to be between 163 and 5170 seconds, and for disc-shaped samples at 100% of the indirect tensile strength, between 28 and 59 seconds. The quality of fit (R²) was approximately 0.97 for the Burger model and about 0.99 for the Kachanov model, which is acceptable and indicates a better fit for the Kachanov model. The results of this research can be applied to assess the failure time of slopes in open-pit mines or the roofs of underground mines, as well as for rock fragmentation in mineral processing.