شماره مدرك
20798
شماره راهنما
17879
پديد آورنده
فاتحي، ليلا السادات
عنوان
بررسي آزمايشگاهي تأثير دما بر خصوصيات مكانيكي و مكانيزم شكست برشي سنگ كربناته
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
ژئوتكنيك
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
سيزده، 102 ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
دما , مكانيزم شكست برشي , مد دو شكست نمونه SCC , گسترش ترك , چقرمگي شكست
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/23
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي عمران
دانشكده
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/09/25
كد ايرانداك
23185749
چكيده فارسي
سنگها تحت تأثير دما، تغييرات فيزيكي و مكانيكي نشان داده و مكانيزم شكست آنها نيز تغيير ميكند. در اين ميان، دولوميت بهعنوان سنگي با نفوذپذيري كم و حضور گسترده در لايههاي عميق مخازن نفت و گاز و محلهاي دفن پسماندهاي هستهاي، در معرض تنش و دماي بالا نيز از اين قائده تبعيت ميكند. درك اثر دما و فشار محصوركننده بر خواص مكانيكي اين سنگها، براي تحليل پايداري سازههاي زيرزميني نيز ضروري است. در اين پژوهش، با هدف بررسي رفتار مكانيكي سنگ دولوميت، آزمايشهاي برزيلي، تكمحوره، سهمحوره و مغزه كوتاه تحت فشار (SCC) تحت دماهاي 25، 275 و 525 درجه سانتيگراد انجام شدند. نتايج آزمون برزيلي نشان داد كه مقاومت كششي غيرمستقيم دولوميت با افزايش دما روندي صعودي داشته و نسبت به دماي 25 درجه، در دماهاي 275 و 525 درجه به ترتيب حدود 4/52 و 5/65 درصد افزايش يافته است. در آزمون تكمحوره نيز ميانگين مقاومت فشاري از 5/86 مگاپاسكال در شرايط محيطي بهترتيب 33/31 و 1/64 درصد در دماهاي 275 و 525 درجه افزايش يافت . مدول الاستيك در دماي 275 درجه، حدود 8/47 درصد افزايش و در دماي 525 درجه، حدود 6 درصد كاهش نسبت به دماي محيط نشان داد. در آزمايش سهمحوره، مقاومت فشاري با افزايش فشار محصوركننده و دما افزايش يافت كه ناشي از بستهشدن ريزتركها و تراكم ساختار سنگ است. مدول الاستيك در دماي 275 افزايش و در دماي 525 درجه كاهش يافت كه ميتواند ناشي از آغاز تجزيه كربناتها و تشكيل ريزتركهاي حرارتي باشد. آزمون SCC نيز نشان داد كه خواص مكانيكي شامل حداكثر بار، مقاومت فشاري، چقرمگي شكست و تنش برشي در دماي 275 درجه بهترتيب حدود 8/19، 9/18، 9/19 و 4/11 درصد افزايش داشتند كه بيشترين ميزان تقويت نسبت به شرايط اوليه محسوب ميشود. با افزايش دما تا 525 درجه سانتيگراد، مقدار حداكثر بار، مقاومت فشاري و چقرمگي شكست بهترتيب 8/0، 7/1، 5/2 درصد نسبت به دماي 275 درجه كاهش يافته كه ناشي از تخريب حرارتي است، در حالي كه تنش برشي به دليل افزايش زبري و قفلشدگي سطوح گسيختگي حدود 8/1 درصد افزايش مييابد. بهطوركلي، نتايج اين پژوهش نشان داد كه رفتار كششي، فشاري و برشي سنگ دولوميت تحت تأثير مستقيم تغييرات دمايي، ريزساختاري و ويژگيهاي فيزيكي سنگ است و افزايش دما تا 275 درجه موجب تقويت مقاومت و چقرمگي شكست ميشود كه ميتواند ناشي از خروج آب بيندانهاي، انسجام بيشتر، قفلشدگي ريزتركها باشد در حالي كه در دماهاي بالاتر اثرات تخريب موضعي ناشي از حرارت ايجاد شده و باعث كاهش خواص ميشود. يافتههاي اين مطالعه ميتواند در تحليل پايداري مخازن دفن پسماندهاي هستهاي، توسعه پروژههاي ژئوترمال، ذخيرهسازي كربن، بهرهبرداري از مخازن نفت و گاز و طراحي سازههاي زيرزميني در محيطهاي با دماي بالا مورد استفاده قرار گيرد.
چكيده انگليسي
Rocks exhibit changes in physical and mechanical properties under the influence of temperature, and their failure mechanisms also vary accordingly. Among them, dolomite, as a low-permeability rock widely present in deep oil and gas reservoirs and nuclear waste disposal sites, follows this trend under high stress and temperature conditions. Understanding the effects of temperature and confining pressure on the mechanical behavior of these rocks is essential for analyzing the stability of underground structures. In this study, the mechanical behavior of dolomite was investigated through Brazilian, uniaxial, triaxial, and short-core compression (SCC) tests at temperatures of 25, 275, and 525 °C. The Brazilian tests showed that the indirect tensile strength of dolomite increased with temperature, with approximately 52.4% and 65.5% rise at 275 °C and 525 °C compared to 25 °C. In the uniaxial tests, the average compressive strength increased from 86.5 MPa under ambient conditions by 31.33% and 64.1% at 275 °C and 525 °C, respectively. The elastic modulus increased by about 47.8% at 275 °C but decreased by roughly 6% at 525 °C relative to ambient temperature. Triaxial tests revealed that compressive strength rose with both confining pressure and temperature due to microcrack closure and structural compaction, while the elastic modulus showed an increase at 275 °C and a decrease at 525 °C, likely due to the onset of carbonate decomposition and thermal microcracking. SCC tests indicated that mechanical properties, including peak load, compressive strength, fracture toughness, and shear stress, increased at 275 °C by approximately 19.8%, 18.9%, 19.9%, and 11.4%, respectively, representing the highest enhancement compared to initial conditions. Further temperature increase to 525 °C led to decreases of about 0.8%, 1.7%, and 2.5% in peak load, compressive strength, and fracture toughness relative to 275 °C due to thermal degradation, while shear stress increased by 8.1% owing to surface roughness and interlocking along the failure planes. Overall, the results demonstrate that the tensile, compressive, and shear behavior of dolomite is directly influenced by temperature-induced microstructural and physical changes. Moderate temperature increase up to 275 °C enhances strength and fracture toughness, likely due to intergranular water loss, increased cohesion, and microcrack interlocking, whereas higher temperatures induce local thermal damage, reducing mechanical performance. These findings are applicable in assessing the stability of nuclear waste repositories, geothermal projects, carbon storage, oil and gas reservoir exploitation, and the design of underground structures in high-temperature environments.
استاد راهنما
هاجر شرع اصفهاني , محمود بهنيا
استاد داور
عليرضا باغبانان , محمدرضا خان محمدي